神奇的雲

湛藍的天空總是帶給我們無盡的想象，可是天空中漂浮的雲朵有沒有給你帶來些許疑問呢？中國自古以來就有看雲識天氣的能力，民間也總是口口相傳一些和雲有關的諺語。比如“天上鉤鉤雲，地上雨淋淋”“魚鱗天，不雨也風顛”。這些通俗易懂的諺語，只用寥寥幾個字就將雲代表的天氣變化概括了出來。可以說雲就是天氣的一張名片。

早在1801年，法國博物學家就提出了雲的分類。1929年，國際氣象組織以此為基礎，結合實際重新對雲進行了分類。國際氣象組織按雲的形狀、組成、形成原因等把雲分為十大雲屬。

然後又將這十大雲屬根據雲底高度的不同，分成了高雲族、中雲族、低雲族這三個雲族。根據雲的形狀和成因不同，它們還被分成了29個類別。

一朵雲可重達500噸？

雲是不同形態水分子凝結成的混合體，雲中既有水蒸氣遇到冷空氣後液化形成的小雨珠，也有溫度太低凝華成的小冰晶。在大氣層的保護下，地球上的水蒸氣都會被大氣層攔截，攔截下的水蒸氣聚集在一起就形成了半徑小於100微米的水滴，它就是雲滴。每106個雲滴聚集在一起就會轉化為雨滴。

雖然水分子基本都是透明的，但是在天空中聚集而成的雲朵反射了太陽光，所以一般情況下在人類眼裡看到的雲基本都是白色的。如果一朵雲包含了非常大數量的水分子，就會很難折射太陽光線，此時的雲就是陰沉的烏雲。有時，雲的薄厚程度不同，透光效果不一樣，也會出現紅色或者金色的雲。

時刻漂浮在天空中的雲在大多數人眼裡都是非常輕盈的存在，但是雲的實際重量卻比我們想象中要重得多。比如一片長度只有一公里的雲，在我們看不到的角度或許有7~10公里厚。再加上雲的距離和地面比較遠，所以看似普通的一片雲其實有著非常大的體積。

根據氣象局釋出的有關資料顯示，看似蓬鬆似棉花的雲朵，體積一般在1立方千米以上，而這種雲的密度如果按平均數值0.5克/立方米來算的話，一朵雲的體積就能達到500噸。如果是水分子密度極高的積雨雲，或者是雲層厚度達好幾公里的層狀雲，那麼它的質量就會遠遠超過500噸以上。

我們只在天上見過雲，再加上它總是在風的影響下發生著各種形態的變化，就會讓人誤會它非常輕盈。世界上最大的藍鯨體重為239噸，但它的質量卻還沒有一片雲的一半重。世界上最重的大象有13.5噸，一片漂浮的雲的質量相當於37頭大象。可見雲的質量遠比我們想象的要大得多。

為什麼雲不會掉下來？

看似是一個整體的雲，其實是由千千萬萬的水分子組成的。因此人有機會看到一片雲像落葉一樣從天空墜落，但是我們每個人都經歷過雲“掉下來”的過程。雲的本質就是水分子的集結，所以掉落的雲其實就是雨雪和冰雹。那麼停留在天空的層狀雲質量也很大，為什麼它不會掉落呢？

在揭秘雲不會從天空掉下來的秘密以前，我們先來了解一個物理概念：終端速度。一個物體在自由落體的時候，向下掉落的速度會因為自身重量、地心引力等作用的影響下不斷加快。但是墜落時產生的阻力也會削弱一部分的掉落速度。

在物體自由落體之初，它的墜落速度在逐漸增加。當一個物體自由落體一定時間後，自身質量和阻力就會產生平衡，這是它的墜落速度就在一個穩定的數值，此時物體就在以終端速度移動。

終端速度的決定因素之一就是物體的質量，質量越小，重力影響作用越小，物體自由落體時的終端速度也就越小。比如一滴直徑為0.02毫米的雨水，墜落的終端速度為1釐米/秒。這也從某種角度解釋了大雨滴打在身上為什麼更疼，因為它的終端速度要比小雨滴更大。

組成雲的水分子凝結體質量非常小，一般都是以微米為單位進行觀測。因此它們的終端速度大約為2毫米/秒。在這樣的速度下自由落體，人類的肉眼完全看不到它們的墜落。

而且雨滴想要順利從天空掉落，還要避免空氣和灰塵的干擾。因為空中的水滴質量都非常小，雨滴墜落時接觸大量灰塵，就會墜落地非常慢。此時如果有氣流影響，雨滴就會重新上升。

更重要的是，很多雨滴在還沒有墜落到地面的時候，就又被蒸發成氣態，重新回到了天空。天空中的水分子在自身電荷的影響下互相排斥，但空氣中的灰塵會像粘合劑一樣吸引水分子凝聚。當水分子凝聚到一定數量，就重新形成了一片雲。

我們看到的漂浮的雲，靠著自身浮力和墜落時產生的阻力抵消了吸引它墜落的重力，所以才不會墜落。而且雲在不同高度也有著不同的密度，密度大小就會直接導致雲能否漂浮。比如在8000米以上的對流層，質量為500噸的一片雲密度只有0.52千克/立方米。但此時它的浮力大約在52萬噸，遠遠大於自身體重500噸，所以它才能輕易地漂浮在天空當中。

如何讓雲從天空掉下來？

自然環境下，天氣越熱，蒸發升空的水蒸氣越多。當空氣中的水分子越來越多的時候，雲的密度就會不斷加大。當雲的密度增加至15克/立方米的時候，它的自身重量就超過了浮力。浮力承受不了巨大的重量後，雲就變成了雨滴從天上掉下來。如果是冬天，冷空氣會把雲變成雪花或者冰雹，雲又會以固態的形式從天上掉下來。

當人們揭開雲從天上掉下來的秘密後，人們很快就利用了這個原理透過人工降雨來調節天氣。1958年，位於我國東北地區的吉林省發生了60年一遇的乾旱。面積較小的魚塘完全乾涸，面積較大的湖泊水位急劇下降，部分河流甚至出現了斷流情況，當地農田幾乎快要完全旱死。在當地老百姓都絕望地等待莊稼絕收的時候，有關部門透過人工降雨解決了這個問題。這也是我國首次大規模試驗人工降雨。

人工降雨也叫人工增雨，它是指人類根據降雨條件，幫助或者加速水分子凝結形成降雨。人工降雨的具體措施很多。比如人類會利用飛機或者高射炮，向雲層潑灑乾冰、碘化銀等催化劑，實現人工降雨。如果雲層中的水分子不夠多，人類還會向空中發射人工冰核，增加降水量的同時促進人工降雨，這種方法也被稱之為冷雲催化。

如果雲層內部的溫度在0℃左右，我們稱它為暖雲，暖雲當中的由於地形呈主要依靠碰並現象。此時人們如果向雲噴灑吸溼顆粒，就會加速雲滴碰撞，實現人工降雨的目的。前蘇聯和法國等國家，曾試過透過提高區域性地區空氣溫度或者製造上升氣流的方法來促進降雨。

大多數人本能地認為雲不會從天上掉下是因為它的質量太輕。但進一步研究後，我們才發現雲的質量能夠達到500噸以上，不掉下來是因為浮力、阻力、氣流、蒸發等多種原因的結合。

表面上我們思考了一個看似無用的問題，實際上我們卻從這個問題引申出了許多天文學方面的知識。更重要的是，這些知識被運用在了農業和軍事領域，成為了造福人類的好方法。