春雨为什么贵如油？（上）

　　文/ 于鹏翔　图/ 刘　曦

　　进入3月，同学们都感受到了春天的气息，同时是不是还感觉最近的天气有些干燥？中国有句古话叫“春雨贵如油”，就是说春天的雨水很少，所以很珍贵。你知道降雨是怎么形成的吗？这春天的雨又为什么“贵如油”呢？

　　雨和雪竟然有这种关系？

　　下雨是我们生活中很常见的一种天气现象，要是问你雨到底是怎么降下来的，你能准确回答吗？你可能会说：“阴天就很可能会下雨啊。”阴天确实是我们经常在下雨之前见到的一种现象，而且你要是仔细观察就会发现：似乎乌云越厚，雨就会下得越大。难道云与下雨之间存在着什么关系吗？为什么有的云就稳稳地飘在天上，一会儿就消散了，而有些云就能带来降雨呢？这个看上去很简单的问题不只困扰着你，其实也困扰着很多科学家。云里的水直接落到地上就会形成雨滴吗？

　　云实际上是水汽在冷却之后凝结成的小水滴组成的，这些小水滴叫作云滴。云滴非常小，直径大约20 微米，就是大约0.02 毫米。相比之下，一根头发的直径大约是云滴的4 倍。由于云滴太小了，所以云滴在大气中下降的速度非常缓慢。一个云滴从1000 米的高度落到地面需要几个小时。而实际上，即便如此缓慢，也没有云滴能够直接落到地上，因为在云主要存在的对流层中，离地面越近温度越高，云滴落下的过程中又会重新变成看不见摸不到的水汽。

　　要想让云滴变成雨滴成功落到地上，就需要云滴变大。要变成多大呢？一个雨滴的直径是一个云滴的100 倍左右，也就是大约2 毫米。同学们在高中时会学到圆球体的体积计算公式：4/3πr3。这里面的π 是圆周率，约等于3.14；r 是半径；三次方就是r 连续乘三次。你可以用这个公式计算一下一个雨滴的体积是一个云滴的多少倍。计算之后你会得到一个惊人的数字：一个云滴要变成一个雨滴，体积要增加100 万倍。如果单纯地靠一个云滴缓慢吸收周围的水汽而凝结成一个大100 万倍的雨滴，显然是不现实的。就像是你单纯地靠吃东西短时间内把自己变胖一样，一口吃不出个胖子。那么，小小的云滴是怎么让自己快速变大的呢？

　　瑞典气象学家伯杰龙通过自己的观察和严谨的推理解决了这个问题。有一次，伯杰龙在一座山上度假，散步的时候他发现，这座山经常被雾气笼罩。但是当他沿山坡向上走，当周围的气温低于-5℃的时候，周围的雾气就会消失；而当气温高于0℃的时候，雾气又会出现。雾气实际上就是聚集的小云滴。伯杰龙像个侦探一样仔细观察四周，很快他发现了出现这种现象的原因：是周围的杉树。当气温低于-5℃的时候，杉树的枝条上就会结出冰晶，周围的云滴被冰晶吸收而消耗殆尽，最终冰晶长大变成了雾凇，天气变得晴朗。

　　伯杰龙在观察到冰晶消耗云滴的现象之后想，要是这些冰晶出现在云里，那也会吸收云中的小水滴，就可以让这些云滴迅速长大成大冰晶，也就是雪。这些大冰晶根据地面上不同的气温状况，就会形成降水或者降雪。这个研究成果后来被称为伯杰龙过程。

　　伯杰龙过程主要出现在中纬度地区。在咱们头顶的高空，空气的温度可以降到零下十几、甚至零下几十摄氏度。但是，空气中极端洁净的小水滴并不会就这样冻结，因为没有足够的让它们冻结的冻结核。于是它们形成了一种叫作过冷水的东西——温度低于0℃但不结冰的液体水。这也解释了另一种天气现象：冻雨。

　　冻雨在空中是低于0℃的雨滴，一旦落到地面上遇到灰尘等冻结核，就会迅速冻成冰，给人们的生活带来不便。假设高空的气温在-20℃ ~ -10℃，空气中的过冷水和冰晶会共存。当云中的这些过冷水足够多、达到饱和状态的时候，空中的冰晶就会贪婪地吸收周围的云滴，当它们长到足够大的时候，就开始下落。在下落的过程中，有些冰晶会破碎，于是空气中的冰晶越来越多，也就有越来越多的云滴可以冻结在上面。冰晶越来越大，形成一片片大雪花落向地面。当地表温度大于4℃的时候，雪花会变成雨滴。所以，在我们生活的中纬度地区，大部分的雨都是从我们头顶上高空中的一场暴雪而来的！这是不是超越了你的想象？

　　因为了解了伯杰龙过程，人们才发明了人工降雨的技术。一开始，人们用飞机向天空投放干冰（即固体的二氧化碳），它能够让周围的空气迅速降温产生冰晶，从而加速降雨。后来，人们又发现了一种更加廉价的叫作碘化银的物质，空中饱和的云滴可以直接吸附在碘化银晶体上形成降雨或者降雪。

　　热带地区的降雨是怎么回事？

　　科学家在研究降雨的过程中又发现：伯杰龙过程要是发生在纬度更低、温度更高的热带地区，降雨则是通过大水滴与小云滴的碰并过程产生的。

　　热带地区的空气中含有更加丰富的水汽，云的高度更低，数量也更多。那里的空气不仅湿润，而且干净，于是会产生少量的大云滴。这些大云滴会更快地降落，在降落的过程中，与周围的小云滴碰撞、合并为雨滴，雨滴破裂，再碰撞、合并……渐渐地，水滴变得越来越大，数量越来越多，最终形成一场瓢泼大雨。

　　这下你明白降雨形成的原因了吧？在我们生活的中纬度地区，高空中的一场大雪变成了我们见到的降雨，而在热带地区，水滴变大、变多就形成了降雨。弄明白了云和雨的关系，下一期，我们再去了解春雨到底为什么贵如油吧。