我們仰望天空，首先看到就是就漂浮在天空的白色雲朵，小時候大家都奇怪過，這時啥？居然能飄在天上，等某天有人對我們說，雲其實就是凝聚的小水滴，我們才知道了一些真相，但隨之而來的問題更復雜，既然是雲中都是小水滴為啥能飄起來，而不墜落呢？小水滴不是透明的麼，怎麼雲是白色的？烏雲又變成黑色的了？

雲是水做的這話沒錯，但嚴格來說，雲中不可能充滿水。首先，雲不是一種可以吸收水分的物質構成的，而云中的小水滴就是雲。更準確地說，雲是由懸浮在空氣中非常小的水滴或冰晶組成的。構成雲的水滴和冰晶漂浮在空中，並不是因為它們被某種海綿狀的物質吸收或束縛住了，而是水滴和冰晶就組成了浮雲，因為它們太小了，空氣浮力抵消了重力。它們才能漂浮在空中。

而構成雲的水滴和冰晶實際上並不是靜止地漂浮在空中。相反，它們在重力的影響下會不斷地非常緩慢地下落，然後又被上升的氣流抬高。組成雲的雨滴/晶體的這種下落和上升的運動非常緩慢，由於雲又大離我們又遠，所以我們在地面上很難注意到這種上下運動運動。

Louis J. Battan在《雲物理學》一書中寫道:“半徑為10微米的水滴以每秒1釐米的速度下落，半徑為50微米的水滴以每秒26釐米的速度下落。”當組成雲團的小水滴或冰晶透過碰撞和合並而增大時，由於質量的增加，空氣阻力不再能抵消重力（當r > 0.1毫米時）。這些小水滴落下形成雨，冰晶落下形成了雪。

其次，雲在正常情況下不是充滿了小水滴，它們大多充滿了空氣。當我們說水桶裝滿了水，我們的意思是水桶裡幾乎每一個可用的空間都有水。在一朵雲中，可用的空間只包含十分微量的水滴，形成雲的這些小水滴在達到一定的體積時就以雨的形式落下。

令人驚訝的是，一朵雲的體積只有十億分之一是由小水滴組成的，其餘的都是空氣。這意味著含有1立方奈米水的雲中，大約有10億立方奈米的空氣。大衛·k·林奇和威廉·查爾斯·利文斯頓合著的《自然中的色彩與光》一書指出，“儘管雲層的能見度很低，但它們其實是脆弱的物體。”一個積雲中每立方厘米可能有1000個水滴，但這些水滴十分十分微小，並且間隔相對較廣。水在雲的表觀體積中所佔的比例不到十億分之一，對其密度的貢獻也只有百萬分之一克/立方厘米。”因此雲不是充滿了水，而是充滿了空氣。這時它們得以漂浮的原因。空氣分子足以將這些微小的水滴托住。

關鍵的一個知識點是光線會被物體表面反射，而表面積越大，反射的光就越多。雲中雖說大部分是空氣，但也充滿了微小的水滴，雖然從總體積上看，一朵雲並不包含很多水滴，但它所包含的水卻被分成了數萬億的小水滴，形成了許多的反射面。這些水滴的表面就能對光線進行漫反射，使整個雲朵被光線照亮，但大部分Sunny還是會穿透雲朵，所以看起來就是白色的。

同樣的道理，在生活中純固態的冰看起來是透明的，而雪（只是形狀複雜的小冰晶）看起來確是是白色的。這跟雲的道理是一樣的，整塊冰的話光線可以直接不受阻礙地穿過，看去來就是透明地！而眾多的小冰晶堆在一起，光線就會在其中發生漫反射，光線的路徑被打亂，因此看起來就不是透明的，而是白色的。

例如，假設一朵雲是由半徑為r、大小相同且均勻分佈的水滴組成的。假設雲的總體積是V雲，雲中水的總體積是Vw。因為一個球形水滴的體積是4/3πr3， n是雲中水滴的數量乘以一個小水滴的體積：水總體積= n4/3πr3。同樣，一個球體的表面積是4πr2，所以水滴的總表面積 = n 4πr2。求解n的體積方程，將結果代入面積方程，得到總水滴表面積= 3Vw/r。

由於總水量是固定的，這個方程告訴我們，隨著每一滴水半徑的減小，總的水滴表面積就會增大，如上圖所示：單個水滴表面積越小，雲中總的水滴表面積會跳躍到非常高的值。由於一個物體反射光的數量強烈地依賴於它的表面積，因此雲在強烈的漫反射的作用下看起來就是白色的。

烏雲看起來是黑色的原因，也很簡單，烏雲中的水滴增大，積聚的越來越多，這些水滴又隨機分佈，單個水滴的半徑增大，整個雲中水滴的表面積就會減小，漫反射減弱，整個雲就會變暗，對光線會有更強的阻擋能力，透光量少了，我們眼睛接受的光也就少了，因此烏雲看起來就是黑色的。

純淨的雲彩在白天（除去早晚）一般都是呈白色的，但一些雲層較厚的積雨雲，因強烈的對流（隨冷熱鋒面坡度）會攜帶較多的塵埃雜質，使雲層反射作用下降，加之雲層厚密度大，所以造成視覺上有烏沉沉的感覺。

關於顏色就比較複雜了。是多種原因造成的。水蒸汽中含有的多種物質及Sunny反射的條件，都可以造成光線返射的效果。雨後彩虹的形成就是這個道理。

關於你說的情況跟空氣汙染有一定的關係。別說顏色不同，酸雨都有時刻發生的可能。

雲是水為啥能漂浮在空中？而顏色為啥有時是白色，有時是黑色？

量子科學論

我們仰望天空，首先看到就是就漂浮在天空的白色雲朵，小時候大家都奇怪過，這時啥？居然能飄在天上，等某天有人對我們說，雲其實就是凝聚的小水滴，我們才知道了一些真相，但隨之而來的問題更復雜，既然是雲中都是小水滴為啥能飄起來，而不墜落呢？小水滴不是透明的麼，怎麼雲是白色的？烏雲又變成黑色的了？

云為什麼能漂浮

雲是水做的這話沒錯，但嚴格來說，雲中不可能充滿水。首先，雲不是一種可以吸收水分的物質構成的，而云中的小水滴就是雲。更準確地說，雲是由懸浮在空氣中非常小的水滴或冰晶組成的。構成雲的水滴和冰晶漂浮在空中，並不是因為它們被某種海綿狀的物質吸收或束縛住了，而是水滴和冰晶就組成了浮雲，因為它們太小了，空氣浮力抵消了重力。它們才能漂浮在空中。

而構成雲的水滴和冰晶實際上並不是靜止地漂浮在空中。相反，它們在重力的影響下會不斷地非常緩慢地下落，然後又被上升的氣流抬高。組成雲的雨滴/晶體的這種下落和上升的運動非常緩慢，由於雲又大離我們又遠，所以我們在地面上很難注意到這種上下運動運動。

Louis J. Battan在《雲物理學》一書中寫道：“半徑為10微米的水滴以每秒1釐米的速度下落，半徑為50微米的水滴以每秒26釐米的速度下落。”當組成雲團的小水滴或冰晶透過碰撞和合並而增大時，由於質量的增加，空氣阻力不再能抵消重力（當r > 0.1毫米時）。這些小水滴落下形成雨，冰晶落下形成了雪。

其次，雲在正常情況下不是充滿了小水滴，它們大多充滿了空氣。當我們說水桶裝滿了水，我們的意思是水桶裡幾乎每一個可用的空間都有水。在一朵雲中，可用的空間只包含十分微量的水滴，形成雲的這些小水滴在達到一定的體積時就以雨的形式落下。

令人驚訝的是，一朵雲的體積只有十億分之一是由小水滴組成的，其餘的都是空氣。這意味著含有1立方奈米水的雲中，大約有10億立方奈米的空氣。大衛·k·林奇和威廉·查爾斯·利文斯頓合著的《自然中的色彩與光》一書指出，“儘管雲層的能見度很低，但它們其實是脆弱的物體。”一個積雲中每立方厘米可能有1000個水滴，但這些水滴十分十分微小，並且間隔相對較廣。水在雲的表觀體積中所佔的比例不到十億分之一，對其密度的貢獻也只有百萬分之一克/立方厘米。”因此雲不是充滿了水，而是充滿了空氣。這時它們得以漂浮的原因。空氣分子足以將這些微小的水滴托住。

雲幾乎都是空氣，而水又是透明的？為什麼我們還能看見雲呢？有時是白色，有時是黑色的烏雲？

關鍵的一個知識點是光線會被物體表面反射，而表面積越大，反射的光就越多。雲中雖說大部分是空氣，但也充滿了微小的水滴，雖然從總體積上看，一朵雲並不包含很多水滴，但它所包含的水卻被分成了數萬億的小水滴，形成了許多的反射面。這些水滴的表面就能對光線進行漫反射，使整個雲朵被光線照亮，但大部分Sunny還是會穿透雲朵，所以看起來就是白色的。

同樣的道理，在生活中純固態的冰看起來是透明的，而雪（只是形狀複雜的小冰晶）看起來確實是白色的。這跟雲的道理是一樣的，整塊冰的話光線可以直接不受阻礙地穿過，看去來就是透明地！而眾多的小冰晶堆在一起，光線就會在其中發生漫反射，光線的路徑被打亂，因此看起來就不是透明的，而是白色的。

例如，假設一朵雲是由半徑為r、大小相同且均勻分佈的水滴組成的。假設雲的總體積是V雲，雲中水的總體積是Vw。因為一個球形水滴的體積是4/3πr3，n是雲中水滴的數量乘以一個小水滴的體積：水總體積=n4/3πr3。同樣，一個球體的表面積是4πr2，所以水滴的總表面積=n4πr2。求解n的體積方程，將結果代入面積方程，得到總水滴表面積=3Vw/r。

由於總水量是固定的，這個方程告訴我們，隨著每一滴水半徑的減小，總的水滴表面積就會增大，如上圖所示：單個水滴表面積越小，雲中總的水滴表面積會跳躍到非常高的值。由於一個物體反射光的數量強烈地依賴於它的表面積，因此雲在強烈的漫反射的作用下看起來就是白色的。

烏雲看起來是黑色的原因，也很簡單，烏雲中的水滴增大，積聚的越來越多，這些水滴又隨機分佈，單個水滴的半徑增大，整個雲中水滴的表面積就會減小，漫反射減弱，整個雲就會變暗，對光線會有更強的阻擋能力，透光量少了，我們眼睛接受的光也就少了，因此烏雲看起來就是黑色的。

地球上水分汽化成的水蒸氣，上升到高空遇冷液化成的小水滴或凝華成的小冰晶，大量的小水滴和小冰晶積聚在一起形成雲，由於受上升氣流的作用，會飄浮在空中，一旦上升氣流託不住了，就會落向地面，形成雨或雪。

至於為什麼有時是白雲有時是黑雲，在網上看了一下，普遍解釋為跟雲層的厚度有關，在此，不否認這種觀點的正確性，只是從另一角度談點看法。

大家都見過，燒水做飯時鍋壺冒白氣的現象，其實，我們看到的白氣，跟雲的成因一樣，也是水蒸氣遇冷液化成的小水滴飄浮在空中。不過，水是無色透明的，也就是能使各種色光幾乎全部透過。但小水滴卻不同，當光照射到上面時，會發生反射和折射，折射進水滴的光線在水滴與空氣的介面處，又經過若干次的發射和折射，最終幾乎全部從入射光線一側返回來，效果相當於將各種色光幾乎全部反射。大家知道，只有白色不透明體能將各種色光幾乎全部反射。而入射到水滴的光線大多是白色的太Sunny或其他物體反射的太Sunny，所以，看著飄浮在空氣中的水滴是白色的。當然，如果用其他色光照射水滴也可以是其他顏色，想想舞臺上的煙霧就能理解。

據此，猜想當太Sunny能照射（包括經大氣層的反射、折射、散射後）到雲時，雲使太Sunny幾乎全部返回來，看到的就是白雲。有時太Sunny不能照射到雲的下部，當然雲也不能射出光線，看著就是黑雲。早晨和傍晚 ，太陽紅彤彤的，射向雲的主要是紅橙黃光，所以，由雲返回來的光線也呈現紅橙黃的顏色，這就是朝霞與晚霞。

空氣當中的雲層主要是由水蒸氣形成，江河湖海的水分、植物水分等在地表蒸發時，因為地表溫度比較高，所以顏色基本是透明的，我們用肉眼不能發現，但是當上升到一定高度後，遇到高空冷空氣便會發生物理變化轉變為白色，也就形成了我們所說的白雲，其實就是簡單的水蒸氣冷凝的結果。一般的氣候條件下，空中的雲層都是呈現白色的，只有當陰天降雨之時，雲層才會變成烏黑的顏色，這是因為陰天降雨的形成代表空氣當中的水蒸氣遇到了強冷空氣，雲層繼續冷凝成大的密集水珠，在未降落到地表之前，因為遮擋太陽了光線且對光線進行折射和散射，所以反應到我們眼睛當中才是黑色的。其實現實生活當中也有比較類似的案例，我們在做飯之時，水沸騰以後噴出來的水蒸氣用肉眼就可以看到，這是因為沸騰的水蒸氣溫度比較高，噴出來以後與正常室溫形成了一個溫度差，所以就會冷凝成白色，尤其是冬天的水蒸氣特別明顯，這就比較容易理解，水蒸氣顏色與溫度息息相關。

不過當前隨著城市的快速發展，很多城市都看起來霧濛濛的，那並不是水蒸氣，那是工業發展而產生的霧霾，也就是空氣當中汙染物大顆粒分子，與真正的霧氣以及白雲有陳達差別。