概念解析
相關書籍研究簡史
氣象學家I·朗繆爾（1）早在19世紀中葉，已逐步形成了濕空氣塊上升時凝結過程的熱力學理論，這是雲的巨觀動力學的基礎。
（2）1880～1881年，英國的J.愛根等提出了塵粒在水汽凝結而生成雲滴過程中的作用（稱為凝結核）
（3）但直到20世紀20年代，才建立了雲滴的凝結理論。
（4）1933年，瑞典氣象學家T·H·P·伯傑龍從理論上研究了冰晶和水滴間的水分轉移問題，提出了冷雲降水機制。雖然當時已經提出暖雲中水滴互相碰並而增長成雨滴的假設
（5）但直到40年代末，才被雷達和飛機的觀測所證實。儘管有了這些成果，可是在40年代之前，雲和降水物理學仍然附屬於物理學和氣象學。大量關於雲和降水特徵的觀測資料，都是在40年代以後獲得的。40年代中期，開始對積雲的結構和生消過程進行綜合探測。
（6）1946年，I·朗繆爾和V.J.謝弗在過冷層狀雲中播撒乾冰，成功地進行人工降水試驗，促使雲和降水物理學蓬勃發展起來。隨後對雲的微物理過程和巨觀的動力和熱力特徵，進行了細緻的觀測研究，到50年代中期，雲和降水物理學才成為大氣科學中的分支學科。
主要內容
雲和降水物理學包括兩個方面：
①雲和降水微物理學。
主要研究組成雲和降水的雲滴、冰晶和雨、雪、霰、雹等降水粒子的生成、增長和轉化等微觀物理過程。
②雲動力學。
主要研究雲和雲系整體的巨觀特徵，熱力過程和動力過程及其演變的規律。微觀和巨觀兩個方面既有區別，又互相聯繫、互相影響。例如大氣的熱力過程和動力過程，決定了雲和降水微物理過程的速率和持續的時間；而雲和降水發展過程中所釋放的潛熱，以及雲和降水粒子對氣流的拖曳，又反過來影響空氣的運動，即：釋放的潛熱將增加雲繼續向上發展的能量，使氣流的上升加劇，拖曳作用將促使氣流下沉。
研究方法
人工降水雲和降水物理學的研究主要有三個環節：
外場觀測試驗
用飛機作為運載工具，攜帶各種探測儀器，飛至雲中取樣，探測雲、雨粒子的濃度、相態變化、含水量，以及溫度、上升氣流等數據；使用雷達觀測雲中大粒子區的演變過程和雲中的氣流；配合衛星和常規氣象裝備，對雲雨過程進行巨觀的觀測。通過分析研究觀測的結果，可獲得雲和降水的巨觀結構和微觀結構及其演變的知識。
室內實驗
利用雲室和風洞等裝置，在精確控制的溫度、壓力、濕度和風等條件下，對雲和降水粒子的生成、增長等過程，進行模擬實驗，將其結果同外場觀測結果相互驗證。
理論研究
在室內實驗和外場觀測試驗的基礎上，套用數學和物理的基本規律，建立雲和降水的理論模式，利用電子計算機計算，定量研究雲和降水的過程。
與其他學科關係
雲和降水是在一定的天氣形勢條件下產生和發展的，大部分重要的天氣現象，如雷暴、冰雹、龍捲以及暴雨、梅雨、颱風、連陰雨等，都與雲和降水有關。所以雲和降水物理學與天氣學有密切的關係。從另外的角度看，雲和降水過程是地球大氣的熱量、水分和動量平衡的關鍵因素，它不僅影響到局地的和短期的天氣過程，也影響到大氣環流和全球氣候的變化。此外，雲和降水還會影響大氣污染、大氣雷電和電磁波的傳播。因此，雲和降水物理學與氣候學、動力氣象學、大氣物理學、大氣探測和大氣化學等分支學科以及套用技術都有密切的關係。由於人工影響天氣的主要途徑是影響雲和降水的微物理過程，因此雲和降水物理學是人工影響天氣的理論基礎；反過來，人工影響天氣試驗的廣泛開展，又大大地促進了雲和降水物理學的發展，並豐富了它的內容。
微波衰減
微波微波衰減原理
微波在雲、雨、大氣中傳播時，雲、雨和大氣對微波的吸收和散射所造成的微波能量的衰減。微波在有雲、雨的大氣中傳播時，其能量的衰減，是大氣和雲滴、雨滴對微波衰減作用的總和。由於微波波長比氣體分子直徑大得多，所以微波波段的大氣散射可以略去不計（見大氣散射）。大氣對微波的衰減主要是大氣的微波吸收所造成的。波長大於3厘米(頻率小於10吉赫)的微波作短距離傳播時，大氣的衰減作用可以略去，但在長距離傳播中必須考慮。雲、雨對微波的衰減，主要是水滴對微波的散射和吸收共同作用的結果。
衰減係數
雲、雨對微波的衰減係數是吸收係數和散射係數之和。在無降水的雲層中，雲滴半徑□□比微波波長λ小得多，當2□□□/λ□1時，可用瑞利散射來處理電磁波和雲滴的相互作用，此時，雲層的衰減，以吸收作用為主，散射作用可略而不計。當雨滴半徑□滿足2□□/λ≥1時，則需用米散射處理電磁波和雨滴的相互作用，此時，散射作用不容忽視（見雲和降水粒子的微波散射）。雨的散射係數比吸收係數小。散射係數與吸收係數的比值，隨著雨的增強或波長變短而加大。根據計算，在波長為3.2厘米和雨強為2毫米/小時的條件下，散射係數與吸收係數的比值為0.05；若波長為0.8厘米和雨強為90毫米/小時，則為0.49。吸收係數和散射係數都隨雨強的增強而加大，但散射係數增大的趨勢比吸收係數較快。雨的衰減係數隨波長增加而迅速減小，例如波長由1厘米增至3厘米時，衰減係數要小一個量級，波長超過10厘米的微波，雨的衰減作用就很小了。
發展方向
隨著儀器裝備的革新、現代計算技術的套用、探測資料的積累和理論研究的不斷深入，雲和降水物理學無論在微物理學方面，還是在巨觀動力學方面，都有不少進展。但由於雲和降水的過程極其複雜，它包括了從尺度小於1微米的雲核，直到尺度達千公里的雲系之間的許多物理過程，因此，無論在探測和實驗方面，還是在理論方面，都還待進一步的深入研究。
研究領域
雲和降水形成
雲和降水物理學是研究雲和降水的形成和發展過程的學科，又稱雲物理學。潮濕空氣在冷卻過程中（最重要的是空氣上升時的膨脹冷卻過程），當水汽達到飽和狀態，並在大氣凝結核或大氣冰核上凝結時，形成雲滴或冰晶，再經過一系列的物理過程，演變成降水物而降落。雲和降水微物理學是研究雲粒子(雲滴、冰晶)和降水粒子(雨滴、雪花、霰粒、雹塊等)的形成、轉化和聚合增長的物理規律的學科。它是雲和降水物理學的重要組成部分，又是人工影響天氣的理論基礎。對於雲和降水粒子形成、增長和轉化的規律的認識，主要是從理論研究和可控條件下的實驗中得到的。實際上，自然雲的環境和相應的微物理進程十分複雜，加上觀測方面的困難，對它們的認識還很粗淺。因此雲和降水微物理學的發展方向，主要是探測和研究以自然云為巨觀背景的粒子群體的演變規律。決定成雲致雨的主要因素，是大氣運動的熱力過程和動力過程、水汽的含量以及雲和降水的微結構特徵。
相關學科
大氣科學、氣候學、物候學、古氣候學、年輪氣候學、大氣化學、動力氣象學、大氣物理學、大氣邊界層物理、雲和降水微物理學、雲動力學、雷達氣象學、無線電氣象學、大氣輻射學、大氣光學、大氣電學、平流層大氣物理學、大氣聲學、天氣學、熱帶氣象學、極地氣象學、衛星氣象學、生物氣象學、農業氣象學、森林氣象學、醫療氣象學、水文氣象學、建築氣象學、航海氣象學、航空氣象學、軍事氣象學、空氣污染氣象學。
