现代天气预报依赖于复杂的计算机模拟器。这些模拟器使用了描述大气的全部物理方程，包括空气的运动、太阳的温度以及云和雨的形成。随着时间的推移，预报的逐步改进意味着现代五天天气预报的准确性相当于20年前的三天预报。但你不需要超级计算机来预测你头顶上的天气在未来几个小时内可能会如何变化——这一点自古以来就为各文化所知。通过留意你头顶上的天空，并了解一点关于云如何形成，你就可以预测是否会有雨。更重要的是，对云形成背后物理学的稍加理解，可以凸显大气的复杂性，并揭示为什么预测几天以上的天气是一个如此挑战性的问题。所以，这里有六种值得留意的云，以及它们如何帮助你理解天气。
当空气冷却到露点时，云就会形成。露点是空气无法再容纳所有水蒸气的温度。在这个温度下，水蒸气凝结成液态水滴，这就是我们看到的云。要发生这个过程，我们需要空气在大气中被迫上升，或者湿空气与冷表面接触。
在晴朗的日子里，太阳的辐射加热陆地，陆地又加热其上方的空气。这些被加热的空气通过对流上升，形成积云。这些“晴朗天气”的云看起来像棉花球。如果你看着一个布满积云的天空，你可能会注意到它们有平坦的底部，都位于同一水平线上。在这个高度，地面的空气已经冷却到露点。积云通常不会下雨——你将迎来好天气。
2) 积雨云
虽然小积云不怎么下雨，但如果你注意到积云越来越大，并向大气高处延伸，这表明强降雨即将来临。这在夏天很常见，早晨的积云会在下午发展成浓密的积雨云（雷暴云）。
在靠近地面的地方，积雨云界限清晰，但越高处边缘开始变得模糊。这种转变表明云不再由水滴组成，而是由冰晶组成。当一阵风将水滴吹到云外时，它们会在更干燥的环境中迅速蒸发，使水云的边缘非常清晰。另一方面，被吹出云外的冰晶不会很快蒸发，从而形成模糊的外观。
积雨云通常顶部是平坦的。在积雨云内部，暖空气通过对流上升。在此过程中，它逐渐冷却，直到与周围大气温度相同。在这个高度，空气不再具有浮力，因此无法继续上升。取而代之的是，它会扩散开来，形成典型的砧状。
卷云形成在大气非常高的地方。它们很纤细，完全由在大气中下落的冰晶组成。如果卷云被不同速度移动的风水平吹动，它们会呈现出标志性的钩形。只有在非常高的高度或纬度，卷云才会在地面产生雨。
但是，如果你注意到卷云开始覆盖更多的天空，并变得更低、更厚，这很好地表明一个暖锋正在接近。在暖锋中，暖气团和冷气团相遇。较轻的暖空气被迫爬升到冷气团之上，导致云的形成。不断降低的云表明锋面正在临近，在接下来的12小时内将有降雨。
层云是一种覆盖天空的低矮连续云层。层云由轻柔上升的空气形成，或由轻微的微风将湿润的空气带到寒冷的陆地或海上表面形成。层云很薄，所以尽管天气感觉阴沉，但不太可能下雨，最多只会是毛毛细雨。层云与雾相同，所以如果你曾经在有雾的日子里在山区行走，那你就是在云中行走。
5) 荚状云
我们最后两种云的类型不能帮助你预测即将到来的天气，但它们确实能让你一窥大气异常复杂的运动。光滑的、透镜状的荚状云在空气被吹过山脉时形成。
一旦越过山脉，空气就会下沉回原来的高度。当它下沉时，它会变暖，云也会蒸发。但它可能会过度下沉，在这种情况下，气团会弹回，从而形成另一片荚状云。这可能导致一连串的云，延伸到山脉的远处。风与山脉和其他地表特征的相互作用，是在计算机模拟中必须表示的众多细节之一，以便准确预测天气。
6) 开尔文-亥姆霍兹云
最后，我个人最喜欢的。 the 开尔文-亥姆霍兹云 类似于破碎的巨浪。当不同高度的气团以不同速度水平移动时，情况就会变得不稳定。气团之间的边界开始起波纹，最终形成更大的波浪。
开尔文-亥姆霍兹云很罕见——我唯一一次发现它是在丹麦西部的日德兰半岛上空——因为只有当较低的气团含有云时，我们才能看到这个过程在大气中发生。然后，云可以勾勒出破碎波浪的轮廓，揭示了我们头上原本看不见的运动的复杂性。
Hannah Christensen 是牛津大学大气、海洋和行星物理学系的访问研究员。本文最初发布在 The Conversation。
