云和降水物理學
云和降水物理學是研究云和降水的形成和發展過程的學科，又稱云物理學。潮濕空氣在冷卻過程中（最重要的是空氣上升時的膨脹冷卻過程），當水汽達到飽和狀態，并在大氣凝結核或大氣冰核上凝結時，形成云滴或冰晶，再經過一系列的物理過程，演變成降水物而降落。決定成云致雨的主要因素，是大氣運動的熱力過程和動力過程、水汽的含量以及云和降水的微結構特征。
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氣象學家I·朗繆爾
（1）早在19世紀中葉，已逐步形成了濕空氣塊上升時凝結過程的熱力學理論，這是云的宏觀動力學的基礎。
（2）1880～1881年，英國的J.愛根等提出了塵粒在水汽凝結而生成云滴過程中的作用（稱為凝結核）
（3）但直到20世紀20年代，才建立了云滴的凝結理論。
（4）1933年，瑞典氣象學家T·H·P·伯杰龍從理論上研究了冰晶和水滴間的水分轉移問題，提出了冷云降水機制。雖然當時已經提出暖云中水滴互相碰并而增長成雨滴的假設
（5）但直到40年代末，才被雷達和飛機的觀測所證實。盡管有了這些成果，可是在40年代之前，云和降水物理學仍然附屬于物理學和氣象學。大量關于云和降水特征的觀測資料，都是在40年代以后獲得的。40年代中期，開始對積云的結構和生消過程進行綜合探測。
（6）1946年，I·朗繆爾和V.J.謝弗在過冷層狀云中播撒干冰，成功地進行人工降水試驗，促使云和降水物理學蓬勃發展起來。隨后對云的微物理過程和宏觀的動力和熱力特征，進行了細致的觀測研究，到50年代中期，云和降水物理學才成為大氣科學中的分支學科。
云和降水物理學包括兩個方面：
①云和降水微物理學。
主要研究組成云和降水的云滴、冰晶和雨、雪、霰、雹等降水粒子的生成、增長和轉化等微觀物理過程。
②云動力學。
主要研究云和云系整體的宏觀特征，熱力過程和動力過程及其演變的規律。微觀和宏觀兩個方面既有區別，又互相聯系、互相影響。例如大氣的熱力過程和動力過程，決定了云和降水微物理過程的速率和持續的時間；而云和降水發展過程中所釋放的潛熱，以及云和降水粒子對氣流的拖曳，又反過來影響空氣的運動，即：釋放的潛熱將增加云繼續向上發展的能量，使氣流的上升加劇，拖曳作用將促使氣流下沉。
人工降水
云和降水物理學的研究主要有三個環節：
外場觀測試驗
用飛機作為運載工具，攜帶各種探測儀器，飛至云中取樣，探測云、雨粒子的濃度、相態變化、含水量，以及溫度、上升氣流等數據；使用雷達觀測云中大粒子區的演變過程和云中的氣流；配合衛星和常規氣象裝備，對云雨過程進行宏觀的觀測。通過分析研究觀測的結果，可獲得云和降水的宏觀結構和微觀結構及其演變的知識。
室內實驗
利用云室和風洞等裝置，在精確控制的溫度、壓力、濕度和風等條件下，對云和降水粒子的生成、增長等過程，進行模擬實驗，將其結果同外場觀測結果相互驗證。
理論研究
在室內實驗和外場觀測試驗的基礎上，應用數學和物理的基本規律，建立云和降水的理論模式，利用電子計算機計算，定量研究云和降水的過程。
云和降水是在一定的天氣形勢條件下產生和發展的，大部分重要的天氣現象，如雷暴、冰雹、龍卷以及暴雨、梅雨、臺風、連陰雨等，都與云和降水有關。所以云和降水物理學與天氣學有密切的關系。從另外的角度看，云和降水過程是地球大氣的熱量、水分和動量平衡的關鍵因素，它不僅影響到局地的和短期的天氣過程，也影響到大氣環流和全球氣候的變化。此外，云和降水還會影響大氣污染、大氣雷電和電磁波的傳播。因此，云和降水物理學與氣候學、動力氣象學、大氣物理學、大氣探測和大氣化學等分支學科以及應用技術都有密切的關系。由于人工影響天氣的主要途徑是影響云和降水的微物理過程，因此云和降水物理學是人工影響天氣的理論基礎；反過來，人工影響天氣試驗的廣泛開展，又大大地促進了云和降水物理學的發展，并豐富了它的內容。
微波
微波衰減原理
微波在云、雨、大氣中傳播時，云、雨和大氣對微波的吸收和散射所造成的微波能量的衰減。微波在有云、雨的大氣中傳播時，其能量的衰減，是大氣和云滴、雨滴對微波衰減作用的總和。由于微波波長比氣體分子直徑大得多，所以微波波段的大氣散射可以略去不計（見大氣散射）。大氣對微波的衰減主要是大氣的微波吸收所造成的。波長大于3厘米(頻率小于10吉赫)的微波作短距離傳播時，大氣的衰減作用可以略去，但在長距離傳播中必須考慮。云、雨對微波的衰減，主要是水滴對微波的散射和吸收共同作用的結果。
衰減系數
云、雨對微波的衰減系數是吸收系數和散射系數之和。在無降水的云層中，云滴半徑□□比微波波長λ小得多，當2□□□/λ□1時，可用瑞利散射來處理電磁波和云滴的相互作用，此時，云層的衰減，以吸收作用為主，散射作用可略而不計。當雨滴半徑□滿足2□□/λ≥1時，則需用米散射處理電磁波和雨滴的相互作用，此時，散射作用不容忽視（見云和降水粒子的微波散射）。雨的散射系數比吸收系數小。散射系數與吸收系數的比值，隨著雨的增強或波長變短而加大。根據計算，在波長為3.2厘米和雨強為2毫米/小時的條件下，散射系數與吸收系數的比值為0.05；若波長為0.8厘米和雨強為90毫米/小時，則為0.49。吸收系數和散射系數都隨雨強的增強而加大，但散射系數增大的趨勢比吸收系數較快。雨的衰減系數隨波長增加而迅速減小，例如波長由1厘米增至3厘米時，衰減系數要小一個量級，波長超過10厘米的微波，雨的衰減作用就很小了。
隨著儀器裝備的革新、現代計算技術的應用、探測資料的積累和理論研究的不斷深入，云和降水物理學無論在微物理學方面，還是在宏觀動力學方面，都有不少進展。但由于云和降水的過程極其復雜，它包括了從尺度小于1微米的云核，直到尺度達千公里的云系之間的許多物理過程，因此，無論在探測和實驗方面，還是在理論方面，都還待進一步的深入研究。
云和降水形成
云和降水物理學是研究云和降水的形成和發展過程的學科，又稱云物理學。潮濕空氣在冷卻過程中（最重要的是空氣上升時的膨脹冷卻過程），當水汽達到飽和狀態，并在大氣凝結核或大氣冰核上凝結時，形成云滴或冰晶，再經過一系列的物理過程，演變成降水物而降落。云和降水微物理學是研究云粒子(云滴、冰晶)和降水粒子(雨滴、雪花、霰粒、雹塊等)的形成、轉化和聚合增長的物理規律的學科。它是云和降水物理學的重要組成部分，又是人工影響天氣的理論基礎。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。決定成云致雨的主要因素，是大氣運動的熱力過程和動力過程、水汽的含量以及云和降水的微結構特征。
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