弗吉尼亚理工学院和州立大学的化学助理教授保罗·A·德克给出了简要解释
“地球的大气层——尤其是大气层的局部区域——并非处于热平衡状态。世界在转动，太阳升起又落下，地表温度也在上升和下降。根本没有足够的时间来均匀地分散如此巨大热扰动的影响。所有扰动（来自温度变化、海洋潮汐等）的组合导致了我们在相对较短距离内观察到的可变性。这个问题的复杂性突显了国家气象局迫切需要拥有最强大的计算设备和应用数学领域最优秀的人才。”
史蒂文·A·阿克曼是威斯康星大学麦迪逊分校大气和海洋科学助理教授。他提供了更完整的答案
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
“大多数云形成于上升的空气中。随着一团空气的体积或包裹上升，它会膨胀和冷却。此外，上升空气的相对湿度增加。当包裹接近饱和点时，水蒸气会凝结形成微小的水滴或冰粒子，从而形成云。饱和发生在特定的高度，该高度取决于大气层的温度和湿度结构。低于这个凝结水平，云不会形成；这个临界点解释了为什么云底具有明显的外观并且通常是平坦的。有些云的边缘比其他云更弥散。云边缘看起来有多清晰取决于云的类型、周围晴朗空气的湿度以及您离云有多近。
“1803年，职业生涯始于药剂师的卢克·霍华德开发了今天常用的云分类系统。在这个系统中，有两种基本的云结构（层状或对流）和两种基本组成（水滴或冰粒子）。这些类别还包括正在降水的云。层状云或层云确实有雾的样子。积云，其上部类似于花椰菜，是一种对流云。这些云在快速上升的空气中形成，由许多小水滴组成。小水滴有效地散射光线，使云看起来很明亮。（同样，如果您将玻璃打碎并将小碎片与大碎片分开，则小碎片组将显得更亮。）
“当积云形成时，多云空气与周围的无云环境之间几乎没有混合。因此，云的边界显得清晰。与之形成对比的是卷云，一种类似逗号的冰云。这些云在底部附近显得弥散，当冰晶落下并蒸发到下方的干燥空气中时，冰晶的数量减少。多云空气与晴朗空气混合，呈现出弥散的外观。因此，云边界看起来有多清晰是云空气与晴朗空气环境混合程度的函数。
“如果环境空气的相对湿度很高，只需少量混合就会导致空气达到饱和，从而产生相对弥散的边界。如果周围空气的湿度较低，则构成云的水滴或冰晶会随着多云空气与其周围环境混合而迅速蒸发；这导致云保持清晰的边界。
“距离对云的清晰程度也有很大影响。您是否曾在墙上画过一条线？近距离观察，这条线的边缘可能看起来波浪状且不连续。退后一步，这条线看起来清晰而简洁。下次有机会飞行时，观察当您穿过云层时云的情况。您会注意到云的边缘通常是弥散的。只是尽量避开积雨云，它独特的边界可能会给您的飞机带来剧烈的颠簸。”
克莱蒙特·麦肯纳学院的哈维·威奇曼提出了这种思考问题的方式
“云形成的一个很好的类比是水壶底部蒸汽气泡的形成。有些地方比其他地方稍热；在这些地方，水变成蒸汽。当气泡足够大时，水的表面张力无法再保持它，因此它会上升。密度不同的流体表现得非常独立。气泡一直保持气泡状直到顶部，在那里它会散开成为蒸汽。
“云也是如此。地球表面上的某个点比周围区域更热。一个例子是大楼黑色、扁平的柏油屋顶或空旷的停车场。它上方的空气会升温并形成一团热空气，其密度低于周围的空气。当表面张力无法再保持它时，气泡会散开并上升。这就是为什么像鹰和鹰这样的翱翔鸟总是盘旋——它们感觉到上升气流并不断转弯以保持在上升空气气泡内。热空气上升直到到达温度足够低以将气泡中包含的水蒸气凝结成可见水滴的高度。可见的水滴变成云，形成它的那个高度（温度）称为凝结水平。
“在刮风的日子里，云层之间可能会有一些混合，但总的来说，云层高度的气团移动得相当稳定。而且，密度略有不同的流体也不会很好地混合。这种不混合的趋势解释了最熟悉的几种天气系统之一。当冷锋（一股冷而稠密的空气团）撞击暖空气团时，它会跑到暖空气团的下方并向上推所有暖空气。当暖空气到达凝结水平时，您会得到一个坚实的云团和阴雨天气。”
内布拉斯加大学奥马哈分校的地理学助理教授杰弗里·S·皮克补充道
“云有时或多或少随机形成（尤其是在夏季），但大多数时候它们似乎是以团块的形式组织起来，或者在天空的某一部分组织起来。造成这种情况的原因是，大多数云都与上升气流有关，而原因（锋面、山脉、高空气槽、大气波）本身并不是随机分布的；因此，云会显得有组织。此外，在夏季，当云是由于来自下方的对流加热而形成时，一朵云的形成以及由此产生的潜热释放往往会降低云层周围的空气压力，并鼓励更多的空气向上上升，从而在天空的某一部分扩展云层。”
“有许多不同类型的雾；它们主要是根据其形成方法来定义的。除了冰雾之外，所有的雾都由相同的物质组成：直径为 1 到 20 微米的小水滴。大多数雾往往在微风的条件下出现。在风力较强时，地表（已饱和）的空气往往会与来自高空的干燥空气混合，雾往往会分解或蒸发。”