簡介
雨點 yǔdiǎn【raindrop】 從雲中落下的水滴、雨水、雨滴。 亦稱之為:天水。
有個謎語:千條線,萬條線,落到水裡看不見。說的就是雨點。
形成
由小水滴(小冰滴)構成的雲稱為水成雲(冰成雲)。當云為水成雲或冰成雲時,雲能否降水,取決於能否在較短時間內形成大量足夠大的雨滴(一個雨滴約合一百萬個雲中水滴)。雲中水滴形成雨滴的途徑有兩種。或者雲中水滴自己不斷凝結變大,或者雲與雲之間互相碰撞使得雲中水滴相互結合,質量變大。當水滴的質量大到上升氣流無法將其“托住”時,水滴下降,便形成了雨。實際上,水滴僅僅靠自我凝結是很難變成足夠下降的雨滴的,主要的增長手段是通過水滴之間的相互結合。
在降雨過程中,大雨滴的速度比小雨滴的速度要快,因此可以趕上小雨滴並“吞併”它們,增大體積。當水滴不斷增大,在空氣中下降時就不再保持球形。開始下降時,雨滴底部平整,上部因表面張力而保持原來的球形。當水滴繼續增大,在空氣中下降時,除受表面張力外,還要受到周圍的空氣作用在水滴上的壓力以及因重力引起的水滴內部的靜壓力差,二者均隨水滴的增長及下降而不斷增大。在三種力的作用下,水滴變形越來越劇烈,底部向內凹陷,形成一個空腔。空腔越變越大,越變越深,上部越變越薄,最後破碎成許多大小不同的水滴。破裂的水滴又會被其它的大雨滴吞併形成新的大水滴。此外,雨滴所帶有的正負電荷也是雨滴之間衝撞結合的原因之一。
水滴在下降過程中保持不破碎的最大尺度稱為臨界尺度,常用等體積球體的半徑來表示,稱為臨界半徑或破碎半徑。在不同的氣流條件下,臨界半徑是不同的。如在均勻氣流條件下,臨界半徑為450至500μm,而在有擾動的瞬時氣流條件下,臨界半徑約為300μm。。在自然界中觀測到的臨界半徑為300至350μm,是因為大氣具有湍流的緣故。
雨在下落時可能做數次垂直運動,這是由上升氣流的強與弱有關的。如果雲層含水量少,那么就無法形成雨,而是陰雲;如果雲層含量大,上升氣流強,導致水滴在下降過程中凝結,而凝結成的冰又被上升氣流托住而上升,如此反覆則形成雹。
為何大小不一
通過拍攝降落的雨點,法國研究人員解開了困擾科學家多年的“雨點大小為何不一”這個謎團。該研究報告發表在《自然物理學》雜誌上,研究人員描述了在下落過程中水滴是如何變形和破裂的。
科學家之前認為,雨點在下落過程中彼此碰撞產生了大小不一。但這項最新研究的首席研究員、艾克斯馬賽大學的埃馬里·維勒馬克斯解釋說,這一理論有“漏洞”。他說:“雨點不可能經常發生碰撞,因為真正的雨點很稀疏。一個雨點自行下落,很可能永遠也看不到它的‘鄰居’。”
利用高速攝像機,埃馬里和同事拍攝了一滴直徑大約6毫米的水滴的下落情況。他們記錄下了空氣阻力導致水滴變形以及最終分裂的過程。這個大大圓圓的雨點在降落過程中,逐漸變平,直徑越來越大,最後“俘獲”了它面前的空氣,形成上翻的袋狀。最後這個袋子“膨脹”,破裂成很多個小水珠,所有這些都發生在百分之六秒之內。破裂發生是因為雨點太大太重無法保持完整。在下落過程中,大而重的雨點速度越來越快,自然會把空氣分子擠到一邊。埃馬里說:“這會形成空氣阻力或牽引力。”達到一定速度時,空氣分子的數量增多,牽引力的強度增大,當大到比維持雨滴呈圓形的表面張力還要大時,雨滴就開始變形。埃馬里說:“破裂後,它形成的碎片和我們看到的雨點完全一樣。這就是雨點分散和大小不一的精確解釋。”