编者注：本文作者为毛节泰教授， 他是中国大气科学著名专家， 原中国大气物理学会会长， 现任北京大学物理学院大气与海洋科学系教授、博士生导师、中国气象学会大气物理与人工影响天气委员会主任 。 主要从事大气辐射、云物理与气溶胶的探测与研究工作 。
呼风唤雨， 这是人类历来的梦想， 但要把这个梦想变为现实， 还必须依靠科学 。 大气科学是研究大气中发生的各种自然现象和循环的学科,它也是实现人类呼风唤雨梦想的科学基础 。
【什么样的云彩会下雨？】大气水循环是地面和大气中水物质的循环过程， 它是地面清洁水的主要来源， 也是驱动大气中各种运动所需能量的主要来源之一 。 大气水循环整体说来并不复杂， 它包括蒸发过程、成云过程和成雨过程 。
更详细地说， 地表水是液态或固态的， 它们通过蒸发过程变为气态的水汽， 这就是蒸发过程， 是水的第一次相变 。 水汽在大气中随气流运动， 但在再一次相变之前它是不可能回到地面的 。 水汽要回到地面， 必须再经过一次相变， 如凝结或凝华， 从气态又变成液态或固态的云滴， 这就是成云过程 。 水汽经过第二次相变就具备回到地面的条件， 但它不一定就能回到地面， 因为云滴太小太轻， 它飘浮在大气中掉不下来， 在某些条件下它还会再一次蒸发又回到气态 。 为了要使云滴回到地面， 它必须长大到一定大小， 这一使许多小云滴合并成大的雨滴的过程就是成雨过程 。 自然云中云滴可以通过凝结过程或碰并过程使云滴长大， 当它长大到一定尺度就可以成为降水， 战胜引力掉到地面， 例如直径大于200微米云滴就有可能掉到地面成为毛毛雨， 直径大于500微米就会形成雨滴或各种固态降水物 。
【形成降雨的条件】
从上面关于水循环过程的讨论中我们必需注意两个关键问题:一是相变; 二是其中的能量需求 。
前面已经提到大气水循环中包含了2次相变过程， 这是由于地表水和大气中水汽的相态是不同的， 水循环过程是通过第一次相变把地表水变成气态的， 再经过第二次相变过程又变成液态或固态， 这才能回到地面 。 这一点是很重要的， 因为大气中的水汽， 如果它没有机会经过第二次相变过程变成液态或固态的水， 它们是回不到地面的， 也就是说， 虽然水汽很多， 但它们没有机会发生相变， 那么它们就不可能形成降水 。
因此只有那些有机会发生相变的水汽才会对降水有供献 。 从这个意义上来说， 对某一地区某一时段而言， 单纯水汽多少并不能决定会有多少降水， 决定降水多少的是那些已经发生了第二次相变的水量， 这才是降水的资源 。
这些经过第二次相变后的凝结(凝华)水就构成了这一地区这一时段的最大可能降水量， 这一个量很重要， 它才是人工增雨潜力的基础 。 当然这个最大可能降水量并不能全都变成降水， 因为不是所有的云粒子都会顺利长大， 其中很多一部分会一直停留在空中， 甚至又一次被蒸发掉 。 这就决定了成雨过程的效率， 它反映某一地区某一时段中实际降水量与最大可能降水量之比 。
第二个问题是能量， 这也是我们在企图影响自然过程中必须考虑的 。 从上面的分析中可以看到， 大气水循环的几个过程都涉及到很大的能量需求 。 我们必须考虑是否有能力提供这样的能量， 来改变自然进程的发展？大自然的能量是十分巨大的， 对此我们需要进行一些定量的估测 。 把每年全球人类使用的能源数作为一把尺子， 把它作为1个单位（其具体数值约在1020焦尔的量级）， 来估测大气过程所涉及的能量 。
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