云的本质是什么

中科院物理所

云的本质是什么?为什么白色的云不容易下雨,而黑色的云容易下雨?

云的物理本质是浮在空中的小水滴和小冰晶群。我们肉眼观察到的云是大量小水滴和冰晶群组成的轮廓,其内部在不断运动和变化。

夏天,我们经常看到天上乌云密布,然后下起暴雨,之后雨过天晴,天上飘着白云。其实,高温使地面的水蒸发到空中,而高空温度较低,白云就是空气中水蒸气围绕凝结核(比如说细小颗粒、尘埃)形成的小水滴。这些水滴聚集多了就变成我们肉眼观察到的白云。随着水蒸气继续聚集,水滴越来越大,白云就变成了乌云。

那么為什么水滴变大可以使白云变成乌云呢?我们知道水滴直径是微米级的,因为粒子线度大于10倍的入射光波长(考虑人眼可以观测到的400纳米~760纳米),所以我们可以利用Mie散射理论来解答这一问题。根据Mie散射理论,光强和颗粒大小成反比,因此水滴变大会导致光强变小,也就是亮度变低。

我们常说的“天黄有雨”也源于灰尘和水滴聚集。

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