雲和降水物理學是研究雲和降水的形成和發展過程的學科，又稱雲物理學。潮濕空氣在冷卻過程中（最重要的是空氣上升時的膨脹冷卻過程），當水汽達到飽和狀態，並在大氣凝結核或大氣冰核上凝結時，形成雲滴或冰晶，再經過一系列的物理過程，演變成降水物而降落。決定成雲致雨的主要因素，是大氣運動的熱力過程和動力過程、水汽的含量以及雲和降水的微結構特徵。
潮濕空氣在冷卻過程中，當水汽達到飽和狀態，並在大氣凝結核或大氣冰核上凝結時，形成雲滴或冰晶，再經過一系列的物理過程，演變成降水物而降落。決定成雲致雨的主要因素，是大氣運動的熱力過程和動力過程、水汽的含量以及雲和降水的微結構特徵。
潮濕空氣在冷卻過程中，當水汽達到飽和狀態，並在大氣凝結核或大氣冰核上凝結時，形成雲滴或冰晶，再經過一系列的物理過程，演變成降水物而降落。決定成雲致雨的主要因素，是大氣運動的熱力過程和動力過程、水汽的含量以及雲和降水的微結構特徵。
基本介紹
- 中文名：雲和降水物理學
- 定義：研究雲和降水的形成和發展過程
- 別稱：雲物理學
- 時間：19世紀中葉
研究歷史,研究內容,研究方法,人工降雨,如何進行人工降雨,人工降雨的條件,學科關係,分支學科,
研究歷史
早在19世紀中葉，人們就已經逐步了解了濕空氣塊上升時，其凝結過程的熱力學理論，這是雲的巨觀動力學的基礎。1880～1881年，英國的愛根等提出了塵粒在水汽凝結而生成雲滴過程中的作用，但直到20世紀20年代，才建立了雲滴的凝結理論；1933年，瑞典氣象學家伯傑龍從理論上研究了冰晶和水滴間的水分轉移問題，提出冷雲降水機制。當時已經提出暖雲中水滴互相碰並而增長成雨滴的假設，但一直到40年代末，才被雷達與飛機的觀測所證實。
儘管有了成果，可是在40年代前，雲和降水物理學仍然附屬於物理學與氣象學。大量關於雲和降水特徵觀測資料，都是在40年代以後才獲得的。40年代中期，人們開始對積雲的結構和生消過程進行綜合探測；1946年，朗綏爾和謝弗在過冷層狀雲中播撒乾冰，成功地進行人工降水試驗，促使雲和降水物理學蓬勃發展起來；隨後他們又對雲的微物理過程和巨觀的動力、熱力特徵，進行細緻的觀測研究，到了50年代中期，雲和降水物理學才成為大氣科學裡的分支學科。
研究內容
雲和降水物理學的內容主要包括雲和降水微物理學和雲動力學。雲和降水微物理學主要研究組成雲和降水的雲滴、冰晶和雨、雪、霰、雹等降水粒子的生成、增長和轉化等微觀物理過程；雲動力學主要研究雲和雲系整體的巨觀特徵，熱力過程和動力過程及其演變的規律。
微觀和巨觀兩個方面既有區別，又互相聯繫、互相影響。例如大氣的熱力過程和動力過程，決定了雲和降水微物理過程的速率和持續的時間；而雲和降水發展過程中所釋放的潛熱，以及雲和降水粒子對氣流的拖曳，又反過來影響空氣的運動，即釋放的潛熱將增加雲繼續向上發展的能量，使氣流的上升加劇，拖曳作用將促使氣流下沉。
研究方法
（1）外場觀測試驗是用飛機作為運載工具，攜帶各種探測儀器，飛至雲中取樣，探測雲、雨粒子的濃度、相態變化、含水量，以及溫度、上升氣流等數據；使用雷達觀測雲中大粒子區的演變過程和雲中的氣流；配合衛星和常規氣象裝備，對雲雨過程進行巨觀的觀測。通過分析研究觀測的結果，可獲得雲和降水的巨觀結構和微觀結構及其演變的知識。
人工降水
人工降水（2）室內實驗是利用雲室和風洞等裝置，在精確控制的溫度、壓力、濕度、和風等條件下，對雲和降水粒子的生成、增長等過程，進行模擬實驗，將其結果同外場觀測結果相互驗證。
（3）理論研究是在室內實驗和外場觀測試驗的基礎上，套用數學和物理的基本規律，建立雲和降水的理論模式，利用電子計算機計算，定量研究雲和降水的過程。
人工降雨
如何進行人工降雨
把天上的水實實在在地降到地面上來，不讓它白白跑掉，這就是人工降雨，但更為科學的稱謂是"人工增雨"，有空中、地面作業兩種方法。
空中作業，是用飛機雲中播撒催化劑。地面作業，是利用高炮、火箭從地面上發射。炮彈在雲中爆炸，把炮彈中的碘化銀燃成煙劑撒在雲中。火箭在到達雲中高度以後，碘化銀劑開始點燃，隨著火箭的飛行，沿途拉煙播撒。飛機作業一般選擇穩定性天氣，才能確保全全。一般高炮、火箭作業較為廣泛。
碘化銀在人工降雨中所起的作用在氣象學上稱作冷雲催化。碘化銀只要受熱後就會在空氣中形成極多極細（只有頭髮直徑的百分之一到千分之一）的碘化銀粒子。1g碘化銀可以形成幾十萬億個微粒。這些微粒會隨氣流運動進入雲中，在冷雲中產生幾萬億到上百億個冰晶。因此，用碘化銀催化降雨不需飛機，設備簡單、用 量很少，費用低廉，可以大面積推廣。 除了人工降水（雨、雪）外，碘化銀還可以用於人工消雲霧、消閃電、削弱颱風、抑制冰雹等。
人工降雨的條件
人工降雨要在雲富含水汽情況下進行。人工降雨是要有充分的條件的。一般自然降水的產生，不僅需要一定的巨觀天氣條件，還需要滿足雲中的微物理條件。
例如：0℃以上的暖雲中要有大水滴；0℃以下的冷雲中要有冰晶，沒有這個條件，天氣形勢再好，雲層條件再好，也不會下雨。然而，在自然的情況下，這種微物理條件有時就不具備；有時雖然具備但又不夠充分。前者根本不會產生降水；後者則降雨很少。此時，如果人工向雲中播撒人乾冰核，使雲中產生凝結或凝華的冰水轉化過程，再藉助水滴的自然碰並過程，就能使降雨產生或使雨量加大。催化劑在雲中起的作用，是使本來不會產生的降水得以產生，使已經產生的降水強度增大。
我們知道，有雨必先有雲，但是有雲不一定有雨。自然界過冷雲降雨（或雪）是 由於雲中除小水滴外，還有足夠的冰晶--飽和水汽或過冷卻水滴在冰核（不溶於 水的塵粒）作用下凝華或凍結而形成的冰相胚胎。過冷雲中水滴的水分子會不斷蒸 發並凝華到冰晶上，冰晶不斷長大以致下落為雪，如果雲下氣溫高於0 ℃，它們就 會融化成雨。如果自然界這種雲霧中缺少足夠的冰晶，因雲中水滴十分細小，能夠 長期穩定地在空氣中懸浮而降不下來，於是就只有雲而無雨。這時候如果向這種雲 霧中播灑碘化銀粒子，則能產生很多冰晶，雲中水滴上的水分經蒸發、凝華迅速轉 化到這些人工冰晶上，使冰晶很快長大產生降雪，如果地面氣溫較高，雪降落過程 中邊融化邊碰撞合併為水滴，最終成為降雨。這就是人工降雨。
運用雲和降水物理學原理，通過向雲中撒播催化劑（鹽粉、乾冰或碘化銀等），把雲滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面上，形成了降水。又稱為人工增加降水。其原理為通過撒播催化劑，影響到雲的微物理過程，使得在一定條件下本來不能自然降水的雲，受激發產生降水；又可使本來能自然降水的雲，提高了降水效率，增加降水量。撒播催化劑的方法有飛機在雲中撒播與高射炮或火箭將碘化銀炮彈射入雲中爆炸和地面燃燒碘化銀焰劑等。
運用雲和降水物理學原理，通過向雲中撒播催化劑（鹽粉、乾冰、或碘化銀等），使雲滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面，形成降水。又稱人工增加降水。其原理是通過撒播催化劑，影響雲的微物理過程，使在一定條件下本來不能自然降水的雲，受激發而產生降水；也可使本來能自然降水的雲，提高降水效率，增加降水量。撒播催化劑的方法有飛機在雲中撒播、高射炮或火箭將碘化銀炮彈射入雲中爆炸和地面燃燒碘化銀焰劑等。
由於自然降水過程和人工催化過程中的很多基本問題仍不很清楚，人工降水的理論和技術方法還處於探索和試驗研究階段。世界上先後約有80個國家和地區開展了這項試驗 ，其中美國、澳大利亞、前蘇聯和中國等國的試驗規模較大 。中國一些經常發生乾旱的省、區都開展了這項試驗，其中有許多成功的例子。這對於增加降水，緩解乾旱的威脅，起到了積極的作用。
學科關係
雲和降水是在一定的天氣形勢條件下產生和發展的，大部分重要的天氣現象，如雷暴、冰雹、龍捲以及暴雨、梅雨、颱風、連陰雨等，都與雲和降水有關，所以雲和降水物理學與天氣學有密切的關係；從另外的角度看，雲和降水過程是地球大氣的熱量、水分和動量平衡的關鍵因素，它不僅影響到局地的和短期的天氣過程，也影響到大氣環流和全球氣候的變化；此外，雲和降水還會影響大氣污染、大氣雷電和電磁波的傳播。因此，雲和降水物理學與氣候學、動力氣象學、大氣物理學、大氣探測、和大氣化學等分支學科，以及套用技術都有密切的關係。
由於人工影響天氣的主要途徑是影響雲和降水的微物理過程，因此雲和降水物理學是人工影響天氣的理論基礎；反過來，人工影響天氣試驗的廣泛開展，又大大地促進了雲和降水物理學的發展，並豐富了它的內容。
隨著儀器裝備的革新、現代計算技術的套用、探測資料的積累和理論研究的不斷深入，雲和降水物理學無論在微物理學方面，還是在巨觀動力學方面，都有不少進展。但由於雲和降水的過程極其複雜，它包括了從尺度小於一微米的雲核，直到尺度達千公里的雲系之間的許多物理過程，因此，無論在探測和實驗方面，還是在理論方面，都還待進一步的深入研究。
