為什麼地球會下雨？大氣科學家來揭開降水形成的秘密！地球上看似司空見慣的下雨現象，背後其實蘊含著令人著迷的科學原理。當空氣受熱上升時，空氣中的水蒸氣會冷卻並凝結成水滴，這些小水滴懸浮在空中，形成我們所看到的雲。隨著時間推移，這些水滴會不斷長大，當它們變得太重而無法繼續懸浮時，就會從雲層中落下，成為我們熟悉的雨水。然而，空氣中如果存在乾燥層，雨水可能會在降落過程中蒸發，這就能解釋有時雷達探測到降水，但地面並沒有實際降雨的原因。
這篇文章的實用建議如下(更多細節請繼續往下閱讀)
- 若雷達顯示有雨回波但地面無降雨，可能是因為空氣乾燥導致降水蒸發，建議留意天氣預報，避免在虛假降雨區進行戶外活動。
可以參考 為什麼山區比平地更容易下午後雷陣雨？
為什麼地球會下雨：空氣對流的關鍵角色
地球上雨水的形成是一個涉及空氣對流的複雜過程。對流是空氣因溫度或密度差異而產生的垂直運動。當空氣暖化時，其密度會降低並上升，而冷空氣則會下降。這個過程在降水形成中扮演著關鍵角色。
當暖濕的空氣上升時，它會膨脹並冷卻。冷卻會導致空氣中含有的水蒸氣凝結成小水滴，這些水滴形成雲。隨著水滴在雲中持續累積，它們會因為重力而變重。當水滴變得足夠重時，它們將克服空氣的上升力並開始降落。此時，雨水就誕生了。
然而，空氣對流的過程並不總是會導致降水。有時，空氣上升的高度不夠，或者大氣中沒有足夠的水蒸氣，因此水滴無法形成或無法持續存在。此外，如果地面溫度過高，上升的空氣中的水滴可能會在到達地面之前蒸發，從而產生雷達回波顯示的「虛假降雨」現象。
因此，空氣對流是降水形成過程中的關鍵驅動力。它提供了空氣上升所需的能量，使水蒸氣凝結成水滴並最終降落為雨水。在理解為什麼地球會下雨的過程中，了解空氣對流的機制至關重要。
雨水的形成：水滴在雲中的旅程
當空氣上升並冷卻時，空氣中的水蒸氣會凝結成微小的水滴或冰晶，形成雲。這些水滴或冰晶在雲中持續漂浮，互相碰撞並逐漸變大。
以下是雨滴在雲中的形成過程：
- 核化：空氣中的微粒（例如塵埃或鹽分）作為凝結核，提供水蒸氣凝結的表面。
- 凝結：水蒸氣在凝結核周圍冷卻並凝結成液態水滴。
- 碰撞與合併：在雲中，水滴會相互碰撞並合併，形成較大的水滴。
- 凝固與融化：如果雲層溫度低於冰點，水滴會凝固成冰晶。如果雲層溫度高於冰點，冰晶會融化成水滴。
- 重力作用：隨著水滴持續變大，其重量會大於空氣浮力，導致水滴開始下落。
如果下落的過程中大氣低層溫度低於冰點，水滴會凍結，形成固態的冰雹或霰。如果大氣低層溫度高於冰點，水滴將保持液態，形成雨水。
為什麼地球會下雨？. Photos provided by unsplash
降水的類型：雨、雪和冰雹的形成
雨、雪和冰雹是降水的三種類型，它們的形成過程反映大氣中複雜的物理交互作用。在雨的形成中，水滴在雲層內成長並膨脹，最終重到足以克服空氣的阻力而降落。這種情況通常發生在溫暖的氣溫下，雲層中的水滴不會結冰。
雪的形成則是一種不同的過程。當大氣中的溫度低於冰點時，水蒸氣直接凝結成雪花。這些雪花呈六角形，是因為水分子在低溫下以這種方式排列。隨著雪花緩慢下降，它們會與其他雪花碰撞並結合，形成更大的雪花。
冰雹的形成比雨和雪的形成複雜得多。它需要大氣中存在強烈的上升氣流，將水滴抬升到高海拔處，在那裡它們會結冰。然後，這些冰雹粒子被上升氣流再次抬升，並與其他冰雹粒子碰撞，在它們的外層形成更多的冰層。這個過程可以重複多次，導致形成大而重的冰雹顆粒。當這些冰雹顆粒最終變得太大而無法被上升氣流抬升時，它們就會以降雹的形式落下。
“`html
| 降水類型 | 形成過程 |
|---|---|
| 雨 | 水滴在雲層中成長並膨脹，最終重到足以克服空氣的阻力而降落。 |
| 雪 | 當大氣中的溫度低於冰點時，水蒸氣直接凝結成雪花，隨著雪花下降，它們會碰撞並結合，形成更大的雪花。 |
| 冰雹 | 需要大氣中的強烈的上升氣流，將水滴抬升到高海拔處結冰，然後冰雹粒子會碰撞並形成更多的冰層，這個過程可以重複多次，導致形成大而重的冰雹顆粒，當它們變得太大而無法被上升氣流抬升時，就會以降雹的形式落下。 |
“`
大氣中的蒸發與凝結成水滴
促成降水形成的關鍵元素之一，便是大氣中的蒸發和凝結過程。蒸發是將地面或水域中的液態水轉化為水蒸氣的過程，而凝結則是將水蒸氣轉化為液態水的過程。
大氣中的水蒸氣主要來自地表水體的蒸發，例如海洋、河流和湖泊。當陽光照射這些水體時，會提供能量使水分子加速運動。隨著運動速度的增加，水分子便會突破液體表面張力的束縛，逸散到空氣中形成水蒸氣。
空氣中水蒸氣的含量會隨著溫度和壓力的變化而有所不同。較高的溫度有利於蒸發，而較低的壓力有利於凝結。當空氣溫度下降或壓力升高時，空氣中過飽和的水蒸氣便會開始凝結為微小的液滴或冰晶，形成雲。
這些微小的液滴或冰晶會隨著空氣的上升運動而被帶到高空。隨著空气的上升，溫度會逐漸下降，促使更多的水蒸氣凝結成液滴。當這些液滴互相碰撞並合併，就會形成越來越大的水滴。
當水滴的重量超過空氣的浮力時，便會開始往下掉落。如果下落的過程中溫度仍然低於凝結點，這些水滴就會形成雨滴；若溫度低於冰點，則會形成雪或冰雹。
降水形成的關鍵：空氣上升與水蒸氣冷卻
水蒸氣從地面蒸發，上升到天空。上升過程中，氣溫逐漸下降，促使水蒸氣凝結。當水蒸氣冷卻到水滴凝結成雲時，雲便形成了。當雲中的水滴數量越來越多，重量超過浮力時，便會降落形成降水。此外，溫度、大氣條件和空氣湍流也會影響降水的形成。在較冷的溫度下，水蒸氣會凝結成雪或冰雹；相反，在較溫暖的溫度下，會形成雨。此外，空氣中的湍流可以幫助提升水滴，延長它們在雲中停留的時間，導致形成更大的水滴和更猛烈的降雨。因此，空氣上升和水蒸氣冷卻是降水形成的兩個關鍵因素，它們共同作用，創造出我們所見到的各種降水現象。
為什麼地球會下雨？結論
透過深入探討降水的形成過程，我們了解到地球上的雨水其實是大氣循環中不可或缺的一環。空氣對流的推動，使水蒸氣得以上升並在高空冷卻凝結，形成雲朵。隨著水滴在雲中逐漸累積增大，最終因重力而落下，形成雨水。這片孕育生命的液體，滋潤著大地，創造出豐富多樣的生態系。因此，當我們置身雨中，不妨靜心感受自然界的奧妙，體會大氣循環的運作之美。
為什麼地球會下雨？ 常見問題快速 FAQ
為什麼有的時候雷達回波顯示下雨，但卻沒有實際降水？
當大氣的較低層乾燥時，雨滴在觸及地面之前就會蒸發掉，導致雷達回波顯示下雨，但地面沒有實際降水。
除了雨以外，還有哪些類型的降水？
除了雨以外，常見的降水類型還有：雪（當水滴在高空中凝結時）、冰雹（當水滴在上升氣流中反覆通過冷暖空氣層時）和霰（當雨滴在高空中凍結時）。
降雨的形成過程中最重要的因素是什麼？
空氣上升與水蒸氣冷卻是降雨形成過程中的關鍵因素。當空氣上升時，水蒸氣會冷卻並凝結，形成水滴，最終降落到地面成為雨水。
