天高云淡，为什么没有天高云厚呢?

不知道你有没有留意过“天的高度”。

这两张图给你的第一印象是如何的？

一张是晴空万里，湛蓝的天幕澄澈透亮，抬头望去仿佛能望到无穷远，让人觉得‘天好高’；

另一张则是阴云密布，厚重的乌云低低压着，像一块沉甸甸的灰布，连远处的建筑都显得朦胧，此刻又觉得‘天好低’。

天，真的有高度吗？

俯察下之所及为地，仰观上之所及为天。当我们抬眼望去，遮挡我们视线的空中之物就是云了。天的高度其实是“云的高度”。云不仅装点了天空，它本身就是大气物理运动的“可视化显示器”，让我们跟着这些丰富多彩的云来看看它们和天气之间到底有啥联系吧。

1

 云的诞生：一滴水的“升空之旅”

云，作为宏大的地球水循环的一部分，是上升的地表水汽在空中凝结形成的小水滴或小冰晶的集合体。阳光加热大地使得地表空气升温膨胀，密度降低（变“轻”）并携带水汽上升。越往高空，气压越低，温度一般也越低，气团绝热膨胀也会降温（松开自行车气嘴变冷就是绝热膨胀降温的例子）。当温度降到“露点”以下，空气兜不住这么多水汽了，水汽就会依附在空气中的灰尘、气溶胶（凝结核）上，变成小水滴或小冰晶。亿万个这样的小水滴聚集，就成了云。

地球水循环示意图[1]

云，是一个有内部运动结构的集合体。在大多数人想象中，云是天空中一片静止的、毛茸茸的“棉花”，但真相可能并非如此。我们知道水的密度比空气要大，即使是微米尺度的小水滴也不能凭“空”悬浮。一朵横向尺度500m、垂直尺度200m的“小”云，体积约五千万立方米，以水滴密度 0.5克每立方米 估计，该云的质量约为25吨。按照一头肉牛体重1吨记，天上相当于飘着25头牛。

如此大的质量能漂浮在空中和气流关系紧密，一来云的形成过程本就有上升气流参与，相当于给云一个托举的力另一种形式的“吹牛”；二来对于微米量级的小水滴，下落受到空气阻力后的稳定速度甚至低于cm/s量级，高度降低，温度增加后蒸发消失，而云里上升的水蒸气遇冷凝结又变成小水滴，形成了一朵静止的云的“假象”。云中除了有系统的上升运动外，还有系统的下沉运动。在一些云朵的气流垂直速度分布研究中，观察到上升气流在云的中轴附近最强，在云的边界附近逐渐减小，而在云的顶部和云的四周有下沉气流。除了系统的上升气流外，还有湍流，这就更为复杂了。总之，即使是表面温顺的“暖羊羊”，可能也在内部进行着复杂的运动。

2

 云的家族图谱：高低胖瘦，各有来头

想探究云的形态和天气的物理联系，学会描述云这个物理对象必不可少， 让我们来看看，云是如何分类的？

云不断发展，并以各种形式出现。然而，在世界范围内经常观测到的特征形式是有限的，根据云的形貌和高度两个维度，国际上将云分为“三族十属”。高度上分为高、中、低三层，形貌特征上分为层云、积云、卷云和雨云，搭建起了十种云属。还应注意到大气有垂直分层，我们生活的对流层集中了大气质量的75%和几乎全部的水汽，所以我们看到的云主要在对流层（层高8~20km）。

云的分类[2]

首先来看看云底高度大于6000m的高云，分为卷云、卷层云和卷积云。由于高空温度极低（最低可低于零下40℃），云主要由冰晶组成，冰晶比水滴更不易合并，倾向于形成毛发、丝絮状的松散结构，视觉上就显得薄而透，完全不会遮挡太阳、月亮的轮廓。

卷云：像扯散的羽毛、一缕缕、一丝丝分散在蓝天里，不遮阳光。丝呈钩状的就是俗话说的“钩钩云”。

卷层云：像一层铺满天幕的透明薄纱，能清晰看到太阳、月亮的轮廓，经常伴随日晕、月晕出现。

卷积云：像被风揉皱了的丝绒，或是排列整齐的鱼鳞、细小的涟漪，在高空铺展出细密而规则的纹理。

接下来是云底高度2000-6000m的中云，分为高层云和高积云。这个高度的大气温度在0℃上下，云体大多由液态小水滴混合少量冰晶组成，看起来呈灰白色，比高云更厚重，会不同程度遮挡阳光。

高层云：像一层灰色的厚幕布，均匀铺满天际，大致看出太阳轮廓，但看不到影子。

高积云：像细密的鱼鳞，一团团、一块块分布在天上，底部有灰有白。和卷积云都属于“鱼鳞天”。

云底高度小于2000m的为低云，包含层云、积云和层积云。这个高度的大气温度在0℃以上，云体完全由液态水滴组成，且水滴个头更大、更密集，对应的空气上升运动差异极大：既有晴天里微弱的局地对流，也有暴雨前剧烈的强对流，因此低云直接决定了当下的天气状态，也是我们日常看云识天气最核心的观察对象。

层云：形貌和高层云类似，但看不清太阳轮廓。所有云中最低的一种，“云山雾海”。

积云：块状云，分散分布，云间全是透亮的蓝天，通常说的一朵云。

层积云：如题为层状云和积状云的混合体，众多积云连成片，界限变模糊但也没层云那么均匀，云底灰黑。

还有两类云分布可以横跨多层，是短期内降水的主要来源，有层雨云和积雨云。

层雨云：通常由高层云发展而来，水分变多，云层增厚，云底跨层“下探”到低位，偏黑色，大概率伴随降雨。

积雨云：生于低位的积云不断生长延伸到大气层高位，从云下方看类似层雨云，不同的是经常伴随雷电。“黑云压城城欲摧”不外如是。

层云、高层云和卷层云主要区别在于高度越低，颜色越深，看着越厚，越来越看不清太阳。积云、高积云和卷积云则是随高度增加，云块越小越密。看到这里快去瞅瞅窗外的云属于哪一类吧。

3

 看云识天气的物理逻辑

云的形成和大气的温度、湿度、风力、颗粒物等参数息息相关，云本身就是降水的绝对主角，理论上，通过对云的研究就可以获取丰富的大气的信息，从而预测天气。例如，大范围均匀、缓慢的水汽上升更易形成层状云，而小范围、较快的水汽上升更易形成积状云。现在让我们一起试着看懂几个大自然写在天空中的“天气预报”吧。

天空飘着“棉花糖”，就意味着是个大晴天？

天空中飘浮着一团团白云，它们底部非常平坦，顶部微微隆起，像是一朵朵撕开的棉花糖，而且彼此之间有大片蓝天（积云属下的淡积云）。

在晴朗的白天，太阳把大地烤热，贴近地面的空气吸热膨胀变轻，带着水汽往上升，这叫“热对流”。随着海拔升高，气压降低，空气块膨胀并冷却，水汽凝结，就形成了云的平坦底部。

那为什么这些云长不大，也下不了雨呢？这是因为在好天气时，高空通常存在一层相对温暖的大气，我们称之为逆温层。你可以把它想象成一个无形的“锅盖”。热空气只有在周围环境比自己冷的时候才能继续上升。当上升的云团撞到这个温暖的“锅盖”时，它失去了上升的动力，对流被硬生生掐断了。水汽无法继续向上输送、堆积，自然就无法形成足够重的雨滴。所以，当你看到底部平坦、顶部矮小的淡积云时，说明大气的状态非常稳定，今天多半是个安心晾晒的大晴天！

如何提前一两天预判连绵秋雨？

第一天，天空中出现了极高、极薄、像羽毛或丝缕一样的白云（卷云）。随后半天到一天，云层开始变厚，像给天空蒙上了一层毛玻璃，太阳周围可能会出现光晕。再往后，云层越来越低、越来越暗，最后变成了灰蒙蒙的一整片，连绵不绝的雨水就开始落下了。

这种云的演变，在物理上代表着一个庞大的天气系统——暖锋正在逼近。想象一下，一大团温暖、湿润的空气，正在大面积地向一团冷空气推进。冷空气密度大、比较重，趴在地面上；暖空气比较轻，所以它在推进时，只能沿着冷空气的背部“缓慢爬坡”。

在这个爬坡的过程中：

冲在最前面、爬得最高的暖空气，因为高空温度极低，水汽直接凝华成了冰晶，这就是最先出现的、透光的卷云。

随着大部队逐渐逼近，爬坡的高度慢慢变低，云层开始变厚，冰晶和水滴混合，变成了高层云。

等到暖空气的主力彻底笼罩头顶时，云层已经极厚且充满了水滴（雨层云）。因为整个抬升过程是缓慢、持续的，所以它带来的往往不是暴雨，而是缠缠绵绵、一下就是一整天的连阴雨。

为什么“黑云压城”往往伴随着狂风暴雨？

夏日午后，原本晴朗的天空，突然有一团云像蘑菇或者高塔一样迅速膨胀。云底发黑，云顶直插云霄，紧接着就是电闪雷鸣、狂风暴雨，甚至下起冰雹。这就是大名鼎鼎的积雨云。

与暖锋的“温柔爬坡”不同，积雨云往往是由局部的极度高温，或者是冷锋（冷空气主动出击）引起的。冷重空气像一把锋利的铲子，极其暴力地将前方的暖湿空气狠狠向上“铲”起。

这里有一个极为关键的物理机制：潜热释放。水在蒸发成水汽时，吸收了大量的热能（这些能量潜伏在水汽里）。而当暖湿空气被暴力抬升、遇冷凝结成液态水滴时，它会把当初吸收的热量重新释放出来！ 气团受热膨胀，这就像是给本来就在上升的大气“蒸汽机”猛踩了一脚油门。释放的热量让云内部的空气变得更热、更轻，上升气流变得极其狂暴（速度可达几十米/秒）。在如此剧烈的上下翻滚中，小水滴疯狂碰撞合并，长成大水滴；被抛到极高空的冷冻成冰雹；水滴摩擦产生强烈的静电，最终化为闪电。当上升气流再也托不住这些庞然大物时，狂风暴雨便裹挟着雷电砸向地面。

空中还有更多的云值得推敲，试着举一反三，结合天气预报去验证你的推论吧。

4

 气象俗语的“物理翻译”

古人没有气象卫星，更没有天气雷达，但他们通过世世代代仰望星空，总结出了许多看云识天气的谚语，它们背后藏着极其严谨的大气科学依据。

“天上钩钩云，地上雨淋淋”

抬头看天，天空中飘着一丝丝白云，但它们的尾部并非笔直，而是像小逗号、大雁的翅膀或者钓鱼的钩子一样向上或向下弯曲（卷云属下的钩卷云）。 前面提到，极高空、全由冰晶组成的卷云，往往是一场大范围连阴雨（暖锋）的先头部队。那为什么它会变成“钩子”形状呢？

这就涉及到一个物理现象：风切变。在距离地面几千米到上万米的高空，高空急流的风速极快。当这些高空云团中的冰晶慢慢变大、变重，由于重力作用开始往下掉落时，它们会进入一个风速相对较慢（或者风向不同）的空气层。顶部的冰晶还在被强风推着快速往前跑，而掉到底部的冰晶被慢速气流拖了后腿。这种速度的差异，硬生生地把原本垂直掉落的冰晶轨迹拉扯成了一个“钩子”（是不是和南北向河流的弯折有异曲同工之妙）。

出现“钩钩云”，不仅说明高空有丰富的水汽（形成了冰晶），还说明高空风速极快。这通常是一个强大的天气系统（如暖锋或气旋）正在快速逼近的强烈信号。看到钩钩云，出门带伞准没错。

“朝霞不出门，晚霞行千里”

早晨日出时，东方天空一片赤红（朝霞），说明今天可能会下雨，最好别出门；傍晚日落时，西方天空一片火红（晚霞），说明明天是个大晴天，适合远行。

要把这句俗语解释清楚，我们需要结合光学原理和天气动力学。

首先，为什么霞光是红色的？这源于物理学中的瑞利散射。早晨和傍晚，太阳光斜射向地球，光线穿透大气层的路径非常长。在这个过程中，波长较短的蓝光、紫光早就被空气分子散射得无影无踪了，只有波长较长、穿透力极强的红光、橙光跑完全程，照在了云层上。

其次，为什么早晨的霞和傍晚的霞，预示着完全相反的天气？这是因为中国地处中纬度地区，受高空西风带的控制。我们的天气系统（无论是云还是雨），绝大多数都是自西向东移动的。

朝霞不出门：早晨太阳在东边。如果此时东方出现朝霞，说明东边（下游）的天空还没有被厚云遮挡（阳光才能射过来），但阳光照亮了西边天空上的云层。这意味着，西边（上游）的积雨云正在顺着西风带，气势汹汹地向我们所在的地区扑来！

晚霞行千里：傍晚太阳在西边。如果此时西方出现晚霞，说明西边（上游）的天空已经放晴了，阳光才能毫无阻挡地射过来，照亮了东边（下游）正在逐渐远去的云层。这意味着，坏天气已经过境离去，好天气正在从西边赶来接管天空。

篇幅有限，家庭作业。“天上鱼鳞斑，晒谷不用翻”，“炮台云，雨淋淋”，“鱼鳞天，不雨也风颠”，“日晕三更雨，月晕午时风”，“天上扫帚云，三天雨降临”，“早看东南，晚看西北，有云必雨”... 快在评论区给大家分享你的解读吧。

5

 现代气象学：人类如何“看”云？

虽然古人总结的俗语充满智慧，但在现代气象学面前，人类对云的理解已经从“仰望”变成了“全方位扫描”。依靠物理学的基本定律，我们现在拥有了能够看穿云层厚度、测量云朵体温的“上帝视角”。

气象卫星：测量云的“体温”与“肤色”

在距离地面几万公里的高空，静止轨道气象卫星时刻盯着地球。它主要通过两种物理传感器来“看”云：

可见光扫描（“肤色”）：这本质上是在测量云层的反射率。云层越厚、含水量越高，反射的阳光就越多，在卫星云图上就显得越白、越亮。

红外扫描（“体温”）：这是基于物理学中的黑体辐射定律。任何物体都会发射红外线，而温度越高，辐射越强。卫星通过接收云顶发出的红外辐射，就能反推出云顶的温度。我们在前面提到，对流越强，云长得越高。由于对流层气温随高度增加而降低，云顶越高，温度就越低。所以在红外云图上，哪里最“冷”，哪里往往就是对流最剧烈、降水最猛烈的地方。

天气雷达：看穿云朵的“内脏”

如果说卫星是照相机，那雷达就是 X 光机。雷达通过发射电磁波并接收回波来工作。

多普勒效应：当电磁波撞到云里的雨滴或冰粒时会发生反射。如果雨滴正在向雷达靠近，反射回来的波频率就会变高；反之则变低。气象学家利用这种频率的变化（多普勒位移），不仅能算出哪里在下雨，还能精确算出云内部气流的旋转速度。这正是我们提前预警龙卷风和强对流天气的“杀手锏”。

6

 写在最后

写到这里，你可能会发现，云不再只是天空中随意的涂鸦，也不是虚无飘渺的幻影。它们是水汽在绝热冷却下的相变，是大气为了维持热量平衡而进行的能量交换，更是不同气团在天空交锋留下的物理战壕。

下次当你抬头看到那一抹钩钩云，或者那一团棉花糖般的淡积云时，希望你不仅能看到风景，还能在那一瞬间，感受到大气物理方程在头顶静静流淌的节奏。

天空从不沉默，它一直在用云的语言，向你诉说着明天的阴晴冷暖。

最后，省流版：

参考资料

[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]巢纪平,周晓平.积云动力学[M].科学出版社,1964.

[6]小罗伯特·A.霍兹,许健民.云动力学[M].气象出版社:202208:617.

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