什么时候云会变得足够厚而开始下雨?

除非你一生都生活在地下,否则你很有可能在生命中的某个时刻遭遇暴风雨。

有时候,一场意想不到的倾盆大雨,瞬间就把你浇得湿透,特别是在夏天。

就在几分钟前,所有的雨水都躲在你头顶上方的云层里,那么为什么它们偏偏选择在你没有带伞离开家的路上出现呢?

雨悬浮在云层中,然后决定垂直降落到地面,这之间肯定有一个临界点……但这是什么呢?什么时候雨开始不能呆在云层里呢?

简单的回答是:当雨滴凝结并互相结合到它们的质量受到重力影响足够下降的时候。然而,雨要比这复杂得多……

一朵云的诞生

大多数人都知道,云是有地面蒸发的水形成的。在一个温暖的日子,明媚的阳光整个下午都照射在湖面上。

当湖中的液态水温度升高时,它最终转变成气态并上升到大气中,在这个过程雨水蒸发成我们看不见的微滴。而雨滴通常是可见的,所以肯定还有别的方式……

当数以亿计的微小水蒸气升上到天空时,它们就形成了我们所看到的,悬挂在我们头顶的云。

这些水滴形成了巨大的云,但这些云并不特别密集,事实上,云中的空气体积是这些微小水滴体积的1000倍。

水蒸气会上升(暖空气比冷空气密度小),但是它上升得越高,周围的空气就变得越冷,这就使得水蒸气回到了液态。


冷空气不能像暖空气那样含有那么多的水蒸气,同样,在较低的空气压力下,空气所能含有的水蒸气较少,因此会发生凝结。

然而,这些新形成的水滴非常微小,实际只有差不多20微米(初始的比这个还小的多),直径比普通人的头发还细的多。

而水更容易凝结在微粒上,而不是在空气中自然形成。因此,如果空气中有大量的灰尘或其他颗粒,云将更容易形成。

地形、大气相互作用、温度和风的变化都会影响云的类型,但基本过程是相同的,欢迎关注怪罗科普,如何形成不同类型的云会在之后的文章中再做解释。

在这些广阔的水蒸气区域下,上升的暖空气也足够支撑云层,这就是为什么它们看起来“漂浮”。

这似乎与万有引力相悖,不过上一篇我们已经解释了100吨重的云不会掉下来的几个原因,云的漂浮就像灰尘漂浮着一样。

慢下来和变大

当分子变冷时,它们会趋向于减速,所以这些微滴不是相互反弹,也不是沿着空气流动,而是开始互相碰撞并粘在一起。

实际上,形成一个中等大小的雨滴(注意是雨)大约需要100万个这样初始微滴。这些由数百或数千个微滴组成的群体不断地结合和变大,直到它们形成一个质量,可以受到重力的影响,并穿过支撑它们的空气。

奇怪的是,由于空气在这些相互作用的微滴周围有强大的运动,大水滴很难与非常小的微水滴连接。


?幸运的是,在这些寒冷的高空环境中,经常会形成冰晶,而冰晶是形成更大雨滴的绝佳催化剂。

小水滴会受到冰晶的吸引,并迅速增加冰晶的重量,这听起来像是通向雪或雨夹雪的台阶,但在返回地球的过程中,这些冰晶往往会回到液态——也被称为雨。

上升气流和一般向上的大气运动无法阻止这些逐渐增长的水滴,在合适的时刻它们会下落。

形成稳定小雨的云往往以每秒几厘米的速度上升,而风暴云可以以每秒2-3米的速度上升,这意味着从暖空气到冷空气的转变是迅速的,因此这些风暴云最终会导致暴雨。

最后

尽管许多人抱怨空气中的颗粒物,以及某些地区的灰尘,但如果我们的大气中没有这些物质,就永远不会下雨,从而形成一个非常干燥的星球。

因为,在微观尺度上,水蒸气的冰点与我们在实际的大规模测量中不同。事实上,微小的水蒸气可以以气态形式存在零下40摄氏度。这个阈值(零下40摄氏度)通常只出现在高于云形成的高度。

而大气中的微粒和尘埃,这些冰晶和较大的液滴却能够在更高的温度(例如-10摄氏度)下形成。

所以,下次看到一辆卡车经过,激起很多灰尘时,请不要生气……这也是在帮助降雨(我好像没法说服自己不生气)。