تصور کنید که دو بال پرواز داشتید و می‌توانستید در آسمان سیر کنید، قطعا یکی از جذاب‌ترین لحظاتی را که می‌توانستید تجربه کنید، ورود به بافت‌های گوناگون ابر‌های مختلف و لذت بردن از زیبایی‌های این خلقت آسمانی بود.
پیش از بررسی مراحل تشکیل ابر، باید تعریفی از مفهوم رطوبت نسبی و دمای نقطه شبنم داشته باشیم.
رطوبت نسبی (Relative Humidity) به این معنا است که یک حجم مشخصی از هوا به چه میزانی بخار آب را در درون خود جای داده است؟ به عبارتی دیگر، رطوبت نسبی نشان دهنده میزان بخار آب موجود در یک حجم مشخصی از هوا، نسبت به حداکثر میزانی که می‌تواند بخار آب را در خود جای دهد است. به طور کلی، هرچه هوا گرم‌تر باشد، ظرفیت آن برای اینکه بخار آب بیشتری را (به شکل غیر قابل رویت) در خود جای دهد بیشتر می‌شود و بالعکس، یعنی هرچه هوا سردتر شود، ظرفیت هوا برای نگه داشتن رطوبت کاهش می‌یابد. میزان رطوبت نسبی هوا همیشه بر اساس درصد بیان می‌شود.
به عنوان مثال، اگر رطوبت نسبی هوا 36 درصد اعلام شده باشد، به این معنا است که از صد در صد میزانی که آن حجم مشخص از هوا می‌تواند رطوبت را در خود نگه دارد، سی وشش درصد آن از رطوبت پر شده است.
دمای نقطه شبنم (Dew Point Temperature) نیز به درجه حرارتی اطلاق می‌شود که رطوبت نسبی هوا در آن برابر با صد درصد شود. در بالا گفتیم که هرچه هوا سردتر شود، ظرفیت آن برای نگه داشتن رطوبت در خود نیز کمتر می‌شود؛ در نتیجه دمای نقطه شبنم دمایی است که به حدی کاهش یافته که ظرفیت نگهداری رطوبت در آن با میزان رطوبتی که از قبل در خود جای داده بود برابر می‌شود. این یعنی رطوبت نسبی صد در صد.
زمانی که درجه حرارت هوا به دمای نقطه شبنم می‌رسد، آن حجم مشخص از هوا دیگر نمی‌تواند رطوبتی را به شکل گاز در خود نگه دارد، به عبارتی دیگر، در این دما، هوا از بخار آب اشباع شده و در پی آن، رطوبتی که به شکل غیر قابل رویت بود اکنون به شکل ذرات ریز آب تبدیل می‌شود.
اولین لایه اتمسفری که ما انسان‌ها در آن زندگی می‌کنیم تروپوسفر نام دارد. این لایه این ویژگی را دارد که با افزایش ارتفاع، دمای هوا در آن کاهش می‌یابد. در طبیعت، مکانیزم های مختلفی باعث بالا رفتن هوا به ارتفاعات بالا می‌شوند. اگر یک حجم مشخصی از هوا را در نظر بگیریم که یک میزان مشخص از رطوبت را در درون خود جای داده است، می‌توانیم مراحل تشکیل ابر را بررسی کنیم.
با بالا رفتن این حجم از هوا، دمای آن نیز کاهش می‌یابد. در نهایت، این حجم از هوا تا جایی بالا می‌رود و سرد می‌شود که دمای آن به دمای نقطه شبنم رسیده و رطوبت نسبی آن برابر با صد در صد می‌شود؛ لذا از رطوبت هوا اشباع شده و دیگر نمی‌تواند رطوبت را به شکل غیر قابل رویت در خود نگه دارد، در نتیجه این رطوبت به شکل ذرات و قطرات بسیار ریز آب درآمده و ابر تشکیل می‌شود. در طبیعت به این فرایند، یعنی تبدیل گاز به مایع، میعان (Condensation) گفته می‌شود.
به دلیل وجود نیروی جاذبه، حدود ۷۰ درصد از حجم هوای اتمسفر در اولین لایه، یعنی تروپوسفر قرار گرفته است. در نتیجه با افزایش ارتفاع از سطح زمین، فشار هوا کاهش می‌یابد. هر زمان حجم مشخصی از هوا به سمت بالا حرکت می‌کند، به علت کاهش فشار، حجم آن افزایش یافته و به عبارتی دیگر منبسط می‌شود. عکس این موضوع نیز صادق است، با کاهش ارتفاع، حجم هوا نیز کاهش یافته و منقبض می‌شود. زمانی که هوا منبسط شود (به علت بالا رفتن) دمای آن کاهش می‌یابد، زمانی که هوا فشرده و منقبض شود (به علت پایین آمدن) دمای آن افزایش می‌یابد. به این فرایند آدیاباتیک (Adiabatic) گفته می‌شود، به این معنا که هیچ گرمایی به حجم مشخص از هوا اضافه و یا از آن کاسته نمی‌شود و تغییرات دمایی فقط در داخل حجم هوا و تنها به علت تغییرات فشار و حجم رخ می‌دهد، این موضوع در تشکیل ابر نقش بسیار بسزایی دارد.
همانطور که گفتیم، با سرد شدن دمای هوا تا نقطه شبنم، رطوبت شکلی قابل رویت را به خود می‌گیرد؛ اما انجام این فرایند شرط دیگری را هم لازم دارد، وجود هسته میعان.
تقریبا می‌توان گفت که در هیچ زمانی هوای اتمسفر به طور کامل پاک و تمیز نیست، چرا که همیشه ذرات ریزی مانند گرد و غبار، آلودگی هوا و... در فضای اتمسفر معلق هستند. به این ذرات ریز معلق در آسمان هسته میعان گفته می‌شود.
رطوبت هوا برای تغییر حالت از گاز (غیر قابل رویت) به ذرات ریز آب (قابل رویت) به این هسته‌های میعان نیاز دارد. به عبارتی دیگر، مولکول‌های بسیار ریز بخار آب برای تبدیل شدن به حالت مایع، باید خود را به این هسته‌های میعان، یعنی ذرات گرد و غبار و... بچسبانند و تبدیل به ذرات ریز آب شوند.
ابر زمانی تشکیل می‌شود که هوای مرطوب توسط یکی از عوامل بالا برنده به ارتفاعات بالاتر رفته و به صورت بی دررو (آدیاباتیک)، تا جایی که بخار آب تبدیل به قطره‌های آب می‌شود سرد شود.
یکی از مهمترین عواملی که باعث بالا رفتن هوا می‌شود پدیده هم‌گرایی نام دارد. به طور کلی پدیده هم‌گرایی همیشه در مناطق کم فشار اتفاق می‌افتد، جریان هوا در این مناطق به شکل خلاف جهت عقربه‌های ساعت است. طبق قانون طبیعت، جریان هوا همیشه از سمت هوای پر فشار به سمت هوای کم فشار سرازیر می‌شود. زمانی که جریان هوا به سمت منطقه کم فشاری که در درون خود به شکل پادساعتگرد در حال گردش است حرکت می‌کند، این جریان هوا پس از رسیدن به منطقه کم فشار، با جریانی پادساعتگرد مخالف جهت حرکت خود، به صورت شاخ به شاخ برخورد می‌کند. برخورد این دو جریان هوا به هم باعث بالا رفتن هوا به ارتفاعات می‌شود.
زمانی که جریان هوای در حال حرکت توسط نیروی باد به یک مانع برخورد می‌کند، می‌تواند به سمت بالا تغییر جهت دهد. این تعریف اساس فرایند اوروگرافی را توضیح می‌دهد. به عنوان مثال زمانی که جریان هوای در حال حرکت به یک کوه برخورد می‌کند، از دامنه کوه بالا می‌رود تا زمانی که به قله کوه می‌رسد، در نتیجه با بالا رفتن از کوه به ارتفاعات بالاتر می‌رود تا جایی که به سطح میعان رسیده و تشکیل ابر رخ می‌دهد.
جبهه‌های هوایی تاثیر بسزایی در بالا رفتن جریان‌های هوایی دارند. به مرز بین دو توده هوایی متفاوت جبهه گفته می‌شود. به طور کلی، توده‌های هوایی می‌توانند دارای ویژگی‌های منحصر به فردی مثل رطوبت و دمای مختص خود باشند. توده‌های هوایی در حال حرکت زمانی که به یک توده هوایی با دما و رطوبت متفاوت می‌رسند، یک مرز بین آنها تشکیل می‌شود که به این مرز جبهه گفته می‌شود.
به این دلیل که هوای سرد سنگین‌تر از هوای گرم است، همیشه زیر آن قرار می‌گیرد. در صورتی که یک توده‌ی هوای گرم و مرطوب به یک توده‌ی هوای سرد و خشک برخورد کند، هوای سرد به زیر رفته و هوای گرم و مرطوب بر روی آن قرار می‌گیرد، در نتیجه رطوبت موجود در توده‌ی هوای گرم به ارتفاعات بالاتر رفته و ابر تشکیل می‌شود. به این فرایند Frontal Lifting گفته می‌شود.
هوای گرم به این دلیل که نسبت به هوای سرد چگالی و وزن کمتری دارد همیشه تمایل دارد که به سمت بالا حرکت کند، در نتیجه هوای سرد به علت چگالی بیشتر نسبت به هوای گرم به پایین نزول کرده و در زیر هوای گرم قرار می‌گیرد.
در فصول گرم سال، با تابش نور خورشید بر سطح زمین، بخشی از این سطح می‌تواند نسبت به محیط اطراف خود داغ‌تر شود. هوایی که بر روی این سطح داغ شده قرار گرفته است از این حرارت تاثیر گرفته و گرم می‌شود، در نتیجه به علت کم چگال‌تر شدن آن نسبت به هوای اطراف خود شروع به صعود به ارتفاعات بالا می‌کند. اگر در این منطقه گرم شده رطوبت هوا نیز وجود داشته باشد، این رطوبت به همراه این حباب‌های گرم شده به سمت بالا حرکت می‌کند.
هوای سرد اطراف این حباب‌ها نیز هم‌زمان به سمت پایین نزول می‌کنند تا جای خالی هوای صعود کننده به سمت بالا را پر کنند. این حباب‌های گرم و مرطوب هر چه بالاتر می‌روند دمایشان کاهش یافته تا جایی که به دمای نقطه شبنم رسیده و ابر تشکیل می‌شود.
مکانیزم‌های بالا برنده‌ی موثر در فرایند تشکیل ابر، انواع دیگری هم دارند که مهمترین آنها در اینجا توضیح داده شد. به طور کلی انواع مختلفی از ابر‌ها وجود دارند که توضیح آنها از حوصله این مقاله خارج است و در آینده به صورت مقاله‌ای جدا در مورد آنها صحبت خواهم کرد.
