(一）雨的形成
我們已經(jīng)知道,云是由許多小水滴和小冰晶組成的,雨滴和雪花就是由它們?cè)鲩L(zhǎng)變大而成的.那么,小水滴和小冰晶在云內(nèi)是怎樣增長(zhǎng)變大的呢?
在水云中,云滴都是小水滴.它們主要是靠繼續(xù)凝結(jié)和互相碰撞并合而增大的.因此,在水云里,云滴要增大到雨滴的大小,首先需要云很厚,云滴濃密,含水量多,這樣,它才能繼續(xù)凝結(jié)增長(zhǎng)；其次,在水云內(nèi)還需要存在較強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng),這樣才能增加多次碰撞并合的機(jī)會(huì).而在比較薄的和比較穩(wěn)定的水云中,云滴沒(méi)有足夠的凝結(jié)和并合增長(zhǎng)的機(jī)會(huì),只能引起多云、陰天,不大會(huì)下雨.
在各種不同的云內(nèi),其云滴大小的分布是各不相同的,造成云滴大小不均的原因就是周圍空氣中水汽的轉(zhuǎn)移以及云滴的蒸發(fā).使云滴增長(zhǎng)的因素是凝結(jié)過(guò)程和碰撞并和過(guò)程,在只有凝結(jié)作用的情況下,云滴的大小是均勻的,但由于水汽的補(bǔ)充,使某些云滴有所增長(zhǎng),再加上并和作用的結(jié)果,就使較大的云滴繼續(xù)增長(zhǎng)變大成為雨滴.雨滴受地心引力的作用而下降,當(dāng)有上升氣流時(shí),就會(huì)有一個(gè)向上的力加在雨滴上,使其下降的速度變慢,并且一些小雨滴還可能被帶上去.只有當(dāng)雨滴增大到一定的程度時(shí),才能下降到地面,形成降雨.
（二）雪的形成
我們都知道,云是由許多小水滴和小冰晶組成的,雨滴和雪花是由這些小水滴和小冰晶增長(zhǎng)變大而成的.那么,雪是怎么形成的呢?
在水云中,云滴都是小水滴.它們主要是靠繼續(xù)凝結(jié)和互相碰撞并合而增大成為雨滴的.
冰云是由微小的冰晶組成的.這些小冰晶在相互碰撞時(shí),冰晶表面會(huì)增熱而有些融化,并且會(huì)互相沾合又重新凍結(jié)起來(lái).這樣重復(fù)多次,冰晶便增大了.另外,在云內(nèi)也有水汽,所以冰晶也能靠凝華繼續(xù)增長(zhǎng).但是,冰云一般都很高,而且也不厚,在那里水汽不多,凝華增長(zhǎng)很慢,相互碰撞的機(jī)會(huì)也不多,所以不能增長(zhǎng)到很大而形成降水.即使引起了降水,也往往在下降途中被蒸發(fā)掉,很少能落到地面.
最有利于云滴增長(zhǎng)的是混合云.混合云是由小冰晶和過(guò)冷卻水滴共同組成的.當(dāng)一團(tuán)空氣對(duì)于冰晶說(shuō)來(lái)已經(jīng)達(dá)到飽和的時(shí)候,對(duì)于水滴說(shuō)來(lái)卻還沒(méi)有達(dá)到飽和.這時(shí)云中的水汽向冰晶表面上凝華,而過(guò)冷卻水滴卻在蒸發(fā),這時(shí)就產(chǎn)生了冰晶從過(guò)冷卻水滴上"吸附"水汽的現(xiàn)象.在這種情況下,冰晶增長(zhǎng)得很快.另外,過(guò)冷卻水是很不穩(wěn)定的.一碰它,它就要凍結(jié)起來(lái).所以,在混合云里,當(dāng)過(guò)冷卻水滴和冰晶相碰撞的時(shí)候,就會(huì)凍結(jié)沾附在冰晶表面上,使它迅速增大.當(dāng)小冰晶增大到能夠克服空氣的阻力和浮力時(shí),便落到地面,這就是雪花.
在初春和秋末,靠近地面的空氣在0℃以上,但是這層空氣不厚,溫度也不很高,會(huì)使雪花沒(méi)有來(lái)得及完全融化就落到了地面.這叫做降"濕雪",或"雨雪并降".這種現(xiàn)象在氣象學(xué)里叫“雨夾雪”.
同樣雪的大小也按降水量分類. 雪可分為小雪,中雪和大雪三類, 具體見(jiàn)表3.
表3. 各類雪的降水量標(biāo)準(zhǔn)
種類 大雪 中雪 小雪
24小時(shí)降水量 大于5.0 2.6-5.0 2.5以下
12小時(shí)降水量 大于3.0 1.1-3.0 1.0以下
（三）云的形成
人們常?？吹教炜沼袝r(shí)碧空無(wú)云,有時(shí)白云朵朵,有時(shí)又是烏云密布.為什么天上有時(shí)有云,有時(shí)又沒(méi)有云呢?云究竟是怎樣形成的呢? 它又是由有什么組成的?
漂浮在天空中的云彩是由許多細(xì)小的水滴或冰晶組成的,有的是由小水滴或小冰晶混合在一起組成的.有時(shí)也包含一些較大的雨滴及冰、雪粒,云的底部不接觸地面,并有一定厚度.
云的形成主要是由水汽凝結(jié)造成的.
我們都知道,從地面向上十幾公里這層大氣中,越靠近地面,溫度越高,空氣也越稠密；越往高空,溫度越低,空氣也越稀薄.
另一方面,江河湖海的水面,以及土壤和動(dòng)、植物的水分,隨時(shí)蒸發(fā)到空中變成水汽.水汽進(jìn)入大氣后,成云致雨,或凝聚為霜露,然后又返回地面,滲入土壤或流入江河湖海.以后又再蒸發(fā)(升華),再凝結(jié)(凝華)下降.周而復(fù)始,循環(huán)不已.
水汽從蒸發(fā)表面進(jìn)入低層大氣后,這里的溫度高,所容納的水汽較多,如果這些濕熱的空氣被抬升,溫度就會(huì)逐漸降低,到了一定高度,空氣中的水汽就會(huì)達(dá)到飽和.如果空氣繼續(xù)被抬升,就會(huì)有多余的水汽析出.如果那里的溫度高于0°C,則多余的水汽就凝結(jié)成小水滴；如果溫度低于0°C,則多余的水汽就凝化為小冰晶.在這些小水滴和小冰晶逐漸增多并達(dá)到人眼能辨認(rèn)的程度時(shí),就是云了.
（四）霧的形成
霧和云都是由浮游在空中的小水滴或冰晶組成的水汽凝結(jié)物,只是霧生成在大氣的近地面層中,而云生成在大氣的較高層而已.霧既然是水汽凝結(jié)物,因此應(yīng)從造成水汽凝結(jié)的條件中尋找它的成因.大氣中水汽達(dá)到飽和的原因不外兩個(gè)：一是由于蒸發(fā),增加了大氣中的水汽；另一是由于空氣自身的冷卻.對(duì)于霧來(lái)說(shuō)冷卻更重要.當(dāng)空氣中有凝結(jié)核時(shí),飽和空氣如繼續(xù)有水汽增加或繼續(xù)冶卻,便會(huì)發(fā)生凝結(jié).凝結(jié)的水滴如使水平能見(jiàn)度降低到1千米以內(nèi)時(shí),霧就形成了.
另外,過(guò)大的風(fēng)速和強(qiáng)烈的擾動(dòng)不利于霧的生成.
因此,凡是在有利于空氣低層冷卻的地區(qū),如果水汽充分,風(fēng)力微和,大氣層結(jié)穩(wěn)定,并有大量的凝結(jié)核存在,便最容易生成霧.一般在工業(yè)區(qū)和城市中心形成霧的機(jī)會(huì)更多,因?yàn)槟抢镉胸S富的凝結(jié)核存在.
（五）露的形成
在溫暖季節(jié)的清晨,人們?cè)诼愤叺牟?樹葉及農(nóng)作物上經(jīng)常可以看到的露珠,露也不是從天空中降下來(lái)的.露的形成原因和過(guò)程與霜一樣,只不過(guò)它形成時(shí)的溫度在0°C以上罷了.
在0°C以上,空氣因冷卻而達(dá)到水汽飽和時(shí)的溫度叫做"露點(diǎn)溫度".在溫暖季節(jié)里,夜間地面物體強(qiáng)烈輻射冷卻的時(shí)候,與物體表面相接觸的空氣溫度下降,在它降到"露點(diǎn)"以后就有多余的水汽析出.因?yàn)檫@時(shí)溫度在0°C以上,這些多余的水汽就凝結(jié)成水滴附著在地面物體上,這就是露.
露和霜一樣,也大都出現(xiàn)于天氣晴朗、無(wú)風(fēng)或微風(fēng)的夜晚.同時(shí),容易有露形成的物體,也往往是表面積相對(duì)地大的、表面粗糙的、導(dǎo)熱性不良的物體.有時(shí),在上半夜形成了露,下半夜溫度繼續(xù)降低,使物體上的露珠凍結(jié)起來(lái),這叫做凍露.有人把它歸入霜的一類,但是它的形成過(guò)程是與霜不同的.
露一般在夜間形成,日出以后,溫度升高,露就蒸發(fā)消失了.
在農(nóng)作物生長(zhǎng)的季節(jié)里,常有露出現(xiàn).它對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是有益的.在我國(guó)北方的夏季,蒸發(fā)很快,遇到缺雨干旱時(shí),農(nóng)作物的葉子有時(shí)白天被曬得卷縮發(fā)干,但是夜間有露,葉子就又恢復(fù)了原狀.人們常把"雨露"并稱,就是這個(gè)道理.
(六）霜的形成
在夜間,地面上的草、木、石塊等物體由于向外輻射熱量,它們的溫度要降低,當(dāng)溫度降至露點(diǎn)時(shí),地面物體附近空氣中的水蒸氣便達(dá)到飽和.若露點(diǎn)高于0攝氏度,水蒸氣可在地面物體的表面上凝結(jié)成小水滴,這就是露.
若露點(diǎn)低于0攝氏度,水蒸氣則要在地面物體的表面上直接凝結(jié)成水冰粒,這即是霜.
如果在夜間不僅地面上物體的溫度降到了露點(diǎn)以下,而且地面以上稍遠(yuǎn)處的空氣溫度也降到了露點(diǎn),那么空氣中的水蒸氣將以塵埃為核心凝結(jié)成細(xì)小的水滴,這便是霧.
當(dāng)高空中空氣的溫度降到露點(diǎn)以下,若露點(diǎn)高于0度,空氣中的水蒸氣在塵埃上凝結(jié)成細(xì)小的水滴便是云,而凝結(jié)成較大的水滴即是雨.若露點(diǎn)低于0度,則空氣中的水蒸氣將在塵埃上直接凝結(jié)成雪.
由此可知,露、霜和霧都不是從天而降的,而是地面附近空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)直接凝結(jié)而成的.只有雪和雨才是從天而降的,即是高空中空氣里的水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)凝結(jié)而成.
（七）冰雹的形成
冰雹和雨、雪一樣都是從云里掉下來(lái)的.不過(guò)下冰雹的云是一種發(fā)展十分強(qiáng)盛的積雨云,而且只有發(fā)展特別旺盛的積雨云才可能降冰雹.
積雨云和各種云一樣都是由地面附近空氣上升凝結(jié)形成的.空氣從地面上升,在上升過(guò)程中氣壓降低,體積膨脹,如果上升空氣與周圍沒(méi)有熱量交換,由于膨脹消耗能量,空氣溫度就要降低,這種溫度變化稱為絕熱冷卻.根據(jù)計(jì)算,在大氣中空氣每上升100米,因絕熱變化會(huì)使溫度降低1度左右.我們知道在-定溫度下,空氣中容納水汽有一個(gè)限度,達(dá)到這個(gè)限度就稱為“飽和”,溫度降低后,空氣中可能容納的水汽量就要降低.因此,原來(lái)沒(méi)有飽和的空氣在上升運(yùn)動(dòng)中由于絕熱冷卻可能達(dá)到飽和,空氣達(dá)到飽和之后過(guò)剩的水汽便附著在飄浮于空中的凝結(jié)核上,形成水滴.當(dāng)溫度低于攝氏零度時(shí),過(guò)剩的水汽便會(huì)凝華成細(xì)小的冰晶.這些水滴和冰晶聚集在一起,飄浮于空中便成了云.
大氣中有各種不同形式的空氣運(yùn)動(dòng),形成了不同形態(tài)的云.因?qū)α鬟\(yùn)動(dòng)而形成的云有淡積云、濃積云和積雨云等.人們把它們統(tǒng)稱為積狀云.它們都是一塊塊孤立向上發(fā)展的云塊,因?yàn)樵趯?duì)流運(yùn)動(dòng)中有上升運(yùn)動(dòng)和下沉運(yùn)動(dòng),往往在上升氣流區(qū)形成了云塊,而在下沉氣流區(qū)就成了云的間隙,有時(shí)可見(jiàn)藍(lán)天.
積狀云因?qū)α鲝?qiáng)弱不同出一轍形成各種不同云狀,它們的云體大小懸殊很大.如果云內(nèi)對(duì)流運(yùn)動(dòng)很弱,上升氣流達(dá)不到凝結(jié)高度,就不會(huì)形成云,只有干對(duì)流.如果對(duì)流較強(qiáng),可以發(fā)展形成濃積云,濃積云的頂部像椰菜,由許多輪廓清晰的凸起云泡構(gòu)成,云厚可以達(dá)4-5公里.如果對(duì)流運(yùn)動(dòng)很猛烈,就可以形成積雨云,云底黑沉沉,云頂發(fā)展很高,可達(dá)10公里左右,云頂邊緣變得模糊起來(lái),云頂還常擴(kuò)展開(kāi)來(lái),形成砧狀.一般積雨云可能產(chǎn)生雷陣雨,而只有發(fā)展特別強(qiáng)盛的積雨云,云體十分高大,云中有強(qiáng)烈的上升氣體,云內(nèi)有充沛的水分,才會(huì)產(chǎn)生冰雹,這種云通常也稱為冰雹云.
冰雹云是由水滴、冰晶和雪花組成的.一般為三層：最下面一層溫度在0℃以上,由水滴組成；中間溫度為0℃至-20℃,由過(guò)冷卻水滴、冰晶和雪花組成；最上面一層溫度在-20℃以下,基本上由冰晶和雪花組成.
在冰雹云中氣流是很強(qiáng)盛的,通常在云的前進(jìn)方向,有一股十分強(qiáng)大的上升氣流從云底進(jìn)入又從云的上部流出.還有一股下沉氣流從云后方中層流入,從云底流出.這里也就是通常出現(xiàn)冰雹的降水區(qū).這兩股有組織上升與下沉氣流與環(huán)境氣流連通,所以一般強(qiáng)雹云中氣流結(jié)構(gòu)比較持續(xù).強(qiáng)烈的上升氣流不僅給雹云輸送了充分的水汽,并且支撐冰雹粒子停留在云中,使它長(zhǎng)到相當(dāng)大才降落下來(lái).
在冰雹云中冰雹又是怎樣長(zhǎng)成的呢?在冰雹云中強(qiáng)烈的上升氣流攜帶著許多大大小小的水滴和冰晶運(yùn)動(dòng)著,其中有一些水滴和冰晶并合凍結(jié)成較大的冰粒,這些粒子和過(guò)冷水滴被上升氣流輸送到含水量累積區(qū),就可以成為冰雹核心,這些冰雹初始生長(zhǎng)的核心在含水量累積區(qū)有著良好生長(zhǎng)條件.雹核A在上升氣流攜帶下進(jìn)入生長(zhǎng)區(qū)后,在水量多、溫度不太低的區(qū)域與過(guò)冷水滴碰并,長(zhǎng)成一層透明的冰層,再向上進(jìn)入水量較少的低溫區(qū),這里主要由冰晶、雪花和少量過(guò)冷水滴組成,雹核與它們粘并凍結(jié)就形成一個(gè)不透明的冰層.這時(shí)冰雹已長(zhǎng)大,而那里的上升氣流較弱,當(dāng)它支托不住增長(zhǎng)大了的冰雹時(shí),冰雹便在上升氣流里下落,在下落中不斷地并合冰晶、雪花和水滴而繼續(xù)生長(zhǎng),當(dāng)它落到較高溫度區(qū)時(shí),碰并上去的過(guò)冷水滴便形成一個(gè)透明的冰層.這時(shí)如果落到另一股更強(qiáng)的上升氣流區(qū),那么冰雹又將再次上升,重復(fù)上述的生長(zhǎng)過(guò)程.這樣冰雹就一層透明一層不透明地增長(zhǎng)；由于各次生長(zhǎng)的時(shí)間、含水量和其它條件的差異,所以各層厚薄及其它特點(diǎn)也各有不同.最后,當(dāng)上升氣流支撐不住冰雹時(shí),它就從云中落下來(lái),成為我們所看到的冰雹了.