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# 雲的形成與雲滴增長
## 雲形成的條件
形成雲需有以下三個基本條件:

1. 有充足的水氣
2. 有足夠多的凝結核
3. 有使空氣中水氣降溫凝結的因素

其中，要使空氣中的水氣降溫凝結，通常是將空氣抬升。而讓空氣抬升的形式又大致可分為：

1. **動力抬升**：受鋒面、輻合氣流作用而抬升，或遇地形阻隔迫使空氣塊抬升。
2. **熱力對流**：當地面受熱不均，或大氣環境處於絕對不穩定時，空氣自然上下運動產生對流。
3. **動力與熱力結合型**：當一不穩定氣流整層被抬升至凝結高度(LCL，通常為動力抬升)，釋放潛熱，溫度降低開始成雲。若繼續抬升至自由對流高度(LFC)時，且氣塊溫度大於環境溫度，則氣塊繼續抬升且會放出大量能量造成極為強烈的上升運動。

## 分類
一般分類雲，可依雲底高度分為「高、中、低、直展」四大雲族，再依其形狀(形成方式)分成十大雲屬。如下圖所示：


reference：[雲的分類](https://ctasataiwan.com/%E3%80%90%E8%88%AA%E7%A9%BA%E6%B0%A3%E8%B1%A1-%E9%9B%B2%E7%9A%84%E5%88%86%E9%A1%9E%E3%80%91/)

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***延伸資料:[各種雲的照片](https://cloudatlas.wmo.int/zh-hans/descriptions-of-clouds.html)***
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## 雲形成過程與降水

### 積狀雲
#### 1.形成
為空氣垂直強對流發展產生。具有孤立分散、頂部突起、底部平坦特點。
1. **孤立分散**：因部分空氣塊上升，周圍空氣會下沉補償，造成下沉增溫現象不易成雲。
2. **頂部突起**：上升過程中，積雲邊緣的水滴與周圍未飽和空氣混和，不斷蒸發(吸熱)，因此使雲的邊緣降溫，中心溫度較邊緣高，因此中心部分上升較多，雲頂較高。
3. **底部平坦**：由於積狀雲的水平延伸範圍小，大氣中的凝結高度大致相等，故雲底平坦。

此外，積雲常形成在冷鋒下(鋒面坡度大，暖空氣偏向垂直劇烈抬升)、山坡上(因地形抬升導致)。若有持續穩定的風，則可能使積雲成規則狀排列。如雲街。
* **雲街**：當冷空氣碰到暖水面，冷空氣下緣增溫，下暖上冷而形成垂直對流，產生積雲(但因氣團內部十分乾燥，故對流不會太強)。又因積雲們處在氣團內，風向大約一致，使積雲與風向成平行排列。如下圖。
reference:[中央氣象局](https://edu.cwb.gov.tw/PopularScience/index.php/kids/weather/343-%E5%AF%92%E5%86%AC%E7%9A%84%E7%A9%BA%E4%B8%AD%E5%B0%8F%E8%B7%AF-%E8%AA%8D%E8%AD%98%E9%9B%B2%E8%A1%97)

#### 2.分類
由於每個受到抬升作用的空氣塊所能達到的最大高度不同(主要取決於地面溫度)。因此可分為淡積雲、濃積雲、積雨雲三種。
1. **淡積雲**(對流最大高度<0度等溫線)：因上升氣流速度不大，湍流較弱，不會形成降水。若有強風，則可能被吹散，形成碎積雲。表示大氣狀況較穩定，雖有對流但無法繼續發展。

2. **濃積雲**(0度等溫線<對流最大高度<凍結高度)：對流強度較大，氣塊能上升更多，則會形成濃積雲，其頂部為過冷水滴。湍流較強，因此可能形成降水(重力衝併)。此情況表示大氣不穩定。

3. **積雨雲**(對流最大高度>凍結高度)：對流強度強到上升至凍結高度(-15度)以上，頂部因多為冰晶而成絲狀(似卷雲)，若再加上高空風的吹拂則會形成砧狀雲。湍流極強，非常容易造成降水且強度很強。

* 大氣中常因缺乏凝結核，而使水在降溫至0度以下時不會凝固，形成過冷水滴。當有凝結核產生或溫度< -15度時則會開始凝固形成冰晶。
#### 3.變化
* 若直至下午仍為淡積雲，表示大氣穩定，是為晴天的徵兆，故淡積雲又叫做晴天積雲。
* 若一早便產生濃積雲，表大氣不穩定，隨時有可能形成積雨雲造成降水。

#### 4.降水
1. **淡積雲**：雲薄、含水量少、水滴小(重力衝併作用不強)，一般不會降水。
2. **濃積雲**：在中高緯度地區，因熱力作用不強，雖有凝華增長過程存在，但不足以形成降水。在低緯度地區，因對流、湍流強度皆較強，重力衝併作用顯著，水滴較大，較容易形成降水。
3. **積雨雲**：屬混合雲，對流強、高度高、含水量大，凝華增長及重力衝併作用強烈，因此容易形成強降水，甚至冰雹。
* 積雨雲的降水具有「陣性」，因水平範圍小，因此降雨過程中經過一個地方的時間短，對當地來說降雨時間不長。另外則是上升氣流多變。當上升氣流強，水滴降落受到的阻力較大，較不易降水；反之，上升氣流弱或有下降氣流，則降水強度會較強。

* **冰雹**：
### 層狀雲
#### 1.形成
為整層空氣緩慢抬升形成，抬升持續時間長，因此雲頂高度可以很高。具有雲頂平坦，且雲厚差異差異大的特徵。
1. **雲頂平坦**：
#### 2.分類
#### 3.變化
#### 4.降水

### 波狀雲
### 莢狀雲
## 雲滴增長機制
雲滴為半徑 < $100 \mu m$ 的水滴，> $100 \mu m$ 則稱為水滴。一般而言，雲滴的標準半徑為$10 \mu m$ ，雨滴為$1000 \mu m$ ，故雨滴體積為雲滴的$10^6$倍。因此，雲滴要成長至足夠克服空氣阻力並掉落至地面不蒸發，才會形成降水。
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***延伸資料：[蒸發與凝結](/rZs9-fKOR6KE9G4mkN-MFw)***
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### 暖雲過程(重力衝併)
#### 1.何謂暖雲
由水滴組成的雲。雲頂溫度在$0^。$以上。
#### 2.過程
由於水滴常處於運動狀態，又水滴在落下過程中，其重力傾向與空氣阻力達成平衡，以終端速度下落。故質量越大者，速度越快。因此，大水滴容易合併小水滴，使本身質量增加，下落速度越快，形成降水。

但由觀測發現，雲滴增長初期(準備轉成降水過程)，仍以凝結為主。待雲滴質量逐漸增大型成水滴時，才轉以重力衝併作用為主。

除水滴因本身重力下落之外，上升氣流、湍流混和、流體吸力等等也會造成重力衝併的作用。
### 冷雲過程(伯吉龍效應)
#### 1.何謂冷雲
由冰晶組成的雲。雲頂溫度在$0^。$以下。
若冰晶與水滴(可能是過冷水滴)共存，則稱為混合相雲。
#### 2.過程
當雲內同時存在水滴及冰晶時，因冰面飽和水氣壓小於水面飽和水氣壓。

故當空氣塊的實際水氣壓介於兩者的飽和水氣壓之間時，對水滴而言，處於未飽和狀態，水滴傾向蒸發；對冰晶而言，處於過飽和狀態，會趨向凝結(華)。故冰晶便會越來越大，水滴越來越少，當冰晶大到不足以抵抗重力時便會下落形成降水(可能在途中融化成水滴)

但隨著水滴蒸發，冰晶凝固的越來越多，空氣塊內的水氣壓便會下降。此種增長過程較為緩和，較不易形成質量太大的水滴。故要形成降水，常會伴隨衝併增長過程。

## 人造雨
為依據自然界降水形成原理，以人工方式達成、補充降水要件，促使降水發生。
### 暖雲人工降水
暖雲主要降水過程為「重力衝併」作用，使水滴成長。因此，如何使水滴增大即為暖雲人工降水的主要目的。
* 過程：透過在雲中撒入鹽粉(含氯化鎂、氯化鈣等雜質，吸水性高)，故可使雲滴吸附速度加快，更容易形成大水滴以進行重力衝併作用，造成降水。

### 冷雲人工降水
冷雲降水過程最主要需產生冰晶，使冰水共存，並進一步使冰晶增大而掉落。因純水不易凍結，而造成冷雲中冰晶不足，故產生冰晶為冷雲人工降水的主要目的。
* 過程：散播乾冰(絕佳制冷劑，使其昇華並從環境吸取熱量，使環境降溫讓水滴凍結)或碘化銀粉末(晶體結構和冰相似，晶格常數接近，是很好的人工冰晶核，能促使過冷水凍結)至空中。使產生冰晶並造成降水。