雨、雪、云、雾、露、霜、冰雹和雾凇的成因及他们和人类生活的关系

热心网友：雨是由云“变”来的。雨滴的体积是云滴体积的100万倍。也就是说，要100万个云滴才能构成一个雨滴。在湿空气中，因冷却而凝结出云滴。对于云体温度高于0℃的暖云来说，云中存在大小不同的云滴，大云滴下降速度快，上升速度慢；小云滴下降速度慢，上升速度快。于是，由于大小云滴相对速度的差异，使得大云滴有机会与小云滴相撞，结果小云滴就合并到大云滴中去了。这样，大云滴不断地增大，又因为上升气流分布不均匀，大云滴可以在云中多次上下运动，再加上云内的湍流作用，大云滴增大的机会就增加，于是大云滴越来越大，直到上升气流托不住它，掉下来成为雨还有一种比较专业的意见，我觉得更有道理：当你飞行在1万米高空，看到更高处仍有少量雾障与淡云时，往往会有这样的疑问，为什么大多数云粒都在云海海面以下，这些高云有什么特殊，能比其它云飘得更高呢？?实际上，20公里高空都还有极稀薄的水分子存在，如前所述，这个高度的水分子不是从地面直接就蒸腾上来的，而是“第二次蒸发”后，负氢氧根离子还原出来的水分子。因为氢氧根（OH?－）的分子量是17，比水气分子量小1，故比水气浮得更高。当它们在平流层底部还原成水（H?2O）后，在－45℃的气温环境下，立即凝结成固态的霰粒，其直径在1微米以下，反射阳光，就像是雾障，特别浓密时，便犹如淡云。由于大量霰粒向云海掉落，云层的水雾向霰粒聚集，冻成较大的霰粒。当聚到1毫米左右直径时，原霰粒熔解为水，成为雨滴下落到地面。在冬季，原霰粒未被熔解，形成雪花或大霰粒下落到地面，这便是雨和雪的成因。?在晴天时，高空霰粒在穿过没有云的云层时，因气温增高而在半空熔解，化为薄雾，或降落地面成为露、霜、或在降落途中，又被第二天的阳光和风再次蒸发。这些高空霰粒体积太小，容易熔解，不易现场“抓获”，故它的存在和作用常被气象学家们忽略。 ?现气象学一讲雨雪的成因，就说是暖湿气流遇到了冷气团，或湿热空气上升后冷却凝结云云。问题是，在夏秋雨季里，这些冷气团是从哪里来的呢?难道是从南北极圈专门跑来下雨的不成?既然湿热空气把地面的水汽与热能带到了高空，高空应该更热，为何又会冷却凝结为雨雪的呢?不首先弄清对流层顶部出现低温的原因，这种雨雪成因理论就根本不能自圆其说。 ?如前所述，第二次蒸发是高空寒冷的主因，大量霰粒落入云海并吸热熔解，会使云海“雪上加霜”，当云汽在这种寒冷条件下凝结为雨滴和雪粒后，比重增大，浮力消失，当然会向下飘落，形成雨雪。现在所说的“对流雨”、“地形雨”、“锋面雨”、“台风雨”、“人工降雨”等都只是在说明降雨过程所伴随的现象，并没有说清降雨的原因=========================================我们都知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的，雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的。那么，雪是怎么形成的呢? 在水云中，云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大成为雨滴的。 冰云是由微小的冰晶组成的。这些小冰晶在相互碰撞时，冰晶表面会增热而有些融化，并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次，冰晶便增大了。另外，在云内也有水汽，所以冰晶也能靠凝华继续增长。但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽不多，凝华增长很慢，相互碰撞的机会也不多，所以不能增长到很大而形成降水。即使引起了降水，也往往在下降途中被蒸发掉，很少能落到地面。 最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候，对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴却在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上"吸附"水汽的现象。在这种情况下，冰晶增长得很快。另外，过冷却水是很不稳定的。一碰它，它就要冻结起来。所以，在混合云里，当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候，就会冻结沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面，这就是雪花。 在初春和秋末，靠近地面的空气在0℃以上，但是这层空气不厚，温度也不很高，会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面。这叫做降"湿雪"，或"雨雪并降"。这种现象在气象学里叫“雨夹雪”。 同样雪的大小也按降水量分类. 雪可分为小雪,中雪和大雪三类, 具体见表3.表3. 各类雪的降水量标准种类 小雪 中雪 大雪24小时降水量 2.5以下 2.6-5.0 大于5.012小时降水量 1.0以下 1.1-3.0 大于3.0雪的形成 我们都知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的，雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的。那么，雪是怎么形成的呢? 在水云中，云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大成为雨滴的。 冰云是由微小的冰晶组成的。这些小冰晶在相互碰撞时，冰晶表面会增热而有些融化，并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次，冰晶便增大了。另外，在云内也有水汽，所以冰晶也能靠凝华继续增长。但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽不多，凝华增长很慢，相互碰撞的机会也不多，所以不能增长到很大而形成降水。即使引起了降水，也往往在下降途中被蒸发掉，很少能落到地面。 最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候，对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴却在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上"吸附"水汽的现象。在这种情况下，冰晶增长得很快。另外，过冷却水是很不稳定的。一碰它，它就要冻结起来。所以，在混合云里，当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候，就会冻结沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面，这就是雪花。 在初春和秋末，靠近地面的空气在0℃以上，但是这层空气不厚，温度也不很高，会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面。这叫做降"湿雪"，或"雨雪并降"。这种现象在气象学里叫“雨夹雪”。===========================================云是降水的基础，是地球上水分循环的中间环节，并且云的发生发展总伴随着能量的交换。云的形状千变万化，一定的云状常伴随着一定的天气出现，因而云对于天气变化具有一定的指示意义。（一）云的形成条件和分类大气中，凝结的重要条件是，要有凝结核的存在，及空气达到过饱和。对于云的形成来说，其过饱和主要是由空气垂直上升所进行的绝热冷却引起的。上升运动的形式和规模不同，形成的云的状态、高度、厚度也不同。大气的上升运动主要有如下四种方式：1.热力对流指地表受热不均和大气层结不稳定引起的对流上升运动。由对流运动所形成的云多属积状云。2.动力抬升指暖湿气流受锋面、辐合气流的作用所引起的大范围上升运动。这种运动形成的云主要是层状云。3.大气波动指大气流经不平的地面或在逆温层以下所产生的波状运动。由大气波动产生的云主要属于波状云。4.地形抬升指大气运行中遇地形阻挡，被迫抬升而产生的上升运动。这种运动形成的云既有积状云，有波状云和层状云，通常称之为地形云（二）各种云的形成1.积状云的形成积状云是垂直发展的云块，主要包括淡积云、浓积云和积雨云。积状云多形成于夏季午后，具孤立分散、云底平坦和顶部凸起的外貌形态。积状云的形成总是与不稳定大气中的对流上升运动相联系。有对流能否形成积云，除了取决于凝结的条件外，还取决于对流上升所能达到的高度。如果对流上升所能达到的最大高度（对流上限）高于凝结高度，则积状云形成，否则就不会形成积状云。对流愈强，对流上限高于凝结高度的差值就愈大，积状云厚度就愈大。对流上升区的水平范围广大，则积状云的水平范围也就愈大。淡积云、浓积云和积雨云是积状云发展的不同阶段。气团内部热力对流所产生的积状云最为典型。夏半年，地面受到太阳强烈辐射，地温很高，进一步加热了近地面气层。由于地表的不均一性，有的地方空气加热得厉害些，有的地方空气湿一些，因而贴地气层中就生成了大大小小与周围温度、湿度及密度稍有不同的气块（热泡）。这些气块内部温度较高，受周围空气的浮力作用而随风飘浮，不断生消。较大的气块上升的高度较大，当到达凝结高度以上，就形成了对流单体，再逐步发展，就形成孤立、分散、底部平坦、顶部凸起的淡积云。由于空气运动是连续的，相互补偿的，上升部分的空气因冷却，水汽凝结成云，而云体周围有空气下沉补充，下沉空气绝热增温快，不会形成云。所以积状云是分散的，云块间露出蓝天。对于一定的地区，在同一时间里，空气温、湿度的水平分布近于一致，其凝结高度基本相同，因而积云底部平坦。如果对流上限稍高于凝结高度，则一般只形成淡积云。由于云顶一般在0℃等温线高度以下，所以云体由水滴组成，云内上升气流的速度不大，一般不超过5m/s，云中湍流也较弱。在淡积云出现的高度上，如果有强风和较强的湍流时，淡积云的云体会变得破碎，这种云叫碎积云。当对流上限超过凝结高度许多时，云体高大，顶部呈花椰菜状，形成浓积云。其云顶伸展至低于0℃的高度，顶部由过冷却水滴组成，云中上升气流强，可达15—20m/s，云中湍流也强。如果上升气流更强，浓积云云顶即可更向上伸展，云顶可伸展至-15℃以下的高空。于是云顶冻结为冰晶，出现丝缕结构，形成积雨云。积雨云顶部，在高空风的吹拂下，向水平方向展开成砧状，称为砧状云。在顺高空风的方向上，云砧能伸展很远，因而它的伸展方向，可作为判定积雨云的移动方向。积雨云的厚度很大，在中纬度地区为5 000—8 000m，在低纬度地区可达10000m以上。云中上升下沉气流的速度都很大，上升气流常可达20—30m/s，曾观测到60m/s的上升速度，下沉速度也有10—15m/s。云中湍流十分强烈。热力对流形成的积状云具有明显的日变化。通常，上午多为淡积云。随着对流的增强，逐渐发展为浓积云。下午对流最旺盛，往往可发展为积雨云。傍晚对流减弱，积雨云逐渐消散，有时可以演变为伪卷云、积云性高积云和积云性层积云。如果到了下午，天空还只是淡积云，这表明空气比较稳定，积云不能再发展长大，天气较好，所以淡积云又叫晴天积云，是连续晴天的预兆。夏天，如果早上很早就出现了浓积云，则表示空气已很不稳定，就可能发展为积雨云。因此，早上有浓积云是有雷雨的预兆。傍晚层积云是积状云消散后演变成的，说明空气层结稳定，一到夜间云就散去，这是连晴的预兆。由此可知，利用热力对流形成的积云的日变化特点，有助于直接判断短期天气的变化。2.层状云的形成层状云是均匀幕状的云层，常具有较大的水平范围，其中包括卷层云、卷云、高层云及雨层云。层状云是由于空气大规模的系统性上升运动而产生的，主要是锋面上的上升运动引起的。这种系统性的上升运动，通常水平范围大，上升速度只有0.1—1m/s，因持续时间长，能使空气上升好几千米。例如当暖空气向冷空气一侧移动时，由于二者密度不同，稳定的暖湿空气沿冷空气斜坡缓慢滑升，绝热冷却，形成层状云。云的底部同冷暖空气交绥的倾斜面（又称锋面）大体吻合，云顶近似水平。在倾斜面的不同部位，云厚的差别很大。最前面的是卷云和卷层云，其厚度最薄，一般为几百米至2000m，云体由冰晶组成。位于中部的是高层云，其厚度一般为1000—3000m，顶部多为冰晶组成，主体部分多为冰晶与过冷却水滴共同组成。最后面是雨层云，其厚度一般为3000—6000m，其顶部为冰晶组成，中部为过冷却水滴与冰晶共同组成，底部由于温度高于0℃，故为水滴组成。从上述的系统性层状云形成中可以看到，在降水来临之前，有些云可以作为征兆。如卷层云，通常出现在层状云系的前部，其出现还往往伴随着日、月晕，因此如看到天空有晕，便知道有卷层云移来，则未来将有雨层云移来，天气可能转雨。农谚“日晕三更雨，月晕午时风”就是指此征兆。3.波状云的形成波状云是波浪起伏的云层，包括卷积云、高积云、层积云。云中的上升速度可达每秒几十厘米，仅次于积状云中的上升速度。当空气存在波动时，波峰处空气上升，波谷处空气下沉。空气上升处由于绝热冷却而形成云，空气下沉处则无云形成。如果在波动形成之前该处已有厚度均匀的层状云存在，则在波峰处云加厚，波谷处云减薄以至消失，从而形成厚度不大、保持一定间距的平行云条，呈一列列或一行行的波状云。一般认为形成波动的原因主要有二：一是由于大气中存在着空气密度和气流速度不同的界面，在此界面上引起波动。二是由于气流越山而形成的波动（称地形波或背风波）。在上层风速大、密度小，下层风速小、密度大的界面上产生波动时，由于各高度上的风向、风速常随时间变化，波动的方向也随之改变，新产生的波动叠加在原来的波动之上，从而形成棋盘格子般的云块。波动气层甚高时形成卷积云，较高时形成高积云，低时形成层积云。波状云的厚度不大，一般为几十米到几百米，有时可达1000—2000m。在它出现时，常表明气层比较稳定，天气少变化。谚语“瓦块云，晒死人”、“天上鲤鱼斑，明天晒谷不用翻”，就是指透光高积云或透光层积云出现后，天气晴好而少变。但是系统性波状云，像卷积云是在卷云或卷层云上产生波动后演变成的，所以它和大片层状云连在一起，表示将有风雨来临。“鱼鳞天，不雨也风颠”就是指此种预兆。4.特殊云状的形成除上述几种云的形成外，还有一些特殊云状，如堡状、絮状、悬球状、荚状等，它们的出现往往能预测天气的变化趋势。因此，了解它们的成因和特征，有助于利用它们判断未来天气。（1）悬球状云：是指从云底下垂的云团，多出现在积雨云的底部。有时在高积云、高层云和雨层云的底部也可以见到。当云中有大量的水滴时，如果云底附近有强烈的上升气流，将下降的水滴托住，便会形成好像悬挂在云底的云团，这就是悬球状云。悬球状云的出现，通常预兆有降水产生，因为一旦上升气流减弱，原先被托住的水滴就会降落下来，形成降水。（2）堡状云和絮状云：堡状云底部水平，顶部则是并列着突起的小云塔，形状像远方的城堡。这种云的形成，常常是在波状云的基础上发展起来的。当波状云在逆温层下形成以后，如果逆温层不太厚，则逆温层下湍流发展时，较强的上升气流就穿过逆温层，使水汽凝结，形成具有圆弧顶部的云朵，这就是堡状云。常见的堡状云有堡状高积云和堡状层积云。絮状云的个体破碎，形状像棉絮团，它常是潮湿气层中的强烈湍流混合作用而形成的，主要为絮状高积云。夏半年如早晨出现堡状高积云或絮状高积云，表示该高度上气层不稳定，到了中午，低层对流一发展，上下不稳定气层结合起来，会产生强烈上升气流，形成积雨云，下雷暴雨或冰雹。傍晚对流减弱，如出现堡状高积云，表明高空将有不稳定系统逼近，次日可能出现系统性雷暴雨。（3）荚状云：荚状云中间厚、边缘薄，云块呈豆荚状。常见的荚状云主要是荚状高积云和荚状层积云。荚状云是由局部上升气流和下降气流相汇合而形成的。当上升气流使空气绝热冷却而形成云时，如果遇到下降气流的阻挡，其边缘部分因下降气流而逐渐变薄，这样便形成荚状云。在山区，气流受到地形的影响也能形成荚状云。 ============================================雾是由浮游在空中的小水滴或冰晶组成的水汽凝结物，雾生成在大气的近地面层中。雾既然是水汽凝结物，因此应从造成水汽凝结的条件中寻找它的成因。大气中水汽达到饱和的原因不外两个：一是由于蒸发，增加了大气中的水汽；另一是由于空气自身的冷却。对于雾来说冷却更重要。当空气中有凝结核时，饱和空气如继续有水汽增加或继续冶却，便会发生凝结。凝结的水滴如使水平能见度降低到1千米以内时，雾就形成了。 另外，过大的风速和强烈的扰动不利于雾的生成。 因此，凡是在有利于空气低层冷却的地区，如果水汽充分，风力微和，大气层结稳定，并有大量的凝结核存在，便最容易生成雾。一般在工业区和城市中心形成雾的机会更多，因为那里有丰富的凝结核存在。 ============================================露是水蒸气遇到冷的物体凝结成的水珠。为了说明露的成因，可以模拟自然界形成露的条件，利用水的蒸发增加空气的湿度，利用冰降低物体的温度，这样，在冷的物体上就会有露出现。通过此实验，既可以使学生了解露的成因，又可以使学生学习模拟实验的设计方法。============================================霜不是从天空降下来的，而是在近地面层的空气里形成的。 霜是一种白色的冰晶，多形成于夜间。少数情况下，在日落以前太阳斜照的时候也能开始形成。通常，日出后不久霜就融化了。但是在天气严寒的时候或者在背阴的地方，霜也能终日不消。 霜的形成不仅和当时的天气条件有关，而且与所附着的物体的属性也有关。当物体表面的温度很低，而物体表面附近的空气温度却比较高，那么在空气和物体表面之间有一个温度差，如果物体表面与空气之间的温度差主要是由物体表面辐射冷却造成的，则在较暖的空气和较冷的物体表面相接触时空气就会冷却，达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出。如果温度在0°C以下，则多余的水汽就在物体表面上凝华为冰晶，这就是霜。因此霜总是在有利于物体表面辐射冷却的天气条件下形成。 另外，云对地面物体夜间的辐射冷却是有妨碍的，天空有云不利于霜的形成，因此，霜大都出现在晴朗的夜晚，也就是地面辐射冷却强烈的时候。 此外，风对于霜的形成也有影响。有微风的时候，空气缓慢地流过冷物体表面，不断地供应着水汽，有利于霜的形成。但是，风大的时候，由于空气流动得很快，接触冷物体表面的时间太短，同时风大的时候，上下层的空气容易互相混合，不利于温度降低，从而也会妨碍霜的形成。大致说来，当风速达到3级或3级以上时，霜就不容易形成了。 因此，霜一般形成在寒冷季节里晴朗、微风或无风的夜晚。 霜的形成，不仅和上述天气条件有关，而且和地面物体的属性有关。霜是在辐射冷却的物体表面上形成的，所以物体表面越容易辐射散热并迅速冷却，在它上面就越容易形成霜。同类物体，在同样条件下，假如质量相同，其内部含有的热量也就相同。如果夜间它们同时辐射散热，那末，在同一时间内表面积较大的物体散热较多，冷却得较快，在它上面就更容易有霜形成。这就是说，一种物体，如果与其质量相比，表面积相对大的，那么在它上面就容易形成霜。草叶很轻，表面积却较大，所以草叶上就容易形成霜。另外，物体表面粗糙的，要比表面光滑的更有利于辐射散热，所以在表面粗糙的物体上更容易形成霜，如土块。 霜的消失有两种方式：一是升华为水汽，一是融化成水。最常见的是日出以后因温度升高而融化消失。霜所融化的水，对农作物有一定好处。==================================================冰雹和雨、雪一样都是从云里掉下来的。不过下冰雹的云是一种发展十分强盛的积雨云，而且只有发展特别旺盛的积雨云才可能降冰雹。