形成「雨」的物理過(guò)程

這幾天我居住的城市·陽(yáng)江天空的顏色總是暗灰色，有時(shí)甚至下起「雨」來(lái)，相約好的野外聚餐活動(dòng)就這樣“泡湯”了，煩人的天氣總能讓人有一種不舒服的感覺(jué)，俗話(huà)說(shuō)：“燕子低飛麻雀叫，螞蟻搬家蛇過(guò)道，水缸穿裙山帶帽，就是大雨要來(lái)到?！苯裉煳揖蛠?lái)給大家聊聊「雨」。

以水滴的形式從高空云中降落到地面的水，稱(chēng)之為「雨」。形成「雨」的物理過(guò)程，可以分為三個(gè)步驟：

1.當海洋表面、陸地表面以及空氣中的水遇熱后出現了蒸發(fā)的現象，從而使得水變?yōu)榱肆硪环N形態(tài)，此時(shí)水的形態(tài)是氣態(tài)的，即·水蒸氣。

2.當水蒸氣上升到某個(gè)高度的臨界點(diǎn)時(shí)會(huì )遇到冷空氣，水蒸氣會(huì )發(fā)生凝固的現象，從而使得水變?yōu)榱肆硪环N形態(tài)，此時(shí)水的形態(tài)是固態(tài)的，即·小水滴。

3.當小水滴數量足夠多的時(shí)候就聚積組成了云，小水滴在云里來(lái)回地相互碰撞，有些小水滴會(huì )溶合成體積更大的大水滴，然而大體積的水滴此時(shí)的質(zhì)量是大于空氣質(zhì)量的，此時(shí)空氣是沒(méi)有力量能夠把水滴停留在大氣中，因此水滴會(huì )在萬(wàn)有引力的作用下掙脫云的束縛從天而降，降下來(lái)的水就是「雨」了。

圖解：雨水形成的過(guò)程示意圖

總結·形成「雨」的物理過(guò)程：

水（蒸發(fā)）→水蒸氣（上升）→小水滴（凝固）→大水滴·云（溶合）→雨（下降）

圖解：雨水形成的過(guò)程示意圖

「雨」主要依靠?jì)蓚€(gè)手段來(lái)增大體積

所謂的「雨」，它所展現的形態(tài)可以說(shuō)是千種百樣，而且都各具有自己的特色。比例細如牛毛的毛毛細雨，有“下個(gè)不?！边B綿不斷的陰雨以及水淹大地傾盆而下的陣雨。雨水是自然界中動(dòng)、植物以及一切有生命跡象生命體必需的淡水資源，植物在要雨水滋潤下才能夠發(fā)育茁壯成長(cháng)，然而大暴雨造成的洪水也會(huì )給地球帶來(lái)巨大的災難。

小水滴的直徑都很小只有0.0001～0.0002毫米，它們直徑不僅小同時(shí)體積也很小、質(zhì)量也很輕，因此它們才會(huì )被空氣中的上升氣流拖拽到高空中并聚積凝成了云，但是這些直徑只有0.0001～0.0002毫米的小水滴想要溶合變成大水滴落降落到地表上，則意味著(zhù)它們的直徑要增大到原來(lái)的100多萬(wàn)倍。

●那么直徑只有0.0001～0.0002毫米的小水滴是如何把自己的直徑增加到100多萬(wàn)倍以上的呢！主要依靠?jì)蓚€(gè)手段：

第一個(gè)手段：增加水滴的凝結和凝華

在雨滴形成的早期時(shí)間段里，云主要是通過(guò)不斷吸積周?chē)鷧^域的水蒸氣來(lái)凝結和凝華成更大體積的云，假如云體內的水氣能（水蒸氣）可以源源不斷地得到供應和補給，在這種條件下云的表面經(jīng)常是處于過(guò)飽和狀態(tài)中的，因此這種凝結的過(guò)程將會(huì )一直持續下去直到凝結成體積更大的雨滴。但是有的時(shí)候云層的內部水氣含量是極其有限的，在同一塊云里水氣常常是處于供不應求的現象，因此就不會(huì )出現導致每一個(gè)云滴都會(huì )增大為體積較大的雨滴，體積較小的云滴只能溶合到較大的云滴中去。

假如當云處于水滴與冰晶顆粒共存的情況下，凝結和凝華增大的過(guò)程將會(huì )大大地加快：

當云滴增大到一定程度時(shí)，因為大云滴的體積和重量不斷增加，因此大云滴在下降的過(guò)程中不僅速度能夠超越體積小、下降速度較慢的小云滴，而且在下降的時(shí)候還會(huì )吞并同一直線(xiàn)中超越時(shí)所遇到的小云滴，大云滴吞并了小云滴之后，它的體積也就越來(lái)越大，一旦體積大到空氣也束縛不住它們時(shí)，大云滴就會(huì )從云中向著(zhù)地表直線(xiàn)下降成為我們常見(jiàn)的「雨水」。

圖解：水滴的凝結和凝華

第二個(gè)手段：增加雨滴之間碰撞的速度使得水滴有更快的速度溶合成體積大的水滴

雨滴本身是具有電荷的，正是因為它們自身攜帶的正、負電荷導致雨滴之間會(huì )出現相互碰撞從而發(fā)生結合現象，這是雨滴體積會(huì )增大的一個(gè)原因。

「雨」不是始終保持著(zhù)單一形態(tài)的

大雨滴的下降速度一定是比小雨滴的下降速度快，這就意味著(zhù)「雨水」在下降的過(guò)程中，大雨滴可以并吞并在同一直線(xiàn)下降的小雨滴，借由這種方式來(lái)增大體積，當雨滴的體積不斷增大，在下降的時(shí)候就再也不能夠保持著(zhù)球形的形態(tài)。

當云層中的大水滴再也無(wú)法被托在空中開(kāi)始向地表方向下降的時(shí)候，由于受了向下運動(dòng)空氣施加的力，此時(shí)的雨滴底部區域是平整的，上半部區域因為有了表面張力而始終保持著(zhù)原本的球形，隨著(zhù)雨滴的體積增大，除了在下降時(shí)空氣施加的表面張力外，還會(huì )受到周?chē)諝馐┘釉谟甑蔚膲毫σ约耙蛳陆抵亓σ鸬挠甑蝺炔康撵o壓力差，壓力、重力這兩種力會(huì )伴隨著(zhù)雨滴體積的增長(cháng)以及下降而不斷增大。

雨滴在表面張力、壓力、重力三種力的作用下，雨滴在下降的過(guò)程中首先雨滴底部會(huì )出現向內凹陷的情況并且會(huì )形成一個(gè)向上運動(dòng)的空腔，隨著(zhù)空腔的體積越變越大，向上運動(dòng)的空腔位置就會(huì )越靠近頂部，當空腔運動(dòng)到雨滴再也無(wú)法用結合的力量來(lái)粘合雨滴的時(shí)候，空腔就好像一把“無(wú)情的刀”將雨滴分割成體積大小不等的水滴，然后大大、小小的水滴又會(huì )以大雨滴吞并小雨滴的方成從成結合成新的大雨滴。

圖解：下降的雨滴在表面張力、壓力、重力三種力的作用下被分割的情景

雨滴在被分割之前保持著(zhù)的最大尺寸被稱(chēng)作為「雨滴臨界破碎尺寸」，物理學(xué)則用「臨界半徑」來(lái)表示，在各種不同的氣流條件下，「雨滴臨界破碎尺寸」是不同的：

靜態(tài)·均勻氣流條件下，「臨界半徑」約為4501～500微米

擾動(dòng)·瞬時(shí)氣流條件下，「臨界半徑」約為300微米

觀(guān)測自然界下降的雨滴，「臨界半徑」約為300微米～350微米

結語(yǔ)：自然科學(xué)與「雨」

雨滴在下降到地表之前的這個(gè)時(shí)候段有可能已經(jīng)吞并了一些小雨滴，同時(shí)也意味著(zhù)一些大雨滴被分割了，正是這種看似簡(jiǎn)單卻又復雜的大自然力量把早期的地球從炙熱的狀態(tài)轉化成了溫度適宜藍色星球，「雨」的降臨讓地球降溫，最終導致生命的出現，因此水也被譽(yù)為生命的象征，同時(shí)水也是探索地外生命的重要參考依據。