雲物理學

云物理学是研究大气层中云的形成、生长和冷凝的物理过程的分支学科。云按照相态分类，包括由微小液滴组成的水云（暖云），微小冰晶组成的冰云（冷云）或冰晶与水滴混合的云（混合相云）。这些气溶胶存在于对流层，平流层和中间层，它们共同构成的最大部分。根据Köhler理论，当空气的过饱和度超过临界值时，云滴开始由云凝结核冷凝形成。云凝结核对于云滴形成是必需的，因为开尔文方程描述了由于曲面引起的饱和蒸气压的变化。在小半径处，冷凝发生所需的过饱和度是如此之大，以至于它不会自然发生。拉乌尔定律描述了蒸汽压力如何依赖于溶液中溶质的量。在高浓度下，当云滴小时，所需的过饱和度小于没有云凝结核时的过饱和度。 暖云形成的过程是一种凝结过程。在暖云中，较大的云滴以较高的终点速度下降。因为在给定速度的条件下，在较小液滴上每单位重量液滴受到的凝滞力大于大液滴所受到的凝滞力，即，小液滴加速度小于大液滴加速度。因此，大液滴可以与小液滴碰撞并结合形成更大的液滴，称为碰并过程。当液滴变得足够大以致其向下的速度（相对于周围的空气）大于周围空气的上升速度（相对于地球）时，液滴可以通过降水落到地面上。在占主导地位的混合相云中，碰撞和凝结并不重要。形成冷云的主要过程是冻结过程。冻结过程又叫核化过程（nucleation），分为均质核化和异质核化。当过冷液体滴与固体颗粒物碰撞或者接触固体表面时，过饱和液滴就会逐渐冻结，形成冰晶颗粒。 目前，人们对云的形成和发展的确切机制尚未完全了解，但科学家们可以通过研究单个液滴的微物理学过程来推演大气中云形成与发展的理论。天气雷达和卫星技术的进步也使科学家们得以对云进行大量更为细致的研究。