在各种天气现象中，人们最熟悉和关注的，恐怕是云、雨、雪、冰雹现象了。因为这些现象直接影响到人们的生产、交通和日常生活。然而，它们产生的原因和物理过程是怎样的呢？

这要先从云说起。我们知道，包围我们地球表面的大气，是由于净空气、水汽和固体杂质（如灰尘）组成的。水汽是一种看不见的气体，它在大气中占的比例虽然很小，但却是造成天气变化的一个必要“角色”。含有水汽的潮湿空气，在上升过程中，由于外界气压减小，体积就要膨胀。气体膨胀时，它的温度降低。由于温度降低，空气中容纳水汽的本领变小了，于是出现了水汽“过剩”现象。过剩的水汽便以尘埃等小颗粒为核心，凝结成小水滴，当高空的温度低于某一温度时，过剩的水汽便凝华成小冰晶。这些许许多多漂浮在高空的小水滴和小冰晶集聚在一起，便形成了云。

云中的小水滴和小冰晶体积都非常小，直径平均只有几微米，它们只能飘浮在高空，还不能下降形成雨和雪。只有当它们增大到所受的重力足以克服空气的浮力和暖空气上升的举力，又不会被蒸发掉时，才能降落到地面上，形成雨或雪。

那么，小云滴又是怎样增大的呢？

一种方式是水汽以小云滴为核心继续凝结和凝华，这种作用在云滴增大的初期起主要作用。另一种方式是云滴相互合并，这种方式在云滴增大的后期起主要作用。由于云滴的大小不同，它们下降的速度也不同。最小的云滴，下降速度只有1毫米／秒；最大的云滴，下降速度可达72厘米／秒。因此，在下落过程中，大云滴和小云滴经常发生碰撞合并现象（图3－1）。大云滴吞并了小云滴，壮大了自己。吞并的结果，会很快增大到空气再也承托不住它的状态。这时，它便会从高空掉下来，这就是我们经常可以看到的雨。

增大到能够降下来的云滴，并不一定都以雨的形式出现：当云内温度较高时，云完全是由水滴组成的，降到地面上的便是雨；云滴开始下降时，如果是冰晶或是雪花，但是当它们通过较暖的空气层后，也会熔解成雨滴，或者形成雨加雪；只有当云内和云下空气的温度都低于0℃时，掉下来的才是雪。

产生冰雹的虽然也是云，但它和一般的云有些不同。这种云上升运动特别剧烈，常升高到几千米甚至一、二万米，云层也特别厚，人们把它叫做秋雨云。在秋雨云中，空气的上升气流挟带着大量的水汽，急速地上升到高空，然后又很快地变冷。这时水汽立即凝华成小冰晶，又从高空掉下来，经过一层温度在0℃以下但还没有冻结的冷水层，于是冷水便在冰晶上凝结，成为一层不透明的冰，这样，小冰晶变成了较大的“雪珠”。由于雪珠比一般的冰晶重，一但上升气流较弱时，便马上下落，且表面开始熔解；但是，这时如果它又遇到强烈的上升气流，又会使上述物理过程重新循环。这样，在雪珠外面，不断地裹上一层层“冰衣”，直到上升气流再也承托不住它的时候，雪球便掉了下来，这就是我们常见的冰雹。