Соприкасясь с холодной почвой, воздух охлаждается и в зависимости от ряда условий образует росу, иней, жидкий или твердый налет, кристаллическую изморозь. Роса и иней чаще всего появляются осенью в ясные или малооблачные ночи при слабом ветре. В местах с повышенной влажностью роса и иней наиболее обильны. Роса дает дополнительную влагу растениям, за одну ночь роса образует в среднем слой воды в 0,1–0,3 мм.

Выпадение переохлажденного дождя или мороси на холодную поверхность может привести к возникновению гололеда — слоя прозрачного или мутного льда, образующегося на поверхности Земли. Обычное время формирования гололеда осень или ранняя весна, когда температура воздуха близка к 0–5°. Скопление капель или кристаллов (или тех и других вместе), взвешенных в воздухе, непосредственно над поверхностью Земли создает туман. При тумане горизонтальная видимость становится менее 1 км. Туман состоит из капелек воды. Известны частые морские туманы, например, у берегов Ньюфаундленда, у места встречи теплого Гольфстрима с холодным Лабрадорским течением. Туманы также наблюдаются в дальневосточных морях нашей страны — Японском и Охотском в условиях смыкания теплого Цусимского течения с холодным Приморским. Возникают туманы над незамерзающими участками морей, озерами, реками, болотами. Городские туманы (особенно в крупных и промышленных городах) распространяются обычно на значительные расстояния от границ города. Но за городом они реже. Так, в Москве число дней с туманами в несколько раз больше, чем в пригородах. Больше всего туманов бывает в ночные часы и меньше всего — после полудня. Над материками туманы чаще осенью, а над морями и океанами — весной.

Разрабатывается ряд методов для искусственного создания и рассеяния тумана, чтобы защитить растения от заморозков. С этой целью в воздух нужно ввести ядра конденсации (гигроскопические кислоты или соли), на них образуются капельки воды, т. е. туман. Рассеяние тумана особенно важно для авиации. Для этого предложено несколько методов. Например, можно нагревать воздух над взлетно-посадочной площадкой. Другой способ состоит в воздействии на туманы охлаждающими веществами, например твердой углекислотой. При этом окружающий воздух быстро охлаждается, водяной пар кристаллизуется на частицах и выпадает в виде ледяных кристаллов. А в толще тумана за счет этого образуются достаточно большие просветы, необходимые для взлета или посадки самолета. Хотя эти методы и дорогостоящие, по работа и поиск наиболее эффективных из них продолжается.

Видимое скопление продуктов конденсации и сублимации в свободной атмосфере — это и есть облако. Такое «сухое» определение означает удивительное по красоте и разнообразию явление, имеющее очень большое значение. Ведь именно из облаков выпадают дождь и снег, в них возникают грозы, с ними связан приток лучистой энергии, а значит, и тепло Земли, воды и самого воздуха. Облака отличаются от туманов тем, что образуются в более высоких слоях, чаще всего при восходящих потоках воздуха.

Облака различны не только по виду, но и по строению. Различают три основных класса облаков: кучевые, волнистые и слоистые. Это подразделение основано на условиях, при которых они возникают. Поэтому исследование форм облаков имеет очень большое значение для знания состояния атмосферы и прогноза погоды, в частности осадков.

Кучевые облака при относительно небольшой горизонтальной протяженности сильно развиты по вертикали. Своим происхождением они обязаны восходящим движениям воздуха. В отличие от кучевых волнистые облака распространены по горизонтали — это барашки, валы и гряды, порожденные волнообразными движениями воздуха. Сплошной слой пелены, горизонтальное распространение которой на один-два порядка превосходит вертикальную мощность, — это слоистые облака. Как видно из определения облаков, данного вначале, они состоят из мелких капелек воды или кристаллов льда. Поэтому различают ледяные и водяные облака. Бывают и смешанные облака, т. е. состоящие одновременно из переохлажденых капель и кристаллов.

Наблюдения, произведенные на 6-километровой высоте над Москвой, показали, что переохлаждение бывает часто и при температурах ниже —25° — его вызывают чисто кристаллические облака. Исследованиями облаков с самолетов удалось установить, что водяные капли в них различны по размерам. Замечены так называемые крупные, переходные к каплям осадки, имеющие уже определенную скорость падения. Водяные облака в 1 см³ содержат до 100–800 капель, а в слоистых облаках их может быть больше 400 и только в крупнокапельных вершинах кучевых облаков всего 40–50 капель в 1 см³.

Для изучения процесса образования осадков важно знать содержание воды и льда в облаке — его водозапас. Такие исследования ведутся различными способами. В частности, данные искусственных спутников Земли показали, что водозапас в тропических облаках очень велик. С этой целью на спутниках устанавливаются телевизионные камеры, которые используют видимые инфракрасные лучи. Спутники дают возможность наблюдать облачность в масштабе Земного шара, о чем более подробно будет рассказано ниже.

По своему химическому составу водяные капли облаков различны, над промышленными районами резко увеличивается количество примесей. Чем крупнее капли, тем заметнее убывание примесей, пар как бы распресняет их. В то же время крупные капли, падая, захватывают из атмосферы ядра конденсации.

Облака из мелких кристаллов появляются при низких температурах, из них позднее образуются крупные снежинки. Такие облака находятся не на очень большой высоте; в Восточной Сибири и на Аляске их можно обнаружить у самой поверхности Земли при температуре ниже —40°. Малые облачные кристаллы имеют форму столбиков длиной 0,1–0,3 мм и мелких шестиугольных пластинок до 0,4 мм, в которых бывает заметна внутренняя лучевая структура.

В течение почти двух веков исследователи стремятся ввести единую систему классификации облаков. Первая из них (международная) классификация была предложена в Англии Говардом. Благодаря систематическим наблюдениям она непрерывно дополнялась и уточнялась и в 1929–1932 гг. на заседании специальной международной комиссии, в которой участвовали и советские метеорологи, была капитально переработана. Основой новой классификации послужил внешний вид облаков. По высоте облака делятся на четыре семейства (яруса): верхнего, среднего, нижнего и вертикального развития. Первые находятся на высоте более 6 км, средние — 2–6, нижние — до 2 км. В отличие от этих «закрепленных» границ, основания облаков вертикального развития лежат на высоте нижнего яруса, а вершины — на высоте среднего и верхнего.

К облакам семейства верхнего яруса относятся перистые (в их числе нитевидные, когтевидные, хребтовидные) и плотные перистые (грозовидные, хлопьевидные и перепутанные). Сами названия дают ясное представление о внешнем виде облаков. Например, перистые хребтовидные сходятся вдоль утолщенной их части и похожи на горный хребет или скелет рыбы. К облакам верхнего яруса относятся также чисто-белые тонкие перисто-кучевые — они мелковолнисты, напоминают хлопья и рябь. Эти облака в свою очередь подразделяются на перистокучевые, волнистые и кучевые. Последней группой семейства являются перисто-слоистые облака, имеющие вид тонкой пелены белого или голубоватого, цвета, сквозь которую видны Солнце и Луна. Пелена однородна, она постепенно затягивает все небо и почти не ослабляет тени от наземных предметов.

Облака среднего яруса — высококучевые (гряды или отдельные «глыбы») и высокослоистые (тонкая сероватая или синеватая плотная вуаль, сквозь которую тускло просвечивает Солнце).

Облака нижнего яруса состоят из трех разновидностей: слоисто-кучевых (гряды и валы, серые, плотные, иногда очень темные), слоистых (однородные, низкие, серые) и слоисто-дождевых (в виде бесформенной темно-серой массы).

В группу облаков вертикального развития (ливневых или грозовых) входят плотные быстрорастущие кучевые облака и кучево-дождевые. Из них часто выпадает дождь, снег и град. Они мощные, высокие, с верхней частью, напоминающей наковальню.