雨來了

于鵬翔

我們平時常說“成云至雨”，有云就一定有雨嗎？我在前幾期講過云實際上是水汽在冷卻之后凝結成的小水滴，我們把這種小水滴叫作云滴。云滴非常小，直徑大約為20微米（0.02毫米），相比之下一根頭發(fā)的直徑大約是云滴的4倍。由于云滴太小了，所隊云滴在大氣中下降的速度非常緩慢，一個云滴要從1 000米高空落到地面需要幾個小時，而實際上，云主要存在于對流層，從沒有云滴能直接落到地上，因為越接近地面溫度越高，云滴下落不久就會重新變成無形無色的水汽了。那么，要想讓云滴變成雨滴落到地面，云滴就要變大。那要變多大呢？一個雨滴的直徑大約是云滴的100倍，約2毫米。同學們讀到高中時會學一個球體的計算公式：（ 4/3）πr3，這里面的π就是著名的圓周率3.141 592 6……； r是半徑，也就是直徑的一半；三次方就是將半徑連續(xù)乘以三次。這樣，我們就可以用這個公式計算出一個雨滴的體積是云滴的100萬倍，也就是說，一個云滴要想變成雨滴，體積要增加100萬倍，是不是很驚入？！如果單純靠云滴緩慢吸收周圍的水汽凝結成一個雨滴顯然是很困難的，那小小的云滴是怎樣讓自己變龐大的呢？

柏杰龍的發(fā)現(xiàn)

一位瑞典氣象學家名叫柏杰龍，他發(fā)現(xiàn)了一個很有意思的現(xiàn)象可以用來解釋雨的形成。有一次，柏杰龍在山上度假，散步的時候他發(fā)現(xiàn)這座山經(jīng)常霧氣繚繞。但當他沿山坡向上走時，越往上氣溫越低，直至低于-5℃時，周圍的霧氣消散了。他還發(fā)現(xiàn)當氣溫高于0℃時，霧氣又會出現(xiàn)。柏杰龍仔細觀察四周，終于找到出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因：周圍的杉樹。當然，并不是杉樹把霧氣吸收了，而是當氣溫低于-5℃的時候，杉樹的枝條上會結出冰晶，正是這些冰晶在不斷地消耗著周圍的小云滴，最終冰晶變大形成霧凇，由于云滴被冰晶吸收殆盡，于是出現(xiàn)了晴朗的天氣。

從一場雪到一場雨

柏杰龍在觀察到冰晶消耗云滴的現(xiàn)象之后，進行了更加深入的研究。他想，要是這些冰晶出現(xiàn)在云里，那它們也會吸收云中的小水滴，使云滴迅速變成大冰晶，也就是雪。而這些大冰晶下落后，根據(jù)地面上不同的氣溫狀況就會形成降水或者降雪。這個研究成果后來被命名為“柏杰龍過程”。柏杰龍過程主要出現(xiàn)在中緯度地區(qū)，在我們頭頂上的高空，空氣的溫度可以降到零下十幾度甚至幾十度。但與大家所想的不同，空氣中極端潔凈的小水滴并不會輕易凍結，因為沒有足夠使他們凍結的凝結核。這些；吉凈的小水滴變成了過冷水，就是在低于0℃時也不結冰的液體水。這便解釋了另一種天氣現(xiàn)象：凍雨。這些凍雨在空中是低于0℃的雨滴，一旦落到地面遇到灰塵或其他凝結核就會迅速凍結成冰，給人們的生活帶來不便。

假設高空的氣溫在-10℃-20℃之間，空氣中就會有過冷水和冰晶共存。當云中的小水滴達到飽和狀態(tài)的時候，空中的小冰晶就會貪婪地吸收周圍的小水滴讓自己變大，當他們足夠大的時候，就開始下落，在下落的過程中，有些冰晶會破碎，于是大冰晶又分裂成無數(shù)小冰晶，小冰晶再不斷吸收周圍空氣中的小水滴，這樣冰晶越來越大、越來越多，最終形成一片片雪花飛向地面。當?shù)乇頊囟却笥?℃時，雪花又融化成雨滴。所以，在我們生活的地方，大部分的雨其實都源于高空上的一場暴雪！

熱帶地區(qū)怎么下雨？

在緯度更低、溫度更高的熱帶地區(qū)，空氣中有豐富的水汽，云較中高緯度地區(qū)高度更低，數(shù)量更多。因為熱帶地區(qū)空氣濕潤、潔凈，于是能夠產(chǎn)生少量的大水滴，這些大水滴下落速度較快，不會輕易被蒸發(fā)。在下落的過程中，大水滴與周圍的小云滴碰撞、合并、破裂，再碰撞、合并……就這樣，水滴變得越來越大，數(shù)量越來越多，最終形成一場瓢潑大雨。

“春雨貴如油”？

有一種風叫作季風，它是由于海洋和陸地溫度不同而產(chǎn)生的一種能夠隨季節(jié)變換風向的風。這種風尤其會在面積很大的大陸與大洋之間產(chǎn)生，比如我國的位置就是在世界上最大的大陸——亞歐大陸和最大的大洋——太平洋之間，所以我國的季風現(xiàn)象非常明顯。簡單來說，就是冬季時亞洲大陸尤其北部地區(qū)比其東面的太平洋更冷，這時候陸地上就會形成一個巨大的高壓區(qū)域，于是風就像河流一樣從高壓的亞洲大陸吹向氣壓相對較低的太平洋。夏季時，陸地升溫更快，于是海洋的溫度變得低于陸地，這樣海洋上便形成高壓區(qū)域，這時，風就從海洋吹向陸地。而正是這股從海洋吹來的夏季風給我們帶來了豐沛的降水。這里請大家熟記一個原則：冷高壓，熱低壓，風從高壓吹向低壓。

每年春天，陸地上氣溫逐漸升高，帶著水汽的暖暖的夏季風首先會從海上來到我國東南沿海地區(qū)。這時的夏季風還是一個柔弱的孩子，而陸地上的冷空氣也是強弩之末。不太強的冷空氣和同樣不太強的夏季風在東南地區(qū)相遇、膠著，而夏季風帶來的水汽遇到冷氣團之后開始降水。又因為陸地上的冷氣團與夏季風形成的暖氣團互不相讓，誰也不愿離開，于是南方地區(qū)就會經(jīng)歷一個漫長的梅雨季。這種情況可苦了北方人民，尤其是農(nóng)民伯伯。因為春天正是播種的季節(jié)，無論是剛種下的種子還是結束冬眠等待返青的小苗，都急需雨水的滋潤。但是此時夏季風還在南方和冷氣團纏斗著，沒辦法到達北方，所以北方會經(jīng)歷一段干旱少雨的時期，在這個時期天上落下一滴雨對大地來說都是珍貴的，所以便有了“春雨貴如油”的說法。到了七八月份，夏季風才會帶著水汽光臨北方地區(qū)，這時的夏季風已經(jīng)十分強大，帶來的水汽也更加充足，于是北方的夏天不僅會有降雨，很多時候還是傾盆大雨。

詩詞中的雨

杜甫在《春夜喜雨》中寫道：“好雨知時節(jié)，當春乃發(fā)生，隨風潛入夜，潤物細無聲?！边@里杜甫描述了一次春季的降雨過程。春天，空氣中水汽不充足，這時緩緩而來的風能幫助補充空氣中不足的水汽，同時，夜晚氣溫降低，有利于水汽凝結，形成降水。這樣一場小雨在春旱時落下，自然是一場好雨啦！不過，這股春風并不強大，帶來的水汽也不多，因此，只能“潤物細無聲”。大家再想想王維的《山居秋暝》中最著名的兩句：“空山新雨后，天氣晚來秋?！笔遣皇呛苡幸饩常?！山中植被豐富、空氣濕潤、水汽充足，唯獨缺乏一股能夠使水汽凝結的冷空氣。晚間一股冷空氣恰好襲來，于是空寂的山中下起一場小雨。下完雨的山谷被冷空氣填滿，氣溫迅速下降，于是便有了秋天的感覺。而低溫使得空氣中的水汽無法再蒸發(fā)到天空中形成云彩，因此王維對著沒有云層遮擋的夜空又言：“明月松間照，清泉石上流。”用科學的視角讀詩是不是也很有趣？！