什么是不同类型的云，它们是如何形成的？

云与地球上的温度调节密切相关。(图片来源:Roberto Machado Noa/NASA via Getty Images)

（蜘蛛网eeook.com）据美国太空网（斯蒂芬妮·沃尔德克）：在地球上的大多数地方，云是日常生活中如此常见的一部分，以至于人们很容易忘记它们——除非它们即将降临到你身上或破坏你完美计划的天文摄影镜头！

但根据美国宇航局的说法，云与地球上的温度调节有着重要的联系，它反射一些太阳能量来保持我们凉爽，并捕获一些能量来保持我们温暖。

此外，云也是即将到来的天气的征兆。

云是“悬浮在行星(如地球)或月球的大气中的可见的大量冷凝蒸汽颗粒(如水或冰)。”根据韦氏词典的说法

地球上的云主要是由水组成的，你会发现它们从地面一直到高达47到53英里(76到85公里)的高度都是雾，在那里你会发现罕见的夜光云。然而，大多数云存在于43，000英尺(13，100米)以下。

在地球上，云是降雨的原因，当云中的水滴变得太重时，它们会以雨或雪等降水的形式落回地表。

云在我们星球的可居住性方面起着至关重要的作用。(图片鸣谢:abdelhakim titous/500 px via Getty Images)

云的形成需要成分和条件的正确组合。地球的大气层中总是有水，所以不仅仅是水的存在创造了云。

根据NOAA的说法，水分子需要附着一些东西才能凝结——这些物体就是云凝结核。云凝结核可以是各种各样的东西，从野火烟雾到海洋喷雾到风吹灰尘，但关键是它们必须非常小，大约1微米(千分之一毫米)大小，并且具有吸湿性(它们吸收水分)。一旦水凝结在原子核上，整个云滴通常比原子核大100倍。

温度和露点也在云的形成中起作用。空气必须达到100%的相对湿度(当温度和露点相同时)才能发生冷凝。因为大气中的空气总是在运动，这些标准总是在变化，这就是为什么云可以出现和消失得如此之快。

云分类的全球标准是世界气象组织的国际云图，它列出了10种主要的云类型。

有时你会听说四种主要类型的云，这指的是工业化学家卢克·霍华德在他1803年的“云的变化论”中建立的分类霍华德实际上命名了三种主要类型——卷云、积云和层云——第四种特殊类型叫做雨云。

国际云图扩展了这一原始分类系统，包括以下10种云类型。

卷云:成块或成带的缕缕白云

卷积云:斑驳的白云

卷层云:由非常薄的白色云组成的透明面纱

高积云:分成卷状的白色或灰色块状云

高层云:灰色或蓝色半透明的云幕

雨层云:厚厚的灰色云层

积云:典型的白色蓬松云

积雨云:高耸的雷雨云，像铁砧一样在顶部散开

层积云:灰色或白色的片状卷状或圆形云

层云:灰色半透明云层

也有其他类型的云，但它们是通常不属于这个分类系统的特例。这些包括透镜状云(看起来像山上的不明飞行物)，乳房云(经常与积雨云相关的块状密集云)，以及尾迹(飞机产生的冷凝痕迹)。

业余摄影师Soumyadeep Mukherjee在印度加尔各答上空拍摄了一系列令人惊叹的彩虹轨迹。轨迹是飞机造成的凝结痕迹。(图片鸣谢:Soumyadeep Mukherjee)

是啊！云不是地球独有的。根据加州大学圣巴巴拉分校的说法，除了水星以外，所有的行星都有云——其中一些云确实含有水的痕迹，通常以冰晶的形式存在。让地球上的云脱颖而出的是，它们几乎完全由水构成，而来自其他星球的云通常由各种气体组成。

我们邻近星球上的云有着非常不同的成分。例如，在木星上，云主要由氨冰和硫氢化铵组成，而金星上的云是由硫酸组成的。

那么在我们的太阳系之外，已知一些系外行星有云。根据美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的说法，这些云通常由硅酸盐组成，硅酸盐是构成地壳大部分的矿物质。本质上，这些云是由沙子构成的。

金星被云覆盖的一面。(图片鸣谢:JAXA)

四种主要的云是积云、卷云、层云和雨云。

世界气象组织的《国际云图》将四种主要类型的云分为10类。但是在这些分类之外还有很多特殊的云。

成群出现的白色蓬松的小云是积云。大的塔状和砧状蓬松云是积雨云，也称为雷雨云。

詹姆斯·拉杜

气象学者

James LaDue是国家标准和技术研究所(NIST)工程实验室的国家减少风暴影响项目(NWIRP)的代理主任；美国气象学会(AMS)、美国土木工程师学会(ASCE)和国家气象协会(NWA)的成员。

我们问了气象学家James LaDue几个关于云的常见问题，他是国家标准和技术研究所(NIST)工程实验室国家减少风暴影响项目(NWIRP)的代理主任。

这是一个最基本的问题，其答案很复杂。你有一个简单的概念，云是从冷却空气包的温度开始形成的，直到其中的水蒸气凝结成到处存在的小颗粒(灰尘、盐、生物制品)来形成水云。但接着补充说，如果大气足够冷，那么水蒸气会以冰晶而不是液态云滴的形式沉积在粒子上。所以现在你有了看起来与液滴非常不同的冰晶云，因为当它们与更干燥的空气混合时不会很快消失。冰晶云可能会持续存在，在那里单个的晶体慢慢地脱落，形成窗帘一样的面纱，你会看到母马的尾巴。

在所有的云当中，冷却空气的动作听起来很简单，但是有很多方法来完成这个动作。在夜晚靠近地面的地方，由于红外辐射逃逸到太空中，空气迅速冷却，形成了雾。或者热空气可以通过冷的表面，同样的事情也会发生。或者雾会变成低层云。空气没有快速上升；主要是水平移动。所以雾或低层云在外观上是平坦而均匀的。在稳定的大气中缓慢上升的高空空气会产生一片片外观一致的云，如层云、高层云，或者在冰晶的情况下，卷层云。每一个看起来都不同，因为它们的高度以及它们是否是液滴或冰晶。

然后，如果你加上大气浮力，就像下面强烈加热或上面强烈冷却时，气团可能会迅速向上和向下爆发，以稳定大气。嗯，任何平坦均匀的外观都消失了，取而代之的是蜂窝状、积云状的外观。如果加热是从地面开始的，那么你会得到晴朗的天气，厚厚的积云。由于凝结(或冰晶的沉积)的发生，这一行为加热了空气，并能产生漂浮的包裹。现在你可以看到高积云和卷积云。足够的浮力和高积云成为高积云castellan us——具有平坦层状底部的高浮力羽状物——因为最初的云可以形成为高层云，然后冷凝的热量导致云的顶部变成积云。

如果大气中的温度下降率足够高和足够深，并且有足够的水分来加热上升的气团，这些积云就会变成积雨云，从而形成阵雨和雷暴。风暴可能由积云或高积云形成，或者你可能看不到它们，因为浮力包裹形成在高层云之上。雷暴在向上和向下喷出水分方面非常有效，这产生了各种各样的机制来产生各种各样的云。它们的顶部向外扩展，形成厚厚的卷云砧。但是雷暴产生的冷空气向外扩散，形成冷锋，沿着它们的边缘提升空气，形成架子云。

除了这些，我甚至还没有讨论过云可能由水以外的物质组成！

当液体和冰水滴向所有不同的方向均匀地散射组成白光的所有颜色的太阳光时，云就是白色的。唯一的问题是散射光到达你眼睛的亮度必须和入射光的亮度相同。如果你的眼睛在厚到足以吸收部分散射光的云层下面，那么亮度就会下降，你就会看到灰色的云层。请注意，灰色仍然意味着所有颜色的阳光被大致相等地吸收。

有时候，阳光不会均匀地向各个方向散射光线。因此，具有类似大小水滴的薄层云或高层云以一种称为米氏散射的机制将光散射到大部分向前的方向。有时你在飞机上看这些云，它们看起来是灰色的，尽管它们又小又薄。但是同一朵云下面的地面上的人可能会看到同一朵云呈现白色。

显然，云的密度和厚度会影响太阳光的吸收量。云越厚越密，其底部就变得越暗，就像积雨云(雷暴)一样。显然，有人从太阳照射的一侧观看雷暴积雨云时，会看到非常明亮的云，因为所有这些液体和冰晶都非常有效地将光反射回侧面。

所以我提到了散射、反射和吸收。所有这些过程都会影响云的出现。米氏散射不会改变光的颜色，但方向对某些云有偏好。太阳光的反射是光线从更大的表面反射回来，可能是冰晶和雨滴。吸收是指入射光被物体吸收并转化为热量，没有散射或反射。

云让我们免于被活活煮熟。如果我们的大气层中没有云，那么阳光就不会被散射/反射回太空，我们就会变热到无法忍受的程度(其他一切都保持不变)。为云欢呼！

然而，云形成的高度和云的类型会影响大气的冷却和加热。这是因为云在不同的层面上散射可见光和红外光。例如，薄卷云不能有效地吸收和散射阳光，因为它们看起来是半透明的。所以阳光照射到地表。地表变暖并向上发射红外光，只是遇到在该波长看起来不透明的卷云。因此卷云吸收并重新发射红外光到地面，热量被截留。卷云保持低层大气温暖。

另一方面，液态云冷却低层大气，因为它们的密度能有效地将阳光反射回太空。当然，各种类型的云确实会在低层大气中捕获红外光，从而导致夜间温暖，但液态云上方的大气会迅速冷却。

关于云如何帮助或阻碍全球变暖的研究变得越来越清晰。最新研究表明，我们将获得更高的卷云，这有效地允许阳光加热大气，同时捕捉红外线；这对于增强变暖是积极的。与此同时，变暖的大气减少了液态云的覆盖，液态云可以反射太阳光。

它们至关重要。极地轨道卫星和地球静止卫星使用传感器探测多种热红外和可见光波长的光，提供连续的云层覆盖。从这些多个波长检测到的光的强度可以被转换，以给我们提供许多关于全球热交换、太阳入射光的水平和发出的地球红外光的定量信息。这有助于气候科学家跟踪我们的热量平衡以及云如何影响它们。

在气象方面，卫星提供信息来了解形成云的大气模式。通过我们对云的观察，气象学家可以发现产生云的大气过程。他们利用云来分析大气运动和风暴系统。在其他观测的帮助下，他们可以利用云来预测未来的云及其伴随的危险。以热带风暴为例:在卫星时代之前，许多热带风暴直到危险地靠近海岸时才被发现。现在情况不是这样了。