miniatyr|300px|Bymoln av typen cumulonimbus capillatus arcus över Enschede, Nederländerna.
Ett moln är en synlig kolloid ansamling av små partiklar, i regel mycket små vattendroppar, iskristaller eller bådadera, som svävar fritt i atmosfären.WMO (1977), sid 3 Ett moln kan också innehålla flytande eller fasta gas-, rök- eller stoftpartiklar, som exempelvis härstammar från vulkanutbrott eller sandstormar.SNA: Klimat, sjöar och vattendrag (2004), sid 70 Dimma skiljer sig från moln endast genom att dimman når ända ner till marken.
Molnbildning utgår vanligen från mycket små partiklar, kondensationskärnor, på vilka vattenånga antingen kondenserar och bildar små droppar eller deponerar och bildar små iskristaller. Iskristaller kan även bildas från frusna molndroppar. En sådan droppe eller kristall ihop med miljoner andra är för oss synlig som moln. Som regel skapas molnen i samband med vertikala luftrörelser, som exempelvis konvektion, luft som tvingas över en högre liggande terräng eller storskaliga luftrörelser i samband med väderfronter.
Molnbildning är en följd av att atmosfären är en blandning av ämnen med olika aggregationstillstånd. Därför är det inte bara jorden som har moln, utan många himlakroppar med atmosfär har det. Beroende på atmosfärens sammansättning och temperatur kan de bestå av andra ämnen än vatten. Även i utrymmet mellan stjärnorna, i det så kallade interstellära mediet, förekommer så kallade interstellära moln.
Molnvetenskapen är en del av meteorologin. En särskild gren är molnfysik där man studerar molnbildning och andra fysikaliska aspekter av moln.
Egenskaper Molnens natur har länge fascinerat och gäckat människan. Att moln består av vatten har man förstått länge, och att molnen har en del i vattnets kretslopp beskrevs av Aristoteles år 350 f.Kr."Ånga är utandning av vatten: moln är luft som kondenserar till vatten. Dimma är vad som blir kvar efter att ett moln kondenserat till vatten, och är därför ett tecken på vackert väder snarare än regn; dimma kan kallas ett naket moln. Så vi får ett cirkulärt förlopp som följer solens bana." Från "Meteorology by Aristotle" Book I och den kinesiske filosofen Wang Chong under det första århundradet e.Kr."Moln och regn är egentligen samma sak. Vatten som avdunstar uppåt blir moln som kondenserar till regn och vidare till dagg" Från :en:Wang Chong Men det har varit svårt att förklara hur de nyckfullt bildas och försvinner, deras varierande färger och olika optiska fenomen som de frambringar. Otto von Guericke lade fram tanken att moln bestod av små vattenbubblor och det var vad de flesta vetenskapsmän trodde ända fram till mitten av 1800-talet. Den förste att vetenskapligt visa att moln bestod av små vattendroppar var Agustus Waller som 1847 använde spindelväv för att undersöka molndroppar i mikroskop.From Raindrops to Volcanoes: Adventures with Sea Surface Meteorology, Duncan C. Blanchard, Courier Dover Publications, 2004, , 9780486434872, 208 sidor Denna observation bekräftades senare av William Henry Dines 1880 och Richard Assmann 1884.
En relativt vanlig missuppfattning är att moln består av vattenånga. Ånga är dock en osynlig gas. Huvudsakligen består moln av vattendroppar, iskristaller eller en blandning av båda. Molndropparna i ett moln har en genomsnittsdiameter på mellan 0,02 och 0,03 mm.Barry och Chorley (2010), sid 124 Få är större än 0,08 mm. Genomsnittsmolndroppen har en gränshastighet av cirka en cm per sekund. I Tabell 1Ahrens (2009), sid 168, Liljequist 1979, sid 27 och Mook (2002), avsnitt 2.2 (Rain) sätts molndropparnas diameter och gränshastighet i relation till några andra partiklar.
+Tabell 1. Diameter och fallhastighet för molndroppar och andra partiklar. Partikeltyp Typisk diameter (mm) Ungefärlig gränshastighet (cm/s)Kondensationskärna 0,0002 0,00001Molndroppe 0,02 1Stor molndroppe 0,1 27Duggregnsdroppe 0,2 70Iskristall i moln 0,5 50Liten regndroppe 1 400Regndroppe 2 650Snöstjärna 2 100
Vattenmassan i ett moln varierar mellan cirka 0,002 g/m3 för cirrusmoln upp till 3 g/m3 i delar av ett cumulonimbus. Ett stort cumulonimbusmoln med en radie på 4 km, höjd på 10 km och vatteninnehåll på 2 g/m3 har en vattenmassa på en miljon ton, vilket motsvarar en 10 meter djup sjö med en yta på en hektar. Tack vare att molnets volym är så stor, klarar luftströmmar i och under molnet att hålla uppe de små dropparna.
miniatyr|Vid solnedgången står solen lågt och dess gul/orangefärgade ljus sprids av molnets undersida. Molndroppar sprider det synliga ljusets våglängder ungefär lika.Ahrens (2009), sid 530 Detta gör att solbelysta delar av molnet återspeglar det aktuella solljuset, det vill säga vitt mitt på dagen och gult, orange eller rött när solen står lågt på himlen. Ljuset som når de inre delarna av molnet blir inte lika starkt på grund av att ljus reflekteras bort i molnets yttre delar. Delar av molnet som är i skugga kommer därför genom kontrastverkan att framstå som grå. På en helmulen dag får molnen en gråblå färg då även en del av himlens färg återspeglas i molnens färg.SNA: Klimat, sjöar och vattendrag (2004), sid 72 Regndroppar är inte lika effektiva spridare av ljus som molndroppar, utan har en viss absorberande verkan.Ahrens (2009), sid 531 Om nederdelen av ett moln är mycket mörkt skvallrar det om att det finns mycket regndroppar där och att det snart kan komma att regna.
Vissa moln visar ibland så kallad irisering, vilket ger pastellartade färger i rosa, blått eller grönt. Irisering är ett av många ljusfenomen där moln är inblandade. Bland övriga ljusfenomen kan nämnas krans, gloria, brockenspöke, halo och skuggstrålar.
I ett cumulonimbusmoln kan olika delar av molnet få olika elektrisk laddning, vilket kan leda till åska. Det finns många teorier för hur dessa laddningsskillnader uppstår, men den dominerande mekanismen verkar involvera snöhagel som kolliderar med iskristaller som sedan separeras genom gravitationen och producerar en elektrisk dipol. J. Latham, W. A. Petersen, W. Deierling och H. J. Christian: Field identification of a unique globally dominant mechanism of thunderstorm electrification Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, Vol 133, No. 627, s. 1453–1457 (2007) Undersökning med väderballonger visar dock att ett cumulonimbusmoln kan ha fyra–sex vertikala zoner med olika laddning.Barry och Chorley (2010), sid 138
Klassificering Det finns många olika sätt att klassificera moln. Här nedan anges fyra klassificeringsmodeller som används mer eller mindre ofta. Det finns ytterligare indelningar, exempelvis genetisk indelning (hur molnen bildas).Mattsson (2008), sid 27
WMO:s klassificering
World Meteorological Organization, WMO, har utvecklat en klassificering som bygger på molnens utseende samt höjd till molnbasen. Denna mycket använda klassificering utvecklades ursprungligen av den engelske meteorologen Luke Howard 1802. Howard inspirerades av Carl von Linnés terminologi och systematik för växter. Howards system har sedan utvecklats vidare genom WMO men många av Howards grundidéer finns fortfarande kvar. Internationell Molnatlas, som ges ut av WMO, har en utförlig beskrivning av klassificeringen.
Man urskiljer tio huvudmolnslag, även kallade molnsläkten. Huvudmolnslagen delas vidare upp i arter. För att ytterligare beskriva ett moln kan man även lägga till specialformer, ytterligare kännetecken och följemoln samt modermoln. Tabell 2Definitionerna i tabellen av huvudmolnslagen är hämtad från WMO (1977), sid 9-10 och Mattson (2008), sid 17, 24, 25 nedan visar de tio huvudmolnslagen. För respektive huvudmolnslag anges vilka arter, specialformer, ytterligare kännetecken samt följemoln som kan finnas för huvudmolnslaget. Med modermoln avses ur vilka andra huvudmolnslag ett visst huvudmolnslag kan bildas. Bokstäverna i fet text för respektive namn anger dess förkortning, exempelvis förkortas Cirrocumulus Cc.
+Tabell 2. De tio huvudmolnslagen. HuvudmolnslagVetenskapligt namn (förkortning) Svenskt namnDefinition Molnarter Specialformer Ytterligare kännetecken samt följemoln Modermoln (genitus) Exempel Höga moln Cirrus (Ci), Fjädermoln Fristående moln i form av vita, fina trådar eller också flak eller smala band, som är vita eller övervägande vita. Molnen kan ha ett trådigt (hårliknande) utseende, sidenglans eller uppvisa båda dessa kännetecken fibratusuncinusspissatuscastellanusfloccus intortusradiatusvertebratusduplicatus mamma CirrocumulusAltocumulusCumulonimbus 180px|CirrusFler bilder Cirrocumulus (Cc), Makrillmoln Tunna, vita flak eller skikt av moln utan skuggor, sammansatta av mycket små korniga eller krusiga element, antingen sammansmälta eller fristående samt mer eller mindre regelbundet ordnade; flertalet molnelement har en skenbar bredd av mindre än en gradEn grad motsvarar ungefär lillfingrets bredd när armen är utsträckt. stratiformislenticulariscastellanusfloccus undulatuslacunosus virgamamma 180px|CirrocumulusFler bilder Cirrostratus (Cs), Slöjmoln En genomskinlig, vitaktig molnslöja av trådigt (hårliknande) eller glättat utseende, vilken helt eller delvis täcker himlen och vanligen förorsakar halofenomen. fibratusnebulosus duplicatusundulatus (inga) CirrocumulusCumulonimbus 180px|Cirrostratus stratiformisFler bilder Medelhöga moln Altocumulus (Ac), Böljemoln Vita, grå eller både vita och grå flak eller skikt av moln, vanligen med skuggor. Molnen är sammansatta av skivor, rundade massor eller rullar, vilka ibland till en del är trådiga eller oskarpa och stundom smälter samman med varandra; vanligen har flertalet av de regelbundet ordnade små molnelementen en skenbar bredd av mellan en och fem graderFem grader är ungefär bredden av tre fingrar när armen är utsträckt. betraktat 30 grader över horisonten. stratiformislenticulariscastellanusfloccus translucidusperlucidusopacusduplicatusundulatusradiatuslacunosus virgamamma CumulusCumulonimbus 180px|Altocumulus Fler bilder Altostratus (As), Skiktmoln Ett gråaktigt eller blåaktigt molnskikt eller molnlager som har ett strimmigt, trådigt eller jämnt utseende och som helt eller delvis täcker himlen. Vissa partier är tillräckligt tunna för att solen åtminstone svagt skall skymta som genom matt glas. Altostratus ger inte upphov till halofenomen. (inga) translucidusopacusduplicatusundulatusradiatus virgapraecipitatiopannusmamma AltocumulusCumulonimbus 180px|AltostratusFler bilder Låga moln Stratocumulus (Sc), Valkmoln Grå, vitaktiga eller både grå och vitaktiga flak eller skikt av moln, som nästan alltid uppvisar vissa mörka partier. Molnen är sammansatta av mosaikmönster, rundade massor eller rullar, som inte är trådiga (bortsett från virga) och där de enskilda molnelementen stundom sammansmälter med varandra. Flertalet av de regelbundet anordnade, små molnelementen har en skenbar bredd av mer än fem grader betraktat 30 grader över horisonten. stratiformislenticulariscastellanus translucidusperlucidusopacusduplicatusundulatus radiatuslacunosus mammavirgapraecipitatio AltostratusNimbostratusCumulusCumulonimbus 180px|StratocumulusFler bilder Stratus (St), Dimmoln Ett vanligen grått molnlager med tämligen jämn undersida som kan ge duggregn, isnålar eller kornsnö. Solens konturer är tydligt urskiljbara när den syns genom molnet. Stratus ger inte upphov till halofenomen utom möjligen vid mycket låga temperaturer. Ibland uppträder stratus i form av sönderrivna molndelar. nebulosusfractus opacustranslucidusundulatus praecipitatio NimbostratusCumulusCumulonimbus 180px|StratusFler bilder Cumulus (Cu), Stackmoln