Obserwacje wizualne chmur.
Z technicznego punktu widzenia, wizualne obserwacje zachmurzenia należą do najprostszych, jakie wykonuje się na stacjach meteorologicznych. Wynika to z nieinstrumentalnego charakteru obserwacji: obserwator po prostu spogląda na niebo i szacuje jaka część nieboskłonu pokryta jest chmurami. Jeśli nie ma ani jednej chmury – zachmurzenie wynosi 0%. Gdy niebo jest w całości przysłonięte chmurami – zachmurzenie wynosi 100%. Brany jest pod uwagę cały nieboskłon, a więc i chmury, które faktycznie mogą znajdować się nawet kilkadziesiąt kilometrów od miejsca obserwacji.
Trudności zaczynają się, gdy zachmurzenie zawiera się w zakresie między 0% a 100% (czyli występuje zachmurzenie częściowe). Trudno jest bowiem określić stopień pokrycia nieba chmurami z precyzją np. 1%. Przyjęło się zatem w praktyce meteorologicznej podawać zachmurzenie z dokładnością do jednej ósmej powierzchni nieboskłonu. Wprowadzona została skala oktantowa (oktant, od łacińskiego ‘octo’ – osiem). W skali oktantowej wartość zero odpowiada zachmurzeniu 0%, wartość osiem – zachmurzeniu 100%.
Obserwator naziemny bardzo często dokonuje także klasyfikacji chmur widocznych na niebie. Zgrubna klasyfikacja ogranicza się do przypisania chmur do piętra niskiego, średniego lub wysokiego. Dla każdego z pięter można też osobno ocenić stopień zachmurzenia. Często jest to jednak trudne i nieprecyzyjne – trudno bowiem powiedzieć, czy występują chmury piętra średniego lub wysokiego, gdy chmury piętra niskiego zasłaniają całe niebo (lub jego sporą część). Ten sam problem mają satelity, z tą różnicą, że patrzą z góry – mogą nie widzieć pięter niższych.
Bardziej szczegółowa klasyfikacja chmur bierze pod uwagę ich dziesięć podstawowych rodzajów. W piętrze niskim są to: Cumulus, Stratocumulus, Stratus; w piętrze średnim: Altocumulus i Altostratus; w piętrze wysokim: Cirrus, Cirrostratus i Cirrocumulus. Pozostałe dwa rodzaje (Nimbostratus i Cumulonimbus) są na tyle rozbudowane w pionie, że mogą występować jednocześnie w kilku piętrach. Nazwy rodzajów chmur wywodzą się z łaciny i zawsze są pisane z dużej litery.
Jeszcze bardziej szczegółowa klasyfikacja dookreśla specyfikę wyglądu chmur poprzez podanie gatunku i odmiany. Dzięki temu możliwe jest uchwycenie np. poszczególnych faz rozwoju chmury. Chmura konwekcyjna Cumulus (skrót: Cu) może pojawić się na niebie jako Cu fra (fractus), po czym ewoluuje w Cu med (mediocris), następnie Cu con (congestus), by finalnie stać się chmura burzową Cumulonimbus (skrót Cb) w gatunku Cb cal (calvus) i finalnie Cb cap (capilatus). Określenie odmiany może ten opis dodatkowo uszczegółowić.
Trudnością w obserwacjach wizualnych jest ich (nie)jednoznaczność. To samo niebo obserwowane przez kilku obserwatorów może zostać opisane na kilka różnych sposobów! Rozbieżność może się pojawić już na najniższym poziomie szczegółowości – przy szacunku stopnia zachmurzenia. Subiektywizm jeszcze bardziej uwydatnia się przy klasyfikacji chmur. Znane są przypadki, gdy zmiana obserwatora na stacji meteorologicznej przełożyła się na „zmianę” klimatu: nowy obserwator przypisywał pewne chmury do innego rodzaju, niż jego poprzednik!
Utrudnieniem dla obserwacji wizualnych jest noc. Jeśli jest bezksiężycowa i/lub obserwacje prowadzi się z dala od miast (łuny miejskiej), bardzo łatwo pominąć (nie dostrzec) niektórych chmur, zwłaszcza tych w wyższych piętrach. Największa niepewność dotyczy chmur pierzastych (piętro wysokie), które ze względu na mała grubość optyczną mogą być przeoczone zarówno w nocy, jak i w ciągu dnia.
Ponieważ obserwacja wizualna jest subiektywną interpretacją wrażenia wzrokowego, nie ma żadnej możliwości ponownego pochylenia się nad „surowymi danymi”. Nie ma możliwości ponownego rozpatrzenia danej sytuacji, poprawienia interpretacji obrazu nieboskłonu. Musimy ufać obserwatorowi. Na więcej obiektywizmu można liczyć, gdy ludzkie oko zostanie wspomożone aparatem fotograficznym. Tego typu techniki – jakkolwiek stosowane w wielu miejscach na świecie – nie rozpowszechniły się jednak na tyle, by stać się częścią rutynowych obserwacji meteorologicznych.
Koniec końców, obserwacje wizualne nie są w stanie dostarczyć informacji o właściwościach optycznych i mikrofizycznych chmur. Nie można wizualnie ocenić: grubości optycznej chmury, wysokości wierzchołków, rozmiaru kropel/kryształków lodu w chmurze, wodności chmury, temperatury – parametrów, które są tak istotne dla badania wpływu chmur na klimat, jak również modelowania pogody.
Nasuwa się zasadnicze pytanie: skoro obserwacje naziemne są tak niedoskonałe, dlaczego wciąż się je wykonuje?
Obserwacje naziemne mają tę niezwykłą cechę, że… są. Ponieważ nigdy nie wymagały żadnego instrumentarium, były prowadzone od lat. I to wielu, wielu lat. Najdłuższe serie wizualnych obserwacji chmur mają ponad 100 lat, co czyni je cennym materiałem dla badaczy zmian klimatu. Dla porównania, dane satelitarne o przyzwoitej jakości rozpoczęto systematycznie wykonywać dopiero na przełomie lat 70 i 80 minionego wieku (serie 30-40 letnie).
Ale musimy też mieć świadomość, że nie wszędzie obserwacje wizualne wciąż są wykonywane – wieloletnie serie obserwacji są (niestety) zrywane. Większość pomiarów instrumentalnych udało się już z powodzeniem zautomatyzować i z każdym rokiem ubywa stacji obsługiwanych przez obserwatora. W przypadku naziemnych obserwacji zachmurzenia miejsce ludzkiego oka zajmują coraz częściej instrumenty teledetekcyjne: ceilometr i lidar. Trudną do przecenienia rolę w obserwacji chmur odgrywają też techniki satelitarne.