神奇的云

湛蓝的天空总是带给我们无尽的想象，可是天空中漂浮的云朵有没有给你带来些许疑问呢？中国自古以来就有看云识天气的能力，民间也总是口口相传一些和云有关的谚语。比如“天上钩钩云，地上雨淋淋”“鱼鳞天，不雨也风颠”。这些通俗易懂的谚语，只用寥寥几个字就将云代表的天气变化概括了出来。可以说云就是天气的一张名片。

早在1801年，法国博物学家就提出了云的分类。1929年，国际气象组织以此为基础，结合实际重新对云进行了分类。国际气象组织按云的形状、组成、形成原因等把云分为十大云属。

然后又将这十大云属根据云底高度的不同，分成了高云族、中云族、低云族这三个云族。根据云的形状和成因不同，它们还被分成了29个类别。

一朵云可重达500吨？

云是不同形态水分子凝结成的混合体，云中既有水蒸气遇到冷空气后液化形成的小雨珠，也有温度太低凝华成的小冰晶。在大气层的保护下，地球上的水蒸气都会被大气层拦截，拦截下的水蒸气聚集在一起就形成了半径小于100微米的水滴，它就是云滴。每106个云滴聚集在一起就会转化为雨滴。

虽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阳光，所以一般情况下在人类眼里看到的云基本都是白色的。如果一朵云包含了非常大数量的水分子，就会很难折射太阳光线，此时的云就是阴沉的乌云。有时，云的薄厚程度不同，透光效果不一样，也会出现红色或者金色的云。

时刻漂浮在天空中的云在大多数人眼里都是非常轻盈的存在，但是云的实际重量却比我们想象中要重得多。比如一片长度只有一公里的云，在我们看不到的角度或许有7~10公里厚。再加上云的距离和地面比较远，所以看似普通的一片云其实有着非常大的体积。

根据气象局发布的有关数据显示，看似蓬松似棉花的云朵，体积一般在1立方千米以上，而这种云的密度如果按平均数值0.5克/立方米来算的话，一朵云的体积就能达到500吨。如果是水分子密度极高的积雨云，或者是云层厚度达好几公里的层状云，那么它的质量就会远远超过500吨以上。

我们只在天上见过云，再加上它总是在风的影响下发生着各种形态的变化，就会让人误会它非常轻盈。世界上最大的蓝鲸体重为239吨，但它的质量却还没有一片云的一半重。世界上最重的大象有13.5吨，一片漂浮的云的质量相当于37头大象。可见云的质量远比我们想象的要大得多。

为什么云不会掉下来？

看似是一个整体的云，其实是由千千万万的水分子组成的。因此人有机会看到一片云像落叶一样从天空坠落，但是我们每个人都经历过云“掉下来”的过程。云的本质就是水分子的集结，所以掉落的云其实就是雨雪和冰雹。那么停留在天空的层状云质量也很大，为什么它不会掉落呢？

在揭秘云不会从天空掉下来的秘密以前，我们先来了解一个物理概念：终端速度。一个物体在自由落体的时候，向下掉落的速度会因为自身重量、地心引力等作用的影响下不断加快。但是坠落时产生的阻力也会削弱一部分的掉落速度。

在物体自由落体之初，它的坠落速度在逐渐增加。当一个物体自由落体一定时间后，自身质量和阻力就会产生平衡，这是它的坠落速度就在一个稳定的数值，此时物体就在以终端速度移动。

终端速度的决定因素之一就是物体的质量，质量越小，重力影响作用越小，物体自由落体时的终端速度也就越小。比如一滴直径为0.02毫米的雨水，坠落的终端速度为1厘米/秒。这也从某种角度解释了大雨滴打在身上为什么更疼，因为它的终端速度要比小雨滴更大。

组成云的水分子凝结体质量非常小，一般都是以微米为单位进行观测。因此它们的终端速度大约为2毫米/秒。在这样的速度下自由落体，人类的肉眼完全看不到它们的坠落。

而且雨滴想要顺利从天空掉落，还要避免空气和灰尘的干扰。因为空中的水滴质量都非常小，雨滴坠落时接触大量灰尘，就会坠落地非常慢。此时如果有气流影响，雨滴就会重新上升。

更重要的是，很多雨滴在还没有坠落到地面的时候，就又被蒸发成气态，重新回到了天空。天空中的水分子在自身电荷的影响下互相排斥，但空气中的灰尘会像粘合剂一样吸引水分子凝聚。当水分子凝聚到一定数量，就重新形成了一片云。

我们看到的漂浮的云，靠着自身浮力和坠落时产生的阻力抵消了吸引它坠落的重力，所以才不会坠落。而且云在不同高度也有着不同的密度，密度大小就会直接导致云能否漂浮。比如在8000米以上的对流层，质量为500吨的一片云密度只有0.52千克/立方米。但此时它的浮力大约在52万吨，远远大于自身体重500吨，所以它才能轻易地漂浮在天空当中。

如何让云从天空掉下来？

自然环境下，天气越热，蒸发升空的水蒸气越多。当空气中的水分子越来越多的时候，云的密度就会不断加大。当云的密度增加至15克/立方米的时候，它的自身重量就超过了浮力。浮力承受不了巨大的重量后，云就变成了雨滴从天上掉下来。如果是冬天，冷空气会把云变成雪花或者冰雹，云又会以固态的形式从天上掉下来。

当人们揭开云从天上掉下来的秘密后，人们很快就利用了这个原理通过人工降雨来调节天气。1958年，位于我国东北地区的吉林省发生了60年一遇的干旱。面积较小的鱼塘完全干涸，面积较大的湖泊水位急剧下降，部分河流甚至出现了断流情况，当地农田几乎快要完全旱死。在当地老百姓都绝望地等待庄稼绝收的时候，有关部门通过人工降雨解决了这个问题。这也是我国首次大规模试验人工降雨。

人工降雨也叫人工增雨，它是指人类根据降雨条件，帮助或者加速水分子凝结形成降雨。人工降雨的具体措施很多。比如人类会利用飞机或者高射炮，向云层泼洒干冰、碘化银等催化剂，实现人工降雨。如果云层中的水分子不够多，人类还会向空中发射人工冰核，增加降水量的同时促进人工降雨，这种方法也被称之为冷云催化。

如果云层内部的温度在0℃左右，我们称它为暖云，暖云当中的由于地形呈主要依靠碰并现象。此时人们如果向云喷洒吸湿颗粒，就会加速云滴碰撞，实现人工降雨的目的。前苏联和法国等国家，曾试过通过提高局部地区空气温度或者制造上升气流的方法来促进降雨。

大多数人本能地认为云不会从天上掉下是因为它的质量太轻。但进一步研究后，我们才发现云的质量能够达到500吨以上，不掉下来是因为浮力、阻力、气流、蒸发等多种原因的结合。

表面上我们思考了一个看似无用的问题，实际上我们却从这个问题引申出了许多天文学方面的知识。更重要的是，这些知识被运用在了农业和军事领域，成为了造福人类的好方法。