天高云淡，為什么沒有天高云厚呢?

不知道你有沒有留意過“天的高度”。

這兩張圖給你的第一印象是如何的？

一張是晴空萬里，湛藍的天幕澄澈透亮，抬頭望去仿佛能望到無窮遠，讓人覺得‘天好高’；

另一張則是陰云密布，厚重的烏云低低壓著，像一塊沉甸甸的灰布，連遠處的建筑都顯得朦朧，此刻又覺得‘天好低’。

天，真的有高度嗎？

俯察下之所及為地，仰觀上之所及為天。當我們抬眼望去，遮擋我們視線的空中之物就是云了。天的高度其實是“云的高度”。云不僅裝點了天空，它本身就是大氣物理運動的“可視化顯示器”，讓我們跟著這些豐富多彩的云來看看它們和天氣之間到底有啥聯系吧。

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云的誕生：一滴水的“升空之旅”

云，作為宏大的地球水循環的一部分，是上升的地表水汽在空中凝結形成的小水滴或小冰晶的集合體。陽光加熱大地使得地表空氣升溫膨脹，密度降低（變“輕”）并攜帶水汽上升。越往高空，氣壓越低，溫度一般也越低，氣團絕熱膨脹也會降溫（松開自行車氣嘴變冷就是絕熱膨脹降溫的例子）。當溫度降到“露點”以下，空氣兜不住這么多水汽了，水汽就會依附在空氣中的灰塵、氣溶膠（凝結核）上，變成小水滴或小冰晶。億萬個這樣的小水滴聚集，就成了云。

地球水循環示意圖[1]

云，是一個有內部運動結構的集合體。在大多數人想象中，云是天空中一片靜止的、毛茸茸的“棉花”，但真相可能并非如此。我們知道水的密度比空氣要大，即使是微米尺度的小水滴也不能憑“空”懸浮。一朵橫向尺度500m、垂直尺度200m的“小”云，體積約五千萬立方米，以水滴密度 0.5克每立方米 估計，該云的質量約為25噸。按照一頭肉牛體重1噸記，天上相當于飄著25頭牛。

如此大的質量能漂浮在空中和氣流關系緊密，一來云的形成過程本就有上升氣流參與，相當于給云一個托舉的力另一種形式的“吹牛”；二來對于微米量級的小水滴，下落受到空氣阻力后的穩定速度甚至低于cm/s量級，高度降低，溫度增加后蒸發消失，而云里上升的水蒸氣遇冷凝結又變成小水滴，形成了一朵靜止的云的“假象”。云中除了有系統的上升運動外，還有系統的下沉運動。在一些云朵的氣流垂直速度分布研究中，觀察到上升氣流在云的中軸附近最強，在云的邊界附近逐漸減小，而在云的頂部和云的四周有下沉氣流。除了系統的上升氣流外，還有湍流，這就更為復雜了。總之，即使是表面溫順的“暖羊羊”，可能也在內部進行著復雜的運動。

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云的家族圖譜：高低胖瘦，各有來頭

想探究云的形態和天氣的物理聯系，學會描述云這個物理對象必不可少， 讓我們來看看，云是如何分類的？

云不斷發展，并以各種形式出現。然而，在世界范圍內經常觀測到的特征形式是有限的，根據云的形貌和高度兩個維度，國際上將云分為“三族十屬”。高度上分為高、中、低三層，形貌特征上分為層云、積云、卷云和雨云，搭建起了十種云屬。還應注意到大氣有垂直分層，我們生活的對流層集中了大氣質量的75%和幾乎全部的水汽，所以我們看到的云主要在對流層（層高8~20km）。

云的分類[2]

首先來看看云底高度大于6000m的高云，分為卷云、卷層云和卷積云。由于高空溫度極低（最低可低于零下40℃），云主要由冰晶組成，冰晶比水滴更不易合并，傾向于形成毛發、絲絮狀的松散結構，視覺上就顯得薄而透，完全不會遮擋太陽、月亮的輪廓。

• 卷云：像扯散的羽毛、一縷縷、一絲絲分散在藍天里，不遮陽光。絲呈鉤狀的就是俗話說的“鉤鉤云”。

• 卷層云：像一層鋪滿天幕的透明薄紗，能清晰看到太陽、月亮的輪廓，經常伴隨日暈、月暈出現。

• 卷積云：像被風揉皺了的絲絨，或是排列整齊的魚鱗、細小的漣漪，在高空鋪展出細密而規則的紋理。

接下來是云底高度2000-6000m的中云，分為高層云和高積云。這個高度的大氣溫度在0℃上下，云體大多由液態小水滴混合少量冰晶組成，看起來呈灰白色，比高云更厚重，會不同程度遮擋陽光。

• 高層云：像一層灰色的厚幕布，均勻鋪滿天際，大致看出太陽輪廓，但看不到影子。

• 高積云：像細密的魚鱗，一團團、一塊塊分布在天上，底部有灰有白。和卷積云都屬于“魚鱗天”。

云底高度小于2000m的為低云，包含層云、積云和層積云。這個高度的大氣溫度在0℃以上，云體完全由液態水滴組成，且水滴個頭更大、更密集，對應的空氣上升運動差異極大：既有晴天里微弱的局地對流，也有暴雨前劇烈的強對流，因此低云直接決定了當下的天氣狀態，也是我們日常看云識天氣最核心的觀察對象。

• 層云：形貌和高層云類似，但看不清太陽輪廓。所有云中最低的一種，“云山霧海”。

• 積云：塊狀云，分散分布，云間全是透亮的藍天，通常說的一朵云。

• 層積云：如題為層狀云和積狀云的混合體，眾多積云連成片，界限變模糊但也沒層云那么均勻，云底灰黑。

還有兩類云分布可以橫跨多層，是短期內降水的主要來源，有層雨云和積雨云。

• 層雨云：通常由高層云發展而來，水分變多，云層增厚，云底跨層“下探”到低位，偏黑色，大概率伴隨降雨。

• 積雨云：生于低位的積云不斷生長延伸到大氣層高位，從云下方看類似層雨云，不同的是經常伴隨雷電。“黑云壓城城欲摧”不外如是。

層云、高層云和卷層云主要區別在于高度越低，顏色越深，看著越厚，越來越看不清太陽。積云、高積云和卷積云則是隨高度增加，云塊越小越密。看到這里快去瞅瞅窗外的云屬于哪一類吧。

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看云識天氣的物理邏輯

云的形成和大氣的溫度、濕度、風力、顆粒物等參數息息相關，云本身就是降水的絕對主角，理論上，通過對云的研究就可以獲取豐富的大氣的信息，從而預測天氣。例如，大范圍均勻、緩慢的水汽上升更易形成層狀云，而小范圍、較快的水汽上升更易形成積狀云。現在讓我們一起試著看懂幾個大自然寫在天空中的“天氣預報”吧。

天空飄著“棉花糖”，就意味著是個大晴天？

天空中飄浮著一團團白云，它們底部非常平坦，頂部微微隆起，像是一朵朵撕開的棉花糖，而且彼此之間有大片藍天（積云屬下的淡積云）。

在晴朗的白天，太陽把大地烤熱，貼近地面的空氣吸熱膨脹變輕，帶著水汽往上升，這叫“熱對流”。隨著海拔升高，氣壓降低，空氣塊膨脹并冷卻，水汽凝結，就形成了云的平坦底部。

那為什么這些云長不大，也下不了雨呢？這是因為在好天氣時，高空通常存在一層相對溫暖的大氣，我們稱之為逆溫層。你可以把它想象成一個無形的“鍋蓋”。熱空氣只有在周圍環境比自己冷的時候才能繼續上升。當上升的云團撞到這個溫暖的“鍋蓋”時，它失去了上升的動力，對流被硬生生掐斷了。水汽無法繼續向上輸送、堆積，自然就無法形成足夠重的雨滴。所以，當你看到底部平坦、頂部矮小的淡積云時，說明大氣的狀態非常穩定，今天多半是個安心晾曬的大晴天！

如何提前一兩天預判連綿秋雨？

第一天，天空中出現了極高、極薄、像羽毛或絲縷一樣的白云（卷云）。
隨后半天到一天，云層開始變厚，像給天空蒙上了一層毛玻璃，太陽周圍可能會出現光暈。再往后，云層越來越低、越來越暗，最后變成了灰蒙蒙的一整片，連綿不絕的雨水就開始落下了。

這種云的演變，在物理上代表著一個龐大的天氣系統——暖鋒正在逼近。想象一下，一大團溫暖、濕潤的空氣，正在大面積地向一團冷空氣推進。冷空氣密度大、比較重，趴在地面上；暖空氣比較輕，所以它在推進時，只能沿著冷空氣的背部“緩慢爬坡”。

在這個爬坡的過程中：

1. 沖在最前面、爬得最高的暖空氣，因為高空溫度極低，水汽直接凝華成了冰晶，這就是最先出現的、透光的卷云。

2. 隨著大部隊逐漸逼近，爬坡的高度慢慢變低，云層開始變厚，冰晶和水滴混合，變成了高層云。

3. 等到暖空氣的主力徹底籠罩頭頂時，云層已經極厚且充滿了水滴（雨層云）。因為整個抬升過程是緩慢、持續的，所以它帶來的往往不是暴雨，而是纏纏綿綿、一下就是一整天的連陰雨。

為什么“黑云壓城”往往伴隨著狂風暴雨？

夏日午后，原本晴朗的天空，突然有一團云像蘑菇或者高塔一樣迅速膨脹。云底發黑，云頂直插云霄，緊接著就是電閃雷鳴、狂風暴雨，甚至下起冰雹。這就是大名鼎鼎的積雨云。

與暖鋒的“溫柔爬坡”不同，積雨云往往是由局部的極度高溫，或者是冷鋒（冷空氣主動出擊）引起的。冷重空氣像一把鋒利的鏟子，極其暴力地將前方的暖濕空氣狠狠向上“鏟”起。

這里有一個極為關鍵的物理機制：潛熱釋放。水在蒸發成水汽時，吸收了大量的熱能（這些能量潛伏在水汽里）。而當暖濕空氣被暴力抬升、遇冷凝結成液態水滴時，它會把當初吸收的熱量重新釋放出來！ 氣團受熱膨脹，這就像是給本來就在上升的大氣“蒸汽機”猛踩了一腳油門。釋放的熱量讓云內部的空氣變得更熱、更輕，上升氣流變得極其狂暴（速度可達幾十米/秒）。在如此劇烈的上下翻滾中，小水滴瘋狂碰撞合并，長成大水滴；被拋到極高空的冷凍成冰雹；水滴摩擦產生強烈的靜電，最終化為閃電。當上升氣流再也托不住這些龐然大物時，狂風暴雨便裹挾著雷電砸向地面。

空中還有更多的云值得推敲，試著舉一反三，結合天氣預報去驗證你的推論吧。

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氣象俗語的“物理翻譯”

古人沒有氣象衛星，更沒有天氣雷達，但他們通過世世代代仰望星空，總結出了許多看云識天氣的諺語，它們背后藏著極其嚴謹的大氣科學依據。

“天上鉤鉤云，地上雨淋淋”

抬頭看天，天空中飄著一絲絲白云，但它們的尾部并非筆直，而是像小逗號、大雁的翅膀或者釣魚的鉤子一樣向上或向下彎曲（卷云屬下的鉤卷云）。 前面提到，極高空、全由冰晶組成的卷云，往往是一場大范圍連陰雨（暖鋒）的先頭部隊。那為什么它會變成“鉤子”形狀呢？

這就涉及到一個物理現象：風切變。在距離地面幾千米到上萬米的高空，高空急流的風速極快。當這些高空云團中的冰晶慢慢變大、變重，由于重力作用開始往下掉落時，它們會進入一個風速相對較慢（或者風向不同）的空氣層。頂部的冰晶還在被強風推著快速往前跑，而掉到底部的冰晶被慢速氣流拖了后腿。這種速度的差異，硬生生地把原本垂直掉落的冰晶軌跡拉扯成了一個“鉤子”（是不是和南北向河流的彎折有異曲同工之妙）。

出現“鉤鉤云”，不僅說明高空有豐富的水汽（形成了冰晶），還說明高空風速極快。這通常是一個強大的天氣系統（如暖鋒或氣旋）正在快速逼近的強烈信號。看到鉤鉤云，出門帶傘準沒錯。

“朝霞不出門，晚霞行千里”

早晨日出時，東方天空一片赤紅（朝霞），說明今天可能會下雨，最好別出門；傍晚日落時，西方天空一片火紅（晚霞），說明明天是個大晴天，適合遠行。

要把這句俗語解釋清楚，我們需要結合光學原理和天氣動力學。

首先，為什么霞光是紅色的？這源于物理學中的瑞利散射。早晨和傍晚，太陽光斜射向地球，光線穿透大氣層的路徑非常長。在這個過程中，波長較短的藍光、紫光早就被空氣分子散射得無影無蹤了，只有波長較長、穿透力極強的紅光、橙光跑完全程，照在了云層上。

其次，為什么早晨的霞和傍晚的霞，預示著完全相反的天氣？這是因為中國地處中緯度地區，受高空西風帶的控制。我們的天氣系統（無論是云還是雨），絕大多數都是自西向東移動的。

• 朝霞不出門：早晨太陽在東邊。如果此時東方出現朝霞，說明東邊（下游）的天空還沒有被厚云遮擋（陽光才能射過來），但陽光照亮了西邊天空上的云層。這意味著，西邊（上游）的積雨云正在順著西風帶，氣勢洶洶地向我們所在的地區撲來！

• 晚霞行千里：傍晚太陽在西邊。如果此時西方出現晚霞，說明西邊（上游）的天空已經放晴了，陽光才能毫無阻擋地射過來，照亮了東邊（下游）正在逐漸遠去的云層。這意味著，壞天氣已經過境離去，好天氣正在從西邊趕來接管天空。

篇幅有限，家庭作業。“天上魚鱗斑，曬谷不用翻”，“炮臺云，雨淋淋”，“魚鱗天，不雨也風顛”，“日暈三更雨，月暈午時風”，“天上掃帚云，三天雨降臨”，“早看東南，晚看西北，有云必雨”... 快在評論區給大家分享你的解讀吧。

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現代氣象學：人類如何“看”云？

雖然古人總結的俗語充滿智慧，但在現代氣象學面前，人類對云的理解已經從“仰望”變成了“全方位掃描”。依靠物理學的基本定律，我們現在擁有了能夠看穿云層厚度、測量云朵體溫的“上帝視角”。

氣象衛星：測量云的“體溫”與“膚色”

在距離地面幾萬公里的高空，靜止軌道氣象衛星時刻盯著地球。它主要通過兩種物理傳感器來“看”云：

• 可見光掃描（“膚色”）：這本質上是在測量云層的反射率。云層越厚、含水量越高，反射的陽光就越多，在衛星云圖上就顯得越白、越亮。

• 紅外掃描（“體溫”）：這是基于物理學中的黑體輻射定律。任何物體都會發射紅外線，而溫度越高，輻射越強。衛星通過接收云頂發出的紅外輻射，就能反推出云頂的溫度。我們在前面提到，對流越強，云長得越高。由于對流層氣溫隨高度增加而降低，云頂越高，溫度就越低。所以在紅外云圖上，哪里最“冷”，哪里往往就是對流最劇烈、降水最猛烈的地方。

天氣雷達：看穿云朵的“內臟”

如果說衛星是照相機，那雷達就是 X 光機。雷達通過發射電磁波并接收回波來工作。

• 多普勒效應：當電磁波撞到云里的雨滴或冰粒時會發生反射。如果雨滴正在向雷達靠近，反射回來的波頻率就會變高；反之則變低。氣象學家利用這種頻率的變化（多普勒位移），不僅能算出哪里在下雨，還能精確算出云內部氣流的旋轉速度。這正是我們提前預警龍卷風和強對流天氣的“殺手锏”。

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寫到這里，你可能會發現，云不再只是天空中隨意的涂鴉，也不是虛無飄渺的幻影。它們是水汽在絕熱冷卻下的相變，是大氣為了維持熱量平衡而進行的能量交換，更是不同氣團在天空交鋒留下的物理戰壕。

下次當你抬頭看到那一抹鉤鉤云，或者那一團棉花糖般的淡積云時，希望你不僅能看到風景，還能在那一瞬間，感受到大氣物理方程在頭頂靜靜流淌的節奏。

天空從不沉默，它一直在用云的語言，向你訴說著明天的陰晴冷暖。

最后，省流版：

參考資料

[1]https://www.bilibili.com/video/BV1b5tyzfEj5/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=a64bf56757e21b2f335cd3d8d3fd49dc

[2]https://www.youtube.com/watch?v=3WaAaMaQftg

[3]https://www.bilibili.com/video/BV1EH4y1G79X/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=a64bf56757e21b2f335cd3d8d3fd49dc

[4]https://www.bilibili.com/video/BV1RZ421j7MS?spm_id_from=333.788.videopod.sections&vd_source=a64bf56757e21b2f335cd3d8d3fd49dc

[5]巢紀平,周曉平.積云動力學[M].科學出版社,1964.

[6]小羅伯特·A.霍茲,許健民.云動力學[M].氣象出版社:202208:617.

[7]https://youtu.be/I00vcHLJXCc

編輯：二分