中国气象报记者牛彦元

全球水循环包括大气水循环和陆地水循环。其中,水汽因有非常大的含量而被大家关注。然而,水汽只有通过凝结成云才能产生降水。云在气候、辐射等方面起着重要的作用。来源:中国气象报
云由云滴组成,实际上是大气中水汽凝结(凝华)成的水滴、过冷水滴、冰晶或者它们混合组成的可见聚合物。而降水是云中的水汽冷凝并降落到地表的现象。云和雨的关系是“有云不一定有雨,有雨一定要有云。”那么,云滴是如何“穷极一生”实现向雨滴的华丽转变的?
成云过程中形成的云滴都很小,直径在10微米左右。它们在具有上升气流的大气中是不可能落到地面的。想要从云中“跌落”至地面,云滴需要不断“增肥”,直到自身重力战胜上升气流。例如,直径大于200微米的云滴就有可能下降到地面成为“毛毛雨”,直径大于500微米则会形成雨滴或固态降水物。
云滴想要成功“增肥”可不是一件简单的事情。首先,云滴靠云中的上升气流到达位置更高、温度更低的云层。这里的云中会有很多小冰晶。随后,冰晶作为冰核不断吸附云滴而长大,直到在重力作用下克服上升气流而下降。不过,这样的凝结过程的效率会随云滴直径的增加而越来越低。接下来,云滴的“增肥”就要靠碰并增长的过程了。大的云滴下降速度更快,会追上小的云滴并与之碰撞、合并。在这一过程中,云滴迅速增大,且随着体积增大碰并增长效率越来越高。
自然界的降水,无不是通过这两个过程形成的。不过,有时看到的云,可不是说下雨就能下的。简单来说,这里面的关键在于云滴微物理结构的差异,也就是云滴大小和分布的差异。
从云滴碰并增长过程可以看到,一定要有不同大小的云滴才行,这样才会有大云滴追赶小云滴的现象。如果云滴大小都相同,它们都以相同的速度运动,谁也追不上谁,碰并增长也就无从说起了。如果云处于胶性稳定状态,没有云滴增大为雨滴,降水也就不可能产生。