（第一节）云是雨水的仓库
我们都有这样的常识，下雨时天上必有云，万里无云的晴空必然没有雨。俗话说：“天上无云不下雨”。看来雨和云是不可分离的。的确，云是雨水的仓库，所以谈雨之前，必先说说云。
一、云的形成
云对我们大家并不陌生，我们经常看到，天空常有千变万化的云。有时它像绵延的山岭，无边无际；有时又像凶猛的怪兽，咄咄逼人；有时好似一排排的鱼鳞，闪闪发光；有时东方欲晓，瞬间，一轮红日初升，照得满天红霞朵朵……尽管天上的云是如此不同，但是劳动人民根据多年生产实践中积累起来的丰富的观测经验，了解到了云的一些变化规律，并根据云的高度、性质和特点，归纳区分为不同的类型。因此尽管天上的云是形形色色的，但只要我们对它进行科学的的分析和总结，就可以识别它。
在解决如何识别各种云的类型之前，需要弄清楚云是怎样形成的。要了解云的形成，首先我们要弄清楚几种常见的物理现象。
1.蒸发
在日常生活中，我们常看到一些现象：如烧饭和烧水的时候，锅里、壶里的水被加热后就会冒气，过一会儿，水就会开了，如果烧的时间长了，锅里壶里的水就会被烧干；清晨，草上，庄稼叶上可能会出现露水，太阳出来后，一会儿就不见了；晒在绳子上的湿衣服，过一段时间就干了，哪怕是冬天，慢慢也会干的。壶里的水、庄稼上的露水、湿衣服上的水都跑到哪儿去了呢？原来它们都因受热变成看不见的水蒸气跑到空中去了。我们把这种由液态的水变成气态的水蒸气的现象称为蒸发。在一般情况下，蒸发现象总在发生。而且蒸发与温度和风力有关系。温度愈高，蒸发愈快，风力愈大，蒸发愈快。
2．凝结
冬天我们从嘴里呼出的气，会形成一股淡白色的雾气，可是夏天就没有；天气较冷的早晨，窗户上的玻璃会结一层水珠，到了严冬窗户玻璃上还会出现一层美丽的窗花；在澡堂里，雾气腾腾，而棚顶却挂着无数水滴。这都是怎么一回事呢？原来水蒸气是看不见的，而当水蒸气遇到冷的物体时，就马上冷却而变成极小的水滴了。锅里和壶里的水烧开以后，所冒的一缕缕淡白色的烟，就是无数极小的水滴聚集在一起形成的。我们称这种由气态变成液态的现象叫做凝结。显然，常温下水蒸气遇到冷的东西后变成极小的水滴，而温度低于摄氏零度时就会凝成小冰粒。
3．饱和状态
从分子运动的观点来看，实际上水的分子是在不停地运动的，而水面运动速度比较大的个别水分子能克服水的分子之间的牵制力而跑出水的表面。水的温度越高，其分子运动速度就越快，从水中跑出来变成水汽的分子就越多，当然这些处于不规则运动状态的水分子也可能重新跑回水内，并且被留在水里，水分子就这样不停地运动着。如果从水里跑出来的水分子数比返回到水里的水分子数多的话，那么水就逐渐减少，也就是说产生了蒸发现象。但也有这样一种情况，从水内跑出来的水分子数同返回水中去的水分子数相等，则水不会减少，也就是说蒸发停止了，我们把空气中水汽的这种处于平衡状态的现象叫做饱和状态。换句话说，这时空气中所容纳的水蒸气达到最大极限数。空气到了饱和状态，其中多余的水汽就会凝结成水。没有达到饱和状态，水就能蒸发变成水蒸气，潮湿的阴天，衣服不容易干就是因为空气中的水汽接近饱和状态的原因。气温越高，达到饱和状态时，空气中含的水蒸气量越多。
4．过冷水
当温度达到摄氏零度以下时，水就要结成冰。可是，自然界中并不都是这样。因为水要结成冰，除外界温度条件以外，还需要别的条件，如凝结中心等，所以有时温度虽然降到摄氏零度以下，水仍不结冰。我们把这种在摄氏零度以下仍不结冰的水，称为过冷水。在实验室中过冷水可以低到-40℃度时仍不结冰。
我们就来谈谈云是如何形成的。大家都知道，地球上的池塘、河流、湖泊、海洋等所有一切有水的地方，由于受太阳光的照射，水不断蒸发变成水蒸气跑到天空去，从而使空气中的水蒸气逐渐增多。当空气中的水蒸气达到饱和状态的时候，水汽就开始凝结。另一方面，在地球上空离地面越高的地方温度越低，每上升一百米，气温就下降摄氏0．6度。在我国春季，大约在离地面三千米的高度为零度层。因而，当含有水汽的空气上升后，遇冷就要凝结成水。越到高空，温度越冷，气压越低，凝结的水汽就越多。起初的水汽凝结成非常小的水滴，继续不断上升，升到五至六千米的高空就变成闪闪烁烁的小冰晶了。无论是小水滴还是小冰晶，它们的体积都非常小，单个的小水滴我们的肉眼是看不到的，当它们成群结队的在空中游荡，被空气托着掉不下来时，就成为我们经常见到的飘浮在天空中的形形色色的云了。所以说，云就是水滴，冰晶和过冷水三者混合组成的，或者是由水滴、冰晶单独组成的。
气象工作者通常把组成云的最小颗粒称为云滴，实际上云滴也就是小水滴或小冰晶。一般说来人的眼睛是不容易看见云滴的，因为它们的直径一般只有百分之一到百分之二毫米，最大的云滴也才有五分之一毫米。我们所看到的云，就是数不尽的云滴聚集起来的聚合体。
二、云的分类
天上经常飘浮着各种各样的云，它们的外形不仅多种多样，形成的原因各不相同，但它们也有很多共同的地方。人们根据它们的共同特点，和我们实际工作的需要，按云的底部高度，把云分为低云、中云、高云三种。又按云的外形、结构和内部性质划分为十类，以及若干主要云状。
1．低云
它们的云底高度为50—2000米，随着季节、天气条件及纬度的不同而有所不同。低云中包括积云、积雨云、层积云、层云和雨层云五类。
积云积云有浓积云、淡积云二种，外形多呈半圆形块状，好像半个圆馒头，天气晴朗的夏季我国各地经常能见到这种云。
积云
积雨云厚度较大，雷雨以前常见到。俗称“雷雨云”，外形如花椰菜，顶部成白色纤维状。
积雨云
层积云为深灰色，云块较大，成带状或波状，能掩蔽整个天空，云块之间有时可见太阳光。发现此种云时，天气常有变化，所以可看作天气将要转阴的预兆。
层积云
层云层云是各种云中最低的云，灰色成一大片，布满整个天空。很均匀，像雾，但是不和地面接连。雾升高就成层云，层云降低到地面便成雾，雾和层云在组成上并没有什么区别，只是高、低不同。
层云
雨层云很低，没有一定的形状。均匀成层，暗灰色，云层分布范围很广，布满全天。云底常伴有碎雨云。有雨层云出现，往往会造成较长时间的连续性降水，正如农谚所说：“天上灰布悬，雨丝定连绵”。
雨层云
低云多由水滴组成，厚的或垂直发展旺盛的低云则是由水滴、过冷的水滴、冰晶混合组成，如积雨云。大部分的低云都可能产生降水，雨层云常有大量降水，积雨云多降雷阵雨，有时降水量也很大。
2．中云
中云多由水滴、过冷却水滴与冰晶混合组成。云底高度在2000—5000米之间。中云包括高层云和高积云两类。
高层云
高层云云体均匀成层，呈淡灰色或灰色，形如浓厚的帐幕，布满全天，日光射入便成朦胧状，太阳或月亮被它挡住时成为一个亮点，有时还很不清楚。这种云变化很多。高层云多由直径5—20微米的水滴、过冷水滴和直径100—300微米的冰晶、雪晶（柱状、六角形、片状等）混合组成。厚的高层云常常产生降水。高层云是冷云降水中主要人工催化的对象。
高积云云块较小，轮廓分明，形状上有很大差异，薄的云块呈白色，能见日月轮廓；厚的云块呈暗灰色，日月轮廓分辨不清。常呈扁圆形、瓦块状、鱼鳞片或水波状的密集云条。常成群、成行、成波状排列。高积云由水滴或水滴与冰晶混合组成。日光或月光透过薄的高积云，常由于衍射而形成内紫外红的光环。
高积云
3．高云
高云的云底高度一般在6000—10000米，高云中有卷云、卷层云、卷积云三类。
卷云云体具有纤维结构，常呈白色无暗影，有毛丝般的光泽，多呈丝条状、片状、羽毛状。常见的卷云有毛卷云、钩卷云两种。
卷云
卷层云云体均匀成层，透明或呈乳白色，透过云层日月轮廓分明，地物阴影明显，常有晕的现象。（晕是在太阳和月亮周围有颜色的光圈，是因为太阳光或月亮光照射到卷层云上产生的衍射现象。它的颜色是里圈红，外圈紫。）
卷层云
卷积云云块很小，呈白色细鳞片状，常成行，成群，排列整齐，很像微风吹拂水面而成的小波纹。
卷积云
高云全部由细小的冰晶组成。高云一般不产生降水，但它可以起到以下的作用：高云中的冰晶落到中云或低云中，产生冰水转化或重力碰并后产生大滴而促使降水。 云是天气变化的标志，不同的云状和云量代表不同的天气，虽然云是千变万化的，但是只要掌握各种云的主要特征，我们经常观察天空，是不难分辨各种云状，从而了解、掌握天气的变化，进一步达到利用天气变化规律为人类造福的。
（第二节）自然降水——雨、雪、冰雹
云虽然是雨水的仓库，但并不是所有的云都能产生降水。那自然界中什么样的云才能降水，云又是怎样转化成雨水的呢？这是一个比较复杂的问题，这里我们先简单地介绍一下水汽是怎么凝结的。
实验证明，在完全纯净的空气中，温度虽然降低到零点以下，相对温度也等于或大于百分之一百（100％），甚至达到百分之六百（600％），然而存在于大气中的水汽仍有可能不发生凝结。但是，如果有少许的固体和液体质点存在，那么即使相对湿度小于100％也会产生凝结现象。因为大气中经常存在着一定数量的微小的固体和液体质点，如灰尘、烟粒、盐粒等，这些微小的质点能使水汽凝附在上面，形成液态或固态水。这些在水汽凝华或凝结过程中起着中心核作用的小质点，称为凝结核或凝华核。因此，凝结核和凝华核是水汽发生凝结的必要条件。有了凝结核、凝华核而使水汽凝成的小水滴和小冰晶，还不一定能降到地面形成降水。若要这些小水滴或小冰晶降到地面上来形成降水的话，那么它们的下降速度，必须超过气流的上升速度，水滴或冰晶下降所经过的空间必须具有一定的相对湿度，这样它们在下降的过程中才不致于完全被蒸发。如果离开上述条件，水汽即被凝结成小水滴或小冰晶也不会产生降水，而只会看到云底下有雨幡或雪幡。（幡——云中的降水物未到达地面而被蒸发，在云底部形成的带状物。）
自然界中的降水主要有雨、雪和冰雹。降水的形成和降水的强度与云的种类有密切关系。一般说来，在水汽充足、云层较厚的条件下，上升气流越强则降水强度越大。积雨云和雨层云能有大量的降水，而稳定的层云往往是下毛毛细雨和米雪（小米粒状的雪）。
天空中各种类型的云，不管是层状云还是积状云，都分为暖云和冷云。暖云主要是由水滴组成，云的整体温度均在零摄氏度以上。而冷云主要是由冰晶、过冷水和水滴组成，云的上部温度在零摄氏度以下，或者绝大部分在零摄氏度以下。那么，暖云和冷云是如何降水的呢？
1.暖云降水
我们已经知道，过小的云滴是不能形成降水的，因为小云滴的下降速度很小，若有微弱的上升气流，就可以使这些小云滴维持悬浮状态，或被带到上空去。只有当半径大于200微米的云滴才有可能降落下来。所以要使云滴变成降水，就必须使云滴增大到足够的大小才能从云中降落到地面。
怎样才能使云滴增大变成降水呢？通常云滴增大的主要过程，有凝结增大过程和重力碰并增大过程。当云滴周围空气中的水汽压大于云滴表面的饱和水汽压时。水汽就向云滴表面上凝结，使云滴增大。这种过程称为凝结增大过程。两个或两个以上的云滴互相碰撞合并的过程，称为云滴碰并增大过程。产生碰并过程有这样几种情况：（1）云中不规则的分子运动。（2）云中乱流混合作用。（3）云中有不同大小的云滴同时存在时，由于大云滴的下降速度比小云滴要快，因而大云滴在下降的过程中很快追上了小云滴，大小不同的云滴合并在一起而成更大的云滴。这种碰并称为重力碰并。当云滴半径小于15微米时重力碰并作用是微不足道的。当云滴半径大于100微米时重力碰并就显得比较重要了。（4）两个云滴上带有异性电荷时，可以促使云滴合并变大，但是，只有在较强的电场中，而且当云滴具有较大的电荷时，这种合并作用才会发生。总之。当云滴是微小时，因分子运动和乱流混合所产生的碰并作用较明显，当有的云滴增大了，同时还有小的云滴存在，这时凝结增长作用就显得明显了。当云中出现的少数较大云滴大到一定程度时，重力碰并将起主要作用。应当指出，重力碰并作用在整个云滴增长过程中都起着作用。当云中的水滴最后增大到降水物那样大，大气中的上升气流再也托不住它时，便从云底下降到地面，形成暖云降水。
2.冷云降水