地球表面受热不均匀,会引发热空气上升,形成对流,云通常在对流层(海拔0-12km,温度随着高度降低)中生成,被强劲的上身气流托住,比如说积云的形成正是暖湿气流上升遇冷凝结的结果,云中的水滴不断蒸发与凝结,同时受到水平风和垂直气流影响,维持悬浮状态,如果水滴增长足够大,就会因为重力超过浮力而降落,比如说雨滴。在对流层中,每上升100米气温下降大约0.6摄氏度,云中的水滴在下降过程中会因为温度升高而蒸发,重新变回气态被空气支撑,避免直接坠落。

当云降至地面附近,若遇冷空气可能凝结成雾,若地面持续加热,雾又会重新蒸发上升为云,体现温度对云形态的调控,总体来说,云的漂浮是低密度结构 上升气流托举 温度梯度调控 浮力作用共同构建的动态平衡,使其既不会压垮空气,也不会因为重力直接坠落,这一过程持续维系着地球的水循环和能量的平衡。即使云在天空中下落,我们肉眼也是难以察觉出来的,根据空气阻力公式:F=(1/2)CρSV2,其中C代表空气阻力系数,ρ是空气密度,S是物体迎风面积,V是相对运动速度。

由此可知,空气阻力与物体的迎风面积和速度的平方成正比。由于单个水滴和冰晶极其微小,其下落速度极慢,而我们站在地面上,距离云层较远,肉眼难以察觉它们的下降过程。当空气中的水汽达到饱和状态的时候,水汽会在凝结核上开始凝结,形成微小的水滴,这些微小的水滴通过凝结周围的水汽以及相互碰撞合并,使得水滴不断增大,当水滴增大到一定程度以后,重力会超过空气的浮力,然后降落下来,形成雨。

在高空低温环境下,水汽会直接凝华成冰晶,而不是先形成水滴再冻结。冰晶具有独特的六边形结构,其形成需要特定的温度和湿度条件。冰晶通过吸附周围的水汽以及与其他冰晶相互碰撞结合,不断增长变大。当冰晶足够大且重量超过空气浮力时,就会从云中落下。如果地面温度较低,整个大气层的温度都在0℃以下,冰晶在下落过程中不会融化,就形成了雪。若地面温度高于0℃,冰晶在下落过程中完全融化,就会变成雨;如果冰晶在下落过程中部分融化,就会形成雨夹雪。

