作者：汪亚萍（LACS，2012级硕博研究生） 

　　11月5日开始，受冷空气影响，中东部地区迎来了大范围的雨雪天气，北京更是迎来了今冬的初雪。今天，咱们就着那些年的炸鸡和啤酒，拨开现象看本质，聊聊雨雪的前世今生。 

　　要知道雨雪的来历，我们就要先看看孕育雨雪的“母体”——云。漂浮在天空中的云朵，形态各异，千变万化，有的很厚，有的很宽，这都是云的宏观特征。从微观上来看，云都是由小水滴或冰晶组成的，有的也包含一些大的雨滴、冰和雪粒。 

　　云的形成需要两个条件：水汽和空气的上升运动。水汽从土壤、江河湖海的水面、动植物身上蒸发，进入低层的空气中。根据“高处不胜寒”的道理，离地面越高，气温越低，空气所能容纳的水汽就越少。当地面湿热的空气上升到一定的高度后，便会凝结成小水滴，所以，水汽就源源不断变成水滴直到长成雨滴和雪？错！新的相态不可能由原来单一相态连续变化得到，要先产生新相态的初始胚胎……说人话！简单来说，云滴的形成需要两个条件：一个是众所周知的水汽，另一个就是杂质，即所谓的凝结核。杂质从哪里来？杂质就是那些灰尘、花粉、盐粒等。有了小的云滴，水汽便纷纷靠拢，在云滴表面转化成液态水，这就是云滴的凝结增长，与此相反的就是蒸发过程。 

　　标准凝结核的半径只有0.1微米，标准云滴的半径有10微米左右，10微米是什么概念？据说头发丝的直径是60微米，自己感受下。实际上，云滴和雨滴没有本质的区别，只是大小不同而已，气象上把100微米以上的云滴称为雨滴，典型的雨滴半径有1000微米。同时，凝结增长过程表示：我辛辛苦苦用水汽把你从凝结核（0.1微米）喂养到云滴（10微米），我已经尽力了，还想长到100微米以上，臣妾做不到啊！这是由于半径在20微米以上的云滴的凝结生长率很小，如果继续用这种方式，效率实在是太低了！所以从云滴到雨滴的成长过程，需要另一种培养模式，那就是云滴与云滴的碰并。如图所示，在重力的作用下，大云滴在下降的过程中碰到小云滴，发生合并使自己长大成为雨滴，有种大鱼吃小鱼的感觉。如果有较强的上升气流，减慢雨滴的下落速度，同时把一些小云滴带上去，与雨滴碰并的话，就能使雨滴长得更大。当雨滴增大到一定程度时，才能下降到地面，形成降水。如果云滴没有得到足够的喂养（凝结），也没有与周围的云滴朋友合并（碰并增长）的话，那它们就只能继续呆在天上，引起多云、阴天等天气。 

　                                        　图1  标准云雨滴尺度（直径，左图）和碰并过程（右图） 

　　雪是从初始胚胎那儿与雨分道扬镳的，它形成的是冰晶胚胎，而不是液滴胚胎，二者的区别在于，一个是固态，一个是液态。小冰晶可以通过水汽在它表面凝华而增长，但由于冰晶所处的高度很高，那里水汽不多，所以并不能很快增长。小冰晶也可以相互碰撞，进而相互粘合而重新冻结长大。其中，最有利于冰晶长大的是混合云状态。混合云是由小冰晶和过冷水滴共同组成的。在零度以下的云中常常可观测到过冷水滴，即在0度以下，还有液态的水滴存在。过冷水滴是个重要的角色，记住它！当一团空气中的水汽对于冰晶来说已经达到饱和，对于水滴来说还未达到饱和时，云中的水汽会在冰晶表面凝华，而过冷水滴却在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷水滴上“吸附”水汽的现象，这就是著名的贝吉龙（Bergeron）过程，在这种情况下的冰晶增长得很快。过冷水滴还有一个神奇的特性，很不稳定！一碰它，就会冻结。在混合云中，当过冷水滴和冰晶相碰撞时，便会立刻冻结粘附在冰晶表面，简直是云粒子界的碰瓷高手，一碰就赖上了。当小冰晶增大到连空气的阻力和浮力都支撑不住时，便会落到地面，这就是雪花。

                                                            图2  冰晶的形状 

　　而在初春和秋末，由于靠近地面的空气层气温在0℃以上，同时这层空气并不厚，并且温度也不高，那么雪花还没来得及融化就落到了地面，这种现象在气象学里叫“雨夹雪”。 

　　参考文献 

　　1. 云和降水物理，黄美媛，徐华英等，1999，科学出版社 

　　2. 中国科普博览网，大气科学馆，http://www.kepu.net.cn/gb/earth/weather/index.html 

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