湛藍(lán)的天空總是帶給我們無盡的想象，可是天空中漂浮的云朵有沒有給你帶來些許疑問呢？中國自古以來就有看云識天氣的能力，民間也總是口口相傳一些和云有關(guān)的諺語。比如“天上鉤鉤云，地上雨淋淋”“魚鱗天，不雨也風(fēng)顛”。這些通俗易懂的諺語，只用寥寥幾個字就將云代表的天氣變化概括了出來。可以說云就是天氣的一張名片。
早在1801年，法國博物學(xué)家就提出了云的分類。1929年，國際氣象組織以此為基礎(chǔ)，結(jié)合實際重新對云進(jìn)行了分類。國際氣象組織按云的形狀、組成、形成原因等把云分為十大云屬。然后又將這十大云屬根據(jù)云底高度的不同，分成了高云族、中云族、低云族這三個云族。根據(jù)云的形狀和成因不同，它們還被分成了29個類別。
云是不同形態(tài)水分子凝結(jié)成的混合體，云中既有水蒸氣遇到冷空氣后液化形成的小雨珠，也有溫度太低凝華成的小冰晶。在大氣層的保護(hù)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于100微米的水滴，它就是云滴。每106個云滴聚集在一起就會轉(zhuǎn)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云朵反射了太陽光，所以一般情況下在人類眼里看到的云基本都是白色的。如果一朵云包含了非常大數(shù)量的水分子，就會很難折射太陽光線，此時的云就是陰沉的烏云。有時，云的薄厚程度不同，透光效果不一樣，也會出現(xiàn)紅色或者金色的云。
時刻漂浮在天空中的云在大多數(shù)人眼里都是非常輕盈的存在，但是云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云，在我們看不到的角度或許有7~10公里厚。再加上云的距離和地面比較遠(yuǎn)，所以看似普通的一片云其實有著非常大的體積。
根據(jù)氣象局發(fā)布的有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，看似蓬松似棉花的云朵，體積一般在1立方千米以上，而這種云的密度如果按平均數(shù)值0.5克/立方米來算的話，一朵云的體積就能達(dá)到500噸。如果是水分子密度極高的積雨云，或者是云層厚度達(dá)好幾公里的層狀云，那么它的質(zhì)量就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過500噸以上。
我們只在天上見過云，再加上它總是在風(fēng)的影響下發(fā)生著各種形態(tài)的變化，就會讓人誤會它非常輕盈。世界上最大的藍(lán)鯨體重為239噸，但它的質(zhì)量卻還沒有一片云的一半重。世界上最重的大象有13.5噸，一片漂浮的云的質(zhì)量相當(dāng)于37頭大象。可見云的質(zhì)量遠(yuǎn)比我們想象的要大得多。
看似是一個整體的云，其實是由千千萬萬的水分子組成的。因此人有機(jī)會看到一片云像落葉一樣從天空墜落，但是我們每個人都經(jīng)歷過云“掉下來”的過程。云的本質(zhì)就是水分子的集結(jié)，所以掉落的云其實就是雨雪和冰雹。那么停留在天空的層狀云質(zhì)量也很大，為什么它不會掉落呢？
在揭秘云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(chǎn)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(dāng)一個物體自由落體一定時間后，自身質(zhì)量和阻力就會產(chǎn)生平衡，這是它的墜落速度就在一個穩(wěn)定的數(shù)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(zhì)量，質(zhì)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厘米/秒。這也從某種角度解釋了大雨滴打在身上為什么更疼，因為它的終端速度要比小雨滴更大。
組成云的水分子凝結(jié)體質(zhì)量非常小，一般都是以微米為單位進(jìn)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(zhì)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(fā)成氣態(tài)，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(dāng)水分子凝聚到一定數(shù)量，就重新形成了一片云。
我們看到的漂浮的云，靠著自身浮力和墜落時產(chǎn)生的阻力抵消了吸引它墜落的重力，所以才不會墜落。而且云在不同高度也有著不同的密度，密度大小就會直接導(dǎo)致云能否漂浮。比如在8000米以上的對流層，質(zhì)量為500噸的一片云密度只有0.52千克/立方米。但此時它的浮力大約在52萬噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自身體重500噸，所以它才能輕易地漂浮在天空當(dāng)中。
自然環(huán)境下，天氣越熱，蒸發(fā)升空的水蒸氣越多。當(dāng)空氣中的水分子越來越多的時候，云的密度就會不斷加大。當(dāng)云的密度增加至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后，云就變成了雨滴從天上掉下來。如果是冬天，冷空氣會把云變成雪花或者冰雹，云又會以固態(tài)的形式從天上掉下來。
當(dāng)人們揭開云從天上掉下來的秘密后，人們很快就利用了這個原理通過人工降雨來調(diào)節(jié)天氣。1958年，位于我國東北地區(qū)的吉林省發(fā)生了60年一遇的干旱。面積較小的魚塘完全干涸，面積較大的湖泊水位急劇下降，部分河流甚至出現(xiàn)了斷流情況，當(dāng)?shù)剞r(nóng)田幾乎快要完全旱死。在當(dāng)?shù)乩习傩斩冀^望地等待莊稼絕收的時候，有關(guān)部門通過人工降雨解決了這個問題。這也是我國首次大規(guī)模試驗人工降雨。
人工降雨也叫人工增雨，它是指人類根據(jù)降雨條件，幫助或者加速水分子凝結(jié)形成降雨。人工降雨的具體措施很多。比如人類會利用飛機(jī)或者高射炮，向云層潑灑干冰、碘化銀等催化劑，實現(xiàn)人工降雨。如果云層中的水分子不夠多，人類還會向空中發(fā)射人工冰核，增加降水量的同時促進(jìn)人工降雨，這種方法也被稱之為冷云催化。
如果云層內(nèi)部的溫度在0℃左右，我們稱它為暖云，暖云當(dāng)中的由于地形呈主要依靠碰并現(xiàn)象。此時人們?nèi)绻蛟茋姙⑽鼭耦w粒，就會加速云滴碰撞，實現(xiàn)人工降雨的目的。前蘇聯(lián)和法國等國家，曾試過通過提高局部地區(qū)空氣溫度或者制造上升氣流的方法來促進(jìn)降雨。
大多數(shù)人本能地認(rèn)為云不會從天上掉下是因為它的質(zhì)量太輕。但進(jìn)一步研究后，我們才發(fā)現(xiàn)云的質(zhì)量能夠達(dá)到500噸以上，不掉下來是因為浮力、阻力、氣流、蒸發(fā)等多種原因的結(jié)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(xué)方面的知識。更重要的是，這些知識被運(yùn)用在了農(nóng)業(yè)和軍事領(lǐng)域，成為了造福人類的好方法。
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