今天下午三点多，站在办公楼外等学生，抬头看到一朵积云正在往上长。不是比喻，是字面意义上的「正在长」：我大概盯着它看了两三分钟，顶部轮廓可见地向上推出一个新的圆丘，然后又一个，再一个。昆明现在是五月底，刚进入雨季边缘，午后热力对流很强，这种景象今天不算罕见。但我这次决定认真问自己一个问题：它到底能长多高，为什么最终会停下来？

先说观察到的事实。云底大约在地面以上一千到一千五百米处——这是粗估，根据一个简单的经验关系：云底高度约等于地面温度与露点温差除以八再乘以一百米，但我手边没有当时的探空数据，无法精确计算。昆明本身海拔一千九百米，所以云底的绝对海拔大约在三千到三千五百米之间。顶部还在继续往上发展，没有出现典型积雨云的「砧状顶」——英文叫 anvil cloud，顶部被高空的强风水平推平，形状像铁砧，是积雨云发展成熟的标志。今天这朵顶部轮廓是蓬松的圆丘状，说明仍处于发展阶段，还没到成熟期。

广泛接受的原理大致是这样：积云靠热力浮力上升。太阳加热地面，近地面空气变暖、密度降低，形成热气泡向上抬升；上升过程中气压随高度下降，气块绝热膨胀、温度降低，每上升一百米大约降温一摄氏度，这叫干绝热递减率，一般大气物理或热力学教材里都有推导。当气块温度降到露点，水汽开始凝结成液态水——云就出现了，这个高度就是云底。凝结同时释放潜热，给气块额外补充一点浮力，上升减缓但不停止，进入湿绝热过程，每一百米大约降温零点六摄氏度。干绝热与湿绝热之间的差值——零点四摄氏度每一百米——正是已经成云的气块得以维持正浮力、持续上升的一个重要原因。

还有一个不太常被提及的过程：积云在上升时会从侧面卷入周围的干环境空气，叫做夹卷（entrainment）。被卷入的干空气会蒸发掉一部分云滴，消耗潜热，降低气块温度，削弱浮力。夹卷效应有多强，取决于云的宽度：宽而圆柱形的云，表面积与体积比较小，夹卷相对弱；细而高的云柱，夹卷更剧烈，发展往往受限。今天这朵云体比较宽，这也许是它能维持发展一段时间的原因之一。但「也许」是我的推测，不是确定的结论。

停止的条件是什么？上升气块周围是环境大气，有自己的温度廓线，即温度随高度的分布。只要上升气块的温度高于同高度的环境空气，它就有正浮力，继续上升；一旦二者持平或气块温度低于环境，浮力消失，云顶就停在那个高度了。通常，对流层顶是一道特别硬的盖，大约在十到十二公里高度，热带地区更高，中纬度偏低一些。平流层温度反而随高度升高，气块到达这里几乎无法穿透，顶部被高空强风水平剪切推平，形成砧状。今天这朵云还没到对流层顶，说明它在某个更低的高度遇到了足够稳定的大气层结，或者热力浮力的供给在那之前就减弱了。

数量级估算补充一下：一朵典型积雨云，直径是十公里量级，垂直伸展十到十五公里；云中上升气流每秒十到三十米，量级上接近台风的风速，只不过方向是竖直的；云滴半径约十微米，冰晶在高层形成后可以大得多。这些数字来自大气物理课本，量级应该没问题，具体数值随系统不同差别很大，我不想把它们说成精确值。

傍晚下了一点小雨，没有雷。我不知道是不是那朵云最终消散后降下来的水——不同位置的云的追踪需要气象雷达数据，裸眼做不到这件事。这次问题有答案的部分答了，没答案的部分我老实承认不确定。「不知道」也是一个完全合法的结论。

#科学笔记 #大气物理 #积云 #昆明