大氣中的水汽凝結而成的云滴很小，半徑大約10微米，濃度為每升一萬至一百萬個，下降的速度約 1厘米／秒，通常比云中上升的氣流速度小得多，因而云滴不能落出云底。即使離開云底而下降，也會在不飽和的空氣中迅速蒸發而消失。只有當云滴通過各種微物理過程，集聚和轉化成為降水粒子后，才能降落到地面。

成云致雨要經過一系列復雜的微物理過程：濕空氣上升膨脹冷卻，其中的水汽達到飽和，并在一些吸濕性強的云凝結核上，凝結而成初始云滴的凝結核化過程；云中的過冷水滴或水汽，在冰核上凍結或凝華以及在-40℃以下，自然凍結成初始冰晶胚胎的冰相生成過程；水汽在略高于飽和的條件下時，在云滴(冰晶)上進一步凝結(凝華)，使云滴(冰晶)長大的 凝結增長過程(凝華增長過程)；云內尺度較大的云滴，在下落過程中與較小的云滴碰并而長大的重力碰并過程；冰晶和過冷水滴同時存在時，因為過冷水滴的飽和水汽壓比冰面的大，造成過冷水滴逐漸蒸發，而冰晶則由于水汽的凝華而逐漸長大的冰晶過程。降水粒子的尺度大約是云滴的一百倍，但其濃度卻僅為云滴的百萬分之一。

云滴由于受表面張力作用，通常呈球形。球形純水滴表面的飽和水汽壓，高于平水面的飽和水汽壓。以半徑為0.01微米的水滴為例，其飽和水汽壓超過平水面的12.5%。在沒有任何雜質的純凈空氣中，初始的云滴只能靠水汽分子隨機碰撞而生成。靠分子隨機碰撞而產生云滴的可能性隨著尺度增大而變小。

微小的初始云滴，只有在相對濕度達百分之幾百的環境中才不致蒸發。但實際大氣的水汽含量很少能夠超過飽和值的1%。因此，在沒有雜質的純凈空氣中是難以直接形成云滴的。事實上，大氣中存在著各種凝結核，這為凝結成云滴提供了條件。

云凝結核可分成兩類：親水性物質的大粒子，它不溶于水，但能吸附水汽，在其表面形成一層水膜，相當于一個較大的純水滴；含有可溶性鹽的氣溶膠微粒。它能吸收水汽而成為鹽溶液滴，屬吸濕性核。例如海鹽的飽和水溶液，只要環境相對濕度高于78%，就可以凝結長大。

隨著凝結水量的增加，溶液滴的濃度越來越小，所要求的飽和水汽壓也越高。但是，隨著凝結水量的增加，溶液滴的尺度也隨著增大，所要求的飽和水汽壓又隨尺度增大而降低。因此，不同濃度和不同尺度的溶液滴要求的飽和水汽壓值各不相同，當環境水汽壓大于相應的臨界值時，溶液滴即可繼續增長，隨著尺度的增大，溶液滴漸趨純水滴，這時溶液滴的飽和水汽壓也轉而下降，一個含千億分之一克食鹽的微粒，只要環境的相對濕度略大于100%，即可成為凝結核而生成云滴。

在沒有雜質(冰核)的過冷水中，冰相的生成(水由氣態或液態轉化為固態)是由水分子自發聚集而向冰狀結構轉化的過程。聚集在一起的水分子簇，由于分子熱運動起伏(脈動)的結果，不斷形成和消失。分子簇出現的概率隨溫度的降低而增大。當分子簇的大小超過某臨界值時，就能繼續增大而形成初始冰晶胚胎。直徑為幾微米的純凈水滴，只有在溫度低于-40℃時才會自發凍結；但當過冷水中存在雜質(冰核)時，在雜質表面力場的作用下，分子簇更容易形成冰晶胚胎。自然云中冰晶的生成，主要依賴于雜質(冰核)的存在。在-20℃時，每升空氣中約有一個冰核，僅為同體積中云凝結核濃度的幾十萬分之一。因此云中冰晶的濃度，一般遠遠小于水滴的濃度。

云中空氣上升而膨脹冷卻時，水汽不斷凝結。在凝結過程中，云滴半徑的增長速度和云中水汽的過飽和度成正比，與云滴本身的大小成反比。所以在確定的水汽條件下，云滴凝結增長越來越慢。在0.05%的過飽和條件下，一個由質量為十億分之一克食鹽生成的初始云滴，從半徑為0.75微米開始，增長到1微米時需要0.15秒的時間，增長到10微米時需30分鐘，而增長到30微米時，就需要四小時以上的時間。雖然水汽在少數大吸濕核上凝結之后，可產生大的云滴，但如果要它繼續增長到半徑為100微米的毛毛雨，就需要更長的時間，而積云本身的生命大約只有一小時，故在上述情況下不可能形成雨滴；在層狀云中，氣流上升的速度，只有幾厘米每秒，當大云滴在不斷下落的過程中，還來不及長成雨滴，就會越出云底而蒸發掉。總之，在實際大氣中，單靠水汽凝結是不能產生雨滴的。

云滴相互接近時，發生碰撞并合而形成更大云滴的現象，稱為云滴碰并增長。在重力場中下降的云滴，半徑大的速度較快，可趕上小云滴而發生碰撞并合，這稱為重力碰并。但半徑不同的云滴相互接近時，由于小滴會隨著被大滴排開的空氣流繞過大滴，所以在大滴下落的路途中，只有一部分小滴能和大滴相碰。相碰的云滴，也只有一部分能夠合并，其他則反彈開來。碰并的比例稱為碰并系數，其數值由大小云滴的半徑所決定，通常都小于1。半徑小于20微米的大云滴對小云滴的碰并系數很小。大云滴穿過小云滴組成的云體時，其半徑在碰并過程中的增長率與碰并系數、大小云滴之間的相對速度和小滴的含水量都成正比。大云滴的半徑越大，碰并增長得就越快。

在實際大氣中，云滴間的碰撞是一種隨機過程。云中一部分大云滴碰并小云滴的機會比平均結果大，所以長得特別快；而其他云滴的碰并速度，則比平均結果慢。由于雨滴的濃度只有大云滴的千分之一左右，所以只需要考慮那些長得最快的少數大云滴長成雨滴的過程。用這樣的概念建立起來的隨機碰并增長理論，所得到的雨滴生成時間，比連續增長的時間大大縮短，這與實際情況更加接近。此外，氣流的湍流混合作用和云滴在電場作用下的相互吸引，也能使云滴相互接近而發生碰并。一般認為這兩種機制，主要是對小云滴的增長起作用。由液態水構成的云體，若有足夠的厚度、足夠的上升氣流速度和液態含水量，其中的大云滴就可以在碰并過程中長大為雨滴。這種過程稱為暖云降水過程。

半徑大于3毫米的雨滴，在下降過程中會嚴重變形，有時會破裂成若干小雨滴；在大小雨滴相互碰并的過程中，有時也會分離出一些較小的雨滴，這些情況，統稱為雨滴的破碎過程。這種由小雨滴在云中反復經歷了上升、增長、下落和再破碎的過程之后，在一定條件下迅速形成大量的雨滴，稱為朗綏爾連鎖反應。在同一零下溫度時，冰面的飽和水汽壓比水面的小，故相對于水面飽和的環境水汽壓而言，冰面的水汽壓就是過飽和的，所以在溫度低于0℃的過冷云中，一旦出現冰晶， 就可以迅速凝華增長。

伯杰龍根據這個道理，于1933年提出了降水粒子的生成機制。他認為：在低于0℃的云中，有大量的過冷水滴存在，冰晶的出現，就破壞了云中相態結構的穩定狀態；云中水汽壓處于冰面和水面飽和值之間，水汽在冰面上不斷凝華的同時，水滴卻不斷蒸發；冰晶通過水汽的凝華，可迅速長大而成雪晶。這樣，水分從大量的過冷水滴中不斷轉移到少數冰晶上去，終于形成了降水粒子。這即為冰晶過程，又稱伯杰龍過程。

過冷水滴一方面蒸發，水汽向冰晶轉移，使冰晶長大；一方面又和雪晶碰撞而凍結，使雪晶進一步長大。如果參加碰撞而凍結的過冷水滴很多，雪晶就會轉化為球狀的霰粒。雪晶還可能在運動中相互粘連成雪??化者，就是雪霰等固體降水；落到溫度高于0℃的暖區時，就會融化成雨滴。冰晶濃度在很多場合下高于環境的冰核濃度，這說明參與冰晶過程的冰晶，不僅從冰核作用過程中生成，而且當雪晶等固體降水粒子在-5℃左右和直徑大于24微米的過冷水滴碰撞凍結時，或者當松脆的枝狀冰晶碎裂時都可能產生一些碎冰粒。這種產生次生冰晶的過程，稱為冰晶繁生。

在中緯度地區，形成大范圍持續降水的層狀云，往往比較深厚，云頂常在0℃層以上：因而云體的上部溫度較低，有大量冰核活化，這是產生冰晶的源地。冰晶長大之后降到云體中部，那里有大量的過冷水滴，可通過冰晶過程將水分供給冰晶，使冰晶繼續生長。故一般稱這種云的上部為播種云，中部為供應云。在這種過程中長大的雪晶和雪團，落入下部0℃以上的暖云中，就融化成為雨滴。在雷達熒光屏上，常可觀測到顯示這種融化過程的亮帶。

對于云和降水粒子形成、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，自然云的環境和相應的微物理進程十分復雜，加上觀測方面的困難，對它們的認識還很粗淺。因此云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宏觀背景的粒子群體的演變規律。

大科普網 http://www.ikepu.com/geography/atmospheric/branch/clouds_precipitation_microphysics_total.htm
大唐資料庫網 http://info.datang.net/D/D0221.htm
澤澤網 http://www.zzgwu.com/wiki/index.php?doc-view-522156