云的本質是什么

中科院物理所

云的本質是什么？為什么白色的云不容易下雨，而黑色的云容易下雨？

云的物理本質是浮在空中的小水滴和小冰晶群。我們肉眼觀察到的云是大量小水滴和冰晶群組成的輪廓，其內部在不斷運動和變化。

夏天，我們經常看到天上烏云密布，然后下起暴雨，之后雨過天晴，天上飄著白云。其實，高溫使地面的水蒸發到空中，而高空溫度較低，白云就是空氣中水蒸氣圍繞凝結核（比如說細小顆粒、塵埃）形成的小水滴。這些水滴聚集多了就變成我們肉眼觀察到的白云。隨著水蒸氣繼續聚集，水滴越來越大，白云就變成了烏云。

那么為什么水滴變大可以使白云變成烏云呢？我們知道水滴直徑是微米級的，因為粒子線度大于10倍的入射光波長（考慮人眼可以觀測到的400納米～760納米），所以我們可以利用Mie散射理論來解答這一問題。根據Mie散射理論，光強和顆粒大小成反比，因此水滴變大會導致光強變小，也就是亮度變低。

我們常說的“天黃有雨”也源于灰塵和水滴聚集。