雲物理學

雲物理學是研究大氣層中雲的形成 、 生長和冷凝的物理過程的分支學科 。 雲按照相態分類 ， 包括由微小液滴組成的水雲 （ 暖雲 ） ， 微小冰晶組成的冰雲 （ 冷雲 ） 或冰晶與水滴混合的雲 （ 混合相雲 ） 。 這些氣溶膠存在於對流層 ， 平流層和中間層 ， 它們共同構成均勻層的最大部分 。 根據Köhler理論 ， 當空氣的過飽和度超過臨界值時 ， 雲滴開始由雲凝結核冷凝形成 。 雲凝結核對於雲滴形成是必需的 ， 因爲開爾文方程描述了由於曲面引起的飽和蒸氣壓的變化 。 在小半徑處 ， 冷凝發生所需的過飽和度是如此之大 ， 以至於它不會自然發生 。 拉烏爾定律描述了蒸汽壓力如何依賴於溶液中溶質的量 。 在高濃度下 ， 當雲滴小時 ， 所需的過飽和度小於沒有云凝結核時的過飽和度 。 暖雲形成的過程是一種凝結過程 。 在暖雲中 ， 較大的雲滴以較高的終點速度下降 。 因爲在給定速度的條件下 ， 在較小液滴上每單位重量液滴受到的凝滯力大於大液滴所受到的凝滯力 ， 即 ， 小液滴加速度小於大液滴加速度 。 因此 ， 大液滴可以與小液滴碰撞並結合形成更大的液滴 ， 稱爲碰並過程 。 當液滴變得足夠大以致其向下的速度 （ 相對於周圍的空氣 ） 大於周圍空氣的上升速度 （ 相對於地球 ） 時 ， 液滴可以通過降水落到地面上 。 在占主導地位的混合相雲中 ， 碰撞和凝結並不重要 。 形成冷雲的主要過程是凍結過程 。 凍結過程又叫核化過程 （ nucleation ） ， 分爲均質核化和異質核化 。 當過冷液體滴與固體顆粒物碰撞或者接觸固體表面時 ， 過飽和液滴就會逐漸凍結 ， 形成冰晶顆粒 。 目前 ， 人們對雲的形成和發展的確切機制尚未完全瞭解 ， 但科學家們可以通過研究單個液滴的微物理學過程來推演大氣中雲形成與發展的理論 。 天氣雷達和衛星技術的進步也使科學家們得以對雲進行大量更爲細緻的研究 。