春雨為什么貴如油？（上）

進入3月，同學們都感受到了春天的氣息，同時是不是還感覺最近的天氣有些干燥？中國有句古話叫“春雨貴如油”，就是說春天的雨水很少，所以很珍貴。你知道降雨是怎么形成的嗎？這春天的雨又為什么“貴如油”呢？

雨和雪竟然有這種關系？

下雨是我們生活中很常見的一種天氣現象，要是問你雨到底是怎么降下來的，你能準確回答嗎？你可能會說：“陰天就很可能會下雨啊。”陰天確實是我們經常在下雨之前見到的一種現象，而且你要是仔細觀察就會發現：似乎烏云越厚，雨就會下得越大。難道云與下雨之間存在著什么關系嗎？為什么有的云就穩穩地飄在天上，一會兒就消散了，而有些云就能帶來降雨呢？這個看上去很簡單的問題不只困擾著你，其實也困擾著很多科學家。云里的水直接落到地上就會形成雨滴嗎？

云實際上是水汽在冷卻之后凝結成的小水滴組成的，這些小水滴叫作云滴。云滴非常小，直徑大約20微米，就是大約0.02毫米。相比之下，一根頭發的直徑大約是云滴的4倍。由于云滴太小了，所以云滴在大氣中下降的速度非常緩慢。一個云滴從1000米的高度落到地面需要幾個小時。而實際上，即便如此緩慢，也沒有云滴能夠直接落到地上，因為在云主要存在的對流層中，離地面越近溫度越高，云滴落下的過程中又會重新變成看不見摸不到的水汽。

要想讓云滴變成雨滴成功落到地上，就需要云滴變大。要變成多大呢？一個雨滴的直徑是一個云滴的100倍左右，也就是大約2毫米。同學們在高中時會學到圓球體的體積計算公式：4/3πr3。這里面的π是圓周率，約等于3.14；r是半徑；三次方就是r連續乘三次。你可以用這個公式計算一下一個雨滴的體積是一個云滴的多少倍。計算之后你會得到一個驚人的數字：一個云滴要變成一個雨滴，體積要增加100萬倍。如果單純地靠一個云滴緩慢吸收周圍的水汽而凝結成一個大100萬倍的雨滴，顯然是不現實的。就像是你單純地靠吃東西短時間內把自己變胖一樣，一口吃不出個胖子。那么，小小的云滴是怎么讓自己快速變大的呢？

瑞典氣象學家伯杰龍通過自己的觀察和嚴謹的推理解決了這個問題。有一次，伯杰龍在一座山上度假，散步的時候他發現，這座山經常被霧氣籠罩。但是當他沿山坡向上走，當周圍的氣溫低于-5℃的時候，周圍的霧氣就會消失；而當氣溫高于0℃的時候，霧氣又會出現。霧氣實際上就是聚集的小云滴。伯杰龍像個偵探一樣仔細觀察四周，很快他發現了出現這種現象的原因：是周圍的杉樹。當氣溫低于-5℃的時候，杉樹的枝條上就會結出冰晶，周圍的云滴被冰晶吸收而消耗殆盡，最終冰晶長大變成了霧凇，天氣變得晴朗。

伯杰龍在觀察到冰晶消耗云滴的現象之后想，要是這些冰晶出現在云里，那也會吸收云中的小水滴，就可以讓這些云滴迅速長大成大冰晶，也就是雪。這些大冰晶根據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稱為伯杰龍過程。

伯杰龍過程主要出現在中緯度地區。在咱們頭頂的高空，空氣的溫度可以降到零下十幾、甚至零下幾十攝氏度。但是，空氣中極端潔凈的小水滴并不會就這樣凍結，因為沒有足夠的讓它們凍結的凍結核。于是它們形成了一種叫作過冷水的東西——溫度低于0℃但不結冰的液體水。這也解釋了另一種天氣現象：凍雨。

凍雨在空中是低于0℃的雨滴，一旦落到地面上遇到灰塵等凍結核，就會迅速凍成冰，給人們的生活帶來不便。假設高空的氣溫在-20℃～-10℃，空氣中的過冷水和冰晶會共存。當云中的這些過冷水足夠多、達到飽和狀態的時候，空中的冰晶就會貪婪地吸收周圍的云滴，當它們長到足夠大的時候，就開始下落。在下落的過程中，有些冰晶會破碎，于是空氣中的冰晶越來越多，也就有越來越多的云滴可以凍結在上面。冰晶越來越大，形成一片片大雪花落向地面。當地表溫度大于4℃的時候，雪花會變成雨滴。所以，在我們生活的中緯度地區，大部分的雨都是從我們頭頂上高空中的一場暴雪而來的！這是不是超越了你的想象？

因為了解了伯杰龍過程，人們才發明了人工降雨的技術。一開始，人們用飛機向天空投放干冰（即固體的二氧化碳），它能夠讓周圍的空氣迅速降溫產生冰晶，從而加速降雨。后來，人們又發現了一種更加廉價的叫作碘化銀的物質，空中飽和的云滴可以直接吸附在碘化銀晶體上形成降雨或者降雪。

熱帶地區的降雨是怎么回事？

科學家在研究降雨的過程中又發現：伯杰龍過程要是發生在緯度更低、溫度更高的熱帶地區，降雨則是通過大水滴與小云滴的碰并過程產生的。

熱帶地區的空氣中含有更加豐富的水汽，云的高度更低，數量也更多。那里的空氣不僅濕潤，而且干凈，于是會產生少量的大云滴。這些大云滴會更快地降落，在降落的過程中，與周圍的小云滴碰撞、合并為雨滴，雨滴破裂，再碰撞、合并……漸漸地，水滴變得越來越大，數量越來越多，最終形成一場瓢潑大雨。

這下你明白降雨形成的原因了吧？在我們生活的中緯度地區，高空中的一場大雪變成了我們見到的降雨，而在熱帶地區，水滴變大、變多就形成了降雨。弄明白了云和雨的關系，下一期，我們再去了解春雨到底為什么貴如油吧。