為什么天空會(huì)有多那多變化的云

白云和烏云都是由小水滴組成的。瑞利定律對(duì)小水滴不適用，因?yàn)樵摱墒且詺怏w分子的二次發(fā)射為依據(jù)的，而小水滴是比納米粒子還要大的無(wú)色透明的球透鏡。它的所謂“散射光”實(shí)際上是反射光以及經(jīng)過(guò)幾次折射后的透射光。 白云和烏云在“含水量”方面會(huì)有些差別，但“含水量”的提法是有點(diǎn)含糊的，詞不達(dá)意。它可以被理解為整個(gè)云朵的含水量，也可以被理解為單個(gè)水滴的含水量。這兩種理解都有一定根據(jù)。烏云能布滿整個(gè)天空，白云卻做不到。由此可見(jiàn)，就總趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，烏云的含水量一般大于白云。但是，天空里的一絲云既可以是白云又可以是烏云，大片的云也有“白”、“烏”兩種可能性，夏日巨大的白云團(tuán)能在一瞬間變成翻滾的烏云團(tuán)，這就不能用含水量來(lái)解釋了。如果“含水量”是指“單個(gè)水滴的含水量”，那就準(zhǔn)確了。 從云的形成過(guò)程來(lái)看，烏云如果不是從別處飄來(lái)的，那就必定是由白云變來(lái)的。白云則不同，它除了可以從別處飄來(lái)或是由烏云變來(lái)以外，還可以在萬(wàn)里晴空的背景上突然“創(chuàng)生”。我在研究太陽(yáng)能問(wèn)題期間曾非常留意天空中云情的變化，多次看到，藍(lán)天背景能在我目不轉(zhuǎn)睛的幾分鐘里由藍(lán)色變成粉藍(lán)色，再變成邊緣模糊的淡淡的白云片以至變成有清晰邊緣的白云朵。從未見(jiàn)過(guò)烏云能從藍(lán)天背景上突然冒出來(lái)。我還注意到：白云變成烏云多半是在雨前，烏云變成白云多半是在雨后。對(duì)此類現(xiàn)象的解釋是：夏日地表水在烈日下迅速蒸發(fā)，使空氣濕度越來(lái)越大；高空的溫度低于地表溫度，因而水蒸氣首先在高空到達(dá)飽和狀態(tài)和過(guò)飽和狀態(tài)；高空總會(huì)有一些灰塵，成為凝聚中心，使飽和蒸汽和過(guò)飽和蒸汽凝成細(xì)小的霧滴；霧滴足夠密集時(shí)，就成為肉眼可見(jiàn)的白云；霧滴越來(lái)越大，白云就變成為烏云；烏云中的水滴繼續(xù)變大，就變成雨滴；雨后空氣的濕度變小，水蒸氣重新回到不飽和的狀態(tài)，烏云中的小水滴開(kāi)始蒸發(fā)，體積越來(lái)越小，這樣就使烏云變成白云；白云中的霧滴繼續(xù)不斷地蒸發(fā)，一旦全部汽化，白云就消失了，重新露出青天。 白云為何“白”？烏云為何“烏”？夏日白云團(tuán)在一瞬間變成烏云團(tuán)的例子最能說(shuō)明問(wèn)題。在這種突變中，總水量基本上未變，太陽(yáng)光的投射角也基本上未變，顯眼的變化是“由白變?yōu)酢薄＿@種事情總是發(fā)生在雷雨即將到來(lái)之時(shí)，這就表明“由白變?yōu)酢笔撬巍坝尚∽兇蟆钡慕Y(jié)果。烏云并不是無(wú)亮度的“黑云”，而是有亮度的，并且其散射光實(shí)際上也還是白光，與白云的散射光在光譜方面沒(méi)有差別，這是因?yàn)榇笏魏托∷螌?duì)于可見(jiàn)光來(lái)說(shuō)都是無(wú)色透明球透鏡，散射光的顏色由入射光的顏色決定。一旦明確了這一點(diǎn)，我們就能利用“亮度”來(lái)對(duì)白云和烏云作定量的比較。 就單個(gè)水滴來(lái)說(shuō)，散射光在特定方向上的通量與入射光的通量之比應(yīng)當(dāng)是一個(gè)常數(shù)，與水滴的大小無(wú)關(guān)。但就整個(gè)云團(tuán)來(lái)說(shuō)，散射光的總通量與入射光的總通量之比就不是常數(shù)了。單個(gè)水滴的散射截面正比于線度的平方，體積和質(zhì)量正比于線度的立方。這就意味著：在云團(tuán)總質(zhì)量和總體積不變的情況下，如果水滴的半徑增大一倍，那么單個(gè)水滴的散射截面就應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大為原來(lái)的 4倍，而水滴總數(shù)則縮小為原來(lái)的 1/8，意味著總散射截面是原先的一半。由此可見(jiàn)，如果白云團(tuán)中的水滴是屬于微米級(jí)，烏云云團(tuán)中的水滴是屬于亞毫米級(jí)（即100微米）,那么白云的亮度就應(yīng)當(dāng)是烏云的100倍。

云的形成主要是由水汽凝固造成的。
　　從地面向上十幾公里這層大氣中，越靠近地面，溫度越高，空氣也越稠密；越往高空，溫度越低，空氣也越稀薄。
　　另一方面，江河湖海的水面，以及土壤和動(dòng)、植物的水分，隨時(shí)蒸發(fā)到空中變成水汽。水汽進(jìn)入大氣后，成云致雨，或凝聚為霜露，然后又返回地面，滲入土壤或流入江河湖海。以后又再蒸發(fā)(汽化)，再凝結(jié)(凝華)下降。周而復(fù)始，循環(huán)不已。
　　水汽從蒸發(fā)表面進(jìn)入低層大氣后，這里的溫度高，所容納的水汽較多，如果這些濕熱的空氣被抬升，溫度就會(huì)逐漸降低，到了一定高度，空氣中的水汽就會(huì)達(dá)到飽和。如果空氣繼續(xù)被抬升，就會(huì)有多余的水汽析出。如果那里的溫度高于0°C，則多余的水汽就凝結(jié)成小水滴；如果溫度低于0°C，則多余的水汽就凝化為小冰晶。在這些小水滴和小冰晶逐漸增多并達(dá)到人眼能辨認(rèn)的程度時(shí)，就是云了。
云吸收從地面散發(fā)的熱量，并將其反射回地面，這有助于使地球保溫。但是云同時(shí)也將太陽(yáng)光直接反射回太空，這樣便有降溫作用。哪種作用占上風(fēng)取決于云的形狀和位置。