云是指漂浮在空气中的由小水滴或小冰晶构成的一种视觉可见的聚合物,根据云所处环境的气温不同,它可以全部由液态水滴构成,也可以由液态水滴和冰晶混合构成,还有可能全部由冰晶构成(虽然这种情况比较少见)。不管是液态水、固态水、还是它们的混合物,我们可以把它们统称为云滴。跟地球上的任何物体一样,云滴会受到方向向下的地球重力的作用,从而有向下坠落到地面的趋势;同时,云滴也会受到方向向上的空气浮力的作用,从而有浮在空中的趋势。由于水滴和冰晶的密度总是大于空气的,因此云滴受到的重力和浮力之间的净作用总是向下的,这样,云滴就应该像苹果一样落到地面。但是,空气中存在各种各样的气流,当气流由下向上运动时,气流中的云滴就会再受到一个额外的向上的力,当这种向上的力、云滴重力以及空气浮力三者平衡时,云滴就会浮在空中。
云滴生长和成雨示意图
在实际大气中,由于气流的作用,云滴的受力几乎都是处于不平衡的状态。当云滴较小时,云滴会在气流作用下向上运动。在这个过程中,云滴会与周边的其他云滴发生碰撞,从而融合变大,当云滴大到一定程度后,气流的强度无法维持云滴浮在空中,这时云滴就会下降,在这个过程中,云滴依然会与周围云滴碰撞变大,如果此时云滴落到地面,那就形成了降雨。但在实际大气中,随着气流的变化,一个云滴的这种上升-下降过程往往会重复很多次,从而使云滴长得足够大,当最终气流hold不住的时候,这个云滴就落到地面,形成了雨。
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