小說《西游記》第五十九回至第六十一回講述了孫悟空三借芭蕉扇的故事。在這個(gè)經(jīng)典故事中，火焰山的八百里大火阻礙了師徒四人的西行取經(jīng)之路，只有鐵扇公主的芭蕉扇才能撲滅火焰。為了助唐僧穿過火焰山，孫悟空前往翠云山向鐵扇公主借扇。由于孫悟空曾經(jīng)和觀音菩薩將鐵扇公主的孩子——紅孩兒降服，結(jié)下了冤仇，鐵扇公主哪里肯借扇子。孫悟空只能與鐵扇公主斗智斗勇，經(jīng)過三次交手才借到芭蕉扇，降下大雨，熄滅了火焰山的大火。

問題來了：鐵扇公主的芭蕉扇有何能耐？為何能將火焰山的八百里大火熄滅呢？

天上的云怎樣變成雨

我們周圍的空氣中或多或少都含有水蒸氣，即水汽。我們把含有水汽的空氣稱為濕空氣。在一定的溫度和壓力條件下，空氣中所含水汽達(dá)到最大限度時(shí)，空氣濕度就處于飽和狀態(tài)。當(dāng)空氣濕度從不飽和狀態(tài)達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，其中的氣態(tài)分子會(huì)凝結(jié)成液態(tài)粒子或者凝華成固態(tài)粒子。這些液態(tài)粒子（如小水滴、過冷水滴）和固態(tài)粒子（如冰晶）或它們的混合物聚集在一起，懸浮在空中，就是我們見到的云。

如何讓空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和變成云呢？一般來說，有兩個(gè)途徑：一是增濕，即增加空氣中的水汽含量；二是降溫，大自然中的云霧主要是通過降溫過程形成的。在這個(gè)過程中，還必須有大量氣溶膠粒子充當(dāng)云凝結(jié)核，因?yàn)閱渭円揽克陨砟Y(jié)或凝華很難形成云。因此，充足的水汽、降溫和大量的云凝結(jié)核是云（霧）生成的必要條件。

不過，有了云并不意味著一定會(huì)出現(xiàn)降水，自然界中九成以上的云不會(huì)產(chǎn)生降水。如果想讓云中的水汽轉(zhuǎn)化為降水落到地面，必須讓云滴或冰晶持續(xù)長大成為雨滴、雪花、霰或冰雹等較大的降水粒子。

什么是云滴呢？氣象學(xué)上，通常把半徑小于100微米的水滴稱為云滴，把半徑大于100微米的水滴稱為雨滴。典型云滴的半徑約為10微米，比一根頭發(fā)絲的半徑還??；典型雨滴的半徑約為1000微米，是云滴的100倍左右。因此，大約100萬個(gè)云滴聚集在一起，才能形成1個(gè)典型的雨滴。

云滴如何在較短的時(shí)間內(nèi)長成一個(gè)雨滴落到地面呢？其中涉及非常復(fù)雜的物理過程。在人工影響天氣領(lǐng)域，我們將自然界的云按照云內(nèi)溫度的不同分為冷云、暖云和混合云。所謂冷云，就是云內(nèi)溫度全部在0℃以下的云，這種云主要由冰晶和過冷水滴組成。所謂暖云，就是云內(nèi)溫度全部在0℃以上的云，這種云主要由小水滴組成。如果云內(nèi)既有高于0℃的區(qū)域，也有低于0℃的區(qū)域，這種云就是混合云，混合云中既有冰晶和過冷水滴，也有很多小水滴。

碰并與繁生——暖云降水的秘密

暖云中雖然只有小水滴，但這些水滴大小不一、分布不均，在重力、空氣浮力和阻力的共同作用下，大水滴下落的速度往往比小水滴下落的速度快。這些速度較快的大水滴在下落過程中會(huì)與速度較慢的小水滴發(fā)生碰撞與并合，即碰并，從而使得大水滴進(jìn)一步增大，下落速度也隨之加快，進(jìn)而增加了它們的碰并機(jī)會(huì)和生長速度。

研究人員發(fā)現(xiàn)，如果云中存在半徑大于25微米的小水滴，很容易誘發(fā)上述的重力碰并過程，形成初始的雨滴。由于大雨滴的下落末速度比云滴快，在雨滴下落的過程中可以把附近的云滴全部碰并進(jìn)去，使雨滴增大；而且，雨滴越大，單位時(shí)間內(nèi)碰并的云滴越多，其增大的速度也更快。

在雨滴碰撞的過程中，除了并合，還有可能發(fā)生破碎，變成多個(gè)較小的水滴。特別是當(dāng)雨滴增大到一定尺度后，即使沒有碰到其他水滴，也會(huì)因空氣的阻力發(fā)生形變，并在變形到一定階段后破碎成較小的雨滴。這些新生水滴會(huì)繼續(xù)引發(fā)碰并機(jī)制，進(jìn)而形成更多的雨滴。上述過程被稱為雨滴的“繁生”。

在“碰并”和“繁生”的共同作用下，暖云會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生降水。

貝吉龍過程

——冷云中雨滴長大的真相

冷云中存在著溫度低于0℃的冰晶和依然保持液態(tài)的過冷水滴。這些冰晶可能由水滴凍結(jié)后形成，或者少數(shù)在特殊的冰核上由水汽直接凝華形成。由于在相同溫度下，水面的飽和水汽壓總是大于冰面的飽和水汽壓，如果云中出現(xiàn)大量過冷水滴和冰晶，云中的水汽壓會(huì)自動(dòng)調(diào)整到相對于水面不飽和但對于冰面是過飽和的狀態(tài)。此時(shí)，水滴表面會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)產(chǎn)生水汽，這些水汽在冰晶粒子表面凝華，使得冰晶快速增大，直到水滴被消耗殆盡，我們把這個(gè)過程稱為“貝吉龍過程”。貝吉龍是瑞典氣象學(xué)家，他于19世紀(jì)二三十年代首先發(fā)現(xiàn)了冷云中過冷水滴和小冰晶轉(zhuǎn)化的真相，因此后人把這一“冰—水轉(zhuǎn)化”過程稱為“貝吉龍過程”。

冷云中的冰晶長大到一定程度就變?yōu)檠┗?。在雪花掉落過程中，如果環(huán)境溫度一直低于0℃，我們就能欣賞到美麗的雪景；如果環(huán)境溫度長時(shí)間高于0℃，雪花會(huì)融化成雨滴，落到地面。如果雪花在降落過程中，先經(jīng)過較厚的暖層發(fā)生融化，變?yōu)橛甑?，并在接近地面時(shí)遇到較冷的空氣層發(fā)生降溫，由于此時(shí)雨滴尚未凍結(jié)，就會(huì)以過冷卻雨滴的形態(tài)到達(dá)地面，這就是貴州、湖南等地冬天常出現(xiàn)的凍雨。如果雪花先經(jīng)過較薄的暖層，而后再經(jīng)過較厚的冷層，往往會(huì)形成雨夾雪天氣。

知道了暖云和冷云成云致雨的秘密，我們也就明白了混合云降水的道理：在冷云部分，冰晶粒子先通過貝吉龍過程長大，然后落到暖云部分，通過“碰并”或“繁生”過程持續(xù)增長。

芭蕉扇滅火大揭秘

在小說《西游記》中，鐵扇公主的芭蕉扇有兩個(gè)特點(diǎn)。第一個(gè)特點(diǎn)是扇出的風(fēng)特別大。鐵扇公主用此扇居然把法力無邊的孫悟空扇飛了5萬多里。能夠扇出如此大的風(fēng)的扇子，當(dāng)然能夠輕松地將火焰山附近的空氣吹走，熄滅大火。第二個(gè)特點(diǎn)就是扇出的風(fēng)是“陰風(fēng)”——包含大量冷濕空氣的風(fēng)。書中描寫：“孫大圣執(zhí)著扇子，行近山邊，盡氣力揮了一扇，那火焰山平平息焰，寂寂除光?！边@段描述用氣象學(xué)知識解讀就是，芭蕉扇扇出的冷濕空氣與火焰山周圍的暖空氣相遇，吸收了大量熱量，給火焰山降了溫。書中接著描寫：“行者喜喜歡歡，又扇一扇，只聞得習(xí)習(xí)瀟瀟，清風(fēng)微動(dòng)?！边@段描述用氣象學(xué)知識解讀就是，芭蕉扇帶來的大量水汽被加熱上升，冷卻成云，加上陰風(fēng)本身攜帶的冷空氣，令人舒爽。最后的第三扇帶來“滿天云漠漠，細(xì)雨落霏霏”。這段描述用氣象學(xué)知識解讀就是，滿天云彩，產(chǎn)生了降水——很可能是暖云降水或者混合云降水；只是由于火焰山當(dāng)?shù)氐乃麠l件不太理想，所以只下了小雨。如果連續(xù)扇風(fēng)，則可能為降水提供更多的水汽，出現(xiàn)“望山頭連扇四十九扇，那山上大雨淙淙”的現(xiàn)象。

《西游記》中“三借芭蕉扇”的故事跌宕起伏，扣人心弦。在了解了暖云和冷云的成雨機(jī)制后，我們從科學(xué)的角度再次品讀這個(gè)故事，會(huì)另有一番不同的感受。

（繼晶摘自《百科知識》2025年第11期）