在我们头顶的天空中,存在着一个奇妙的“水家族”,它们形态各异、习性不同,却共同维系着地球上的降水循环。这个家族的成员包括微小的云滴、晶莹的冰晶、坠落的雨滴、飘舞的雪花、颗粒状的霰和坚硬的冰雹。它们彼此联系、相互转化,构成了大自然中不可或缺的水分循环系统。 大气中水汽上升冷却,形成云滴或冰晶这些云粒子,经云物理过程成长为雨滴、雪、霰、雹等降水粒子。云是水滴、冰雪晶或其混合物组成的可见悬浮体;当降水粒子足够大且数量充足时,便下落至地面形成降水。
云滴是半径小于 0.1 毫米的小水滴,每立方厘米有几十个至几千个;半径超 0.1 毫米的是雨滴,浓度仅为云滴的百万分之一。在低于 0℃的高空,会形成冰晶,大于 0.3 毫米的冰晶叫雪晶。冰晶基本呈对称六角棱柱状,受环境温湿影响,还会呈现针状、柱状、板状等多种形态,云中冰晶浓度为每立方米 10~50 个。
降水粒子浓度远小于云滴,每立方米仅几个至几千个,但尺度更大,半径在 0.1 毫米到几毫米间。半径小于 0.14 毫米的小雨滴近似球形,随尺度增大变成椭球体、平底椭球体,半径超 5 毫米时会破碎。冰雹形状多样,有球形、椭球形等。
云滴和冰晶通过凝结等过程可转化为多种降水粒子:水汽凝结成云滴后,在特定环境中经凝结、碰并成长为雨滴;低温云中的冰相粒子落入暖区融化也能成雨滴。雪可由冰雪晶增长、过冷雨滴冻结及冰雪晶聚合形成;冰晶和雪撞冻过冷水形成霰;霰长到一定尺度会向雹转化。
为更好地观测这些空中的水精灵,科学家运用飞机搭载仪器深入云内,测量粒子的尺寸、浓度和形态;在地面则通过雨滴谱仪记录降水特征。这些观测不仅深化了人类对天气过程的理解,也为防灾减灾、水资源利用提供了科学依据。
云与降水,不仅是天边的风景,更是生命之水的源头。它们以万千形态演绎着大自然的水之循环,无声地滋养着万物生长。
文/内蒙古自治区人工影响天气中心 郑旭程 李 慧