一、天上降雨的原理
降雨是一个涉及水汽循环和物理状态变化的复杂过程。首先，地球上的水受到太阳光的照射后，水体如海洋、湖泊和河流的水分蒸发成水蒸气，植物通过蒸腾作用也将水分释放到大气中。这些水蒸气随着空气上升，在上升过程中遇到较冷的空气层会冷却下来。当冷却到一定程度时，水蒸气会达到饱和状态，然后开始凝结成微小的水滴，这个过程中如果有凝结核（如灰尘、盐粒等）的存在，会促使水滴围绕这些凝结核凝结得更大。随着水滴不断地凝结和合并，当它们足够大到无法被上升气流支撑时，就会以雨滴的形式从云中落下，形成降雨现象。例如在夏季，阳光强烈，水分蒸发快，降雨相对也较为频繁。
二、形成降雨的条件
（一）充足的水汽
水汽是降雨的基础物质条件。一般来说，靠近大型水体（如海洋）的地区，水汽来源较为充足。像我国南方地区，由于靠近海洋，水汽容易到达，特别是在夏季，吹海风带来大量水汽，太阳辐射强也使得水汽蒸发量大，所以降水比较多。
（二）水汽抬升的动力
热力对流
地面空气受热强烈时，空气会发生对流上升。这种情况多发生在夏季，而且在热带地区和亚热带地区比较常见，因为这些地区气候炎热，地面受热后空气迅速上升。例如在午后，地面气温达到一天中的最高值，空气强烈对流，容易形成降雨。
地形阻挡
当气流遇到地势起伏，如山脉时，在迎风坡空气被迫抬升。不过，这种情况往往需要与其他促使水汽抬升的因素共同作用才能形成降雨。比如山脉附近的地区，湿润气流被山脉阻挡抬升，水汽冷却凝结成雨。
锋面抬升
冷暖空气交汇形成锋面，暖湿空气沿着锋面上升。一般出现在秋冬季，冷空气活动频繁的时候，如我国一些地区在秋冬季节的降水大多是锋面雨。暖湿空气在上升过程中冷却，水汽凝结形成降雨。
（三）足够多的凝结核
大气中的凝结核对于降雨的形成也非常关键。凝结核可以是灰尘、盐粒等微小颗粒，它们为水汽凝结提供了核心。没有凝结核，水汽即使达到饱和状态，也难以形成小水滴。在城市中，由于人类活动产生较多灰尘等颗粒物，一定程度上可能会影响降雨的形成，不过过多的污染物也可能对降雨产生负面影响，如酸雨的形成等。
三、云层与降雨的关系
（一）云的形成与组成
云是降雨的“孕育场所”。云不是由纯水蒸气组成的，而是无数水滴和/或悬浮在天空中的微小冰晶的集合。当空气上升冷却，达到饱和状态后，水分子开始附着在气溶胶（可充当凝结核）表面，如果温度高于冰点，就会形成液态水的小滴；如果温度低于冰点，就会形成固体冰晶体，众多这样的小滴和/或冰晶聚集在一起就形成了云。云根据其高度、形状、温度等特征可分为不同类型，如层状云、对流云等。
（二）云的类型与降雨特点
层状云
层状云降雨一般比较均匀，云层结构相对简单。例如稳定性层状云降雨，其融化层明显且融化层上下均无强回波区，瞬间雨强变化不大，降雨较为均匀。层状云的形成往往与大规模的气流运动有关，如锋面系统移动过程中形成的云，它覆盖范围较广，可能会带来持续时间较长的降雨，但雨强通常不是很大。
对流云
对流云结构复杂，降雨时空分布更为复杂。对流云是由于地面受热不均，空气产生强烈对流而形成的。它的垂直发展旺盛，云中的水汽在强烈对流作用下快速凝结和合并，降雨往往是短时间内强度较大的阵雨或雷阵雨，而且降雨的分布比较局域性，可能在某个小区域内降雨很大，而周边地区则没有降雨。
四、大气环流对降雨的影响
（一）大气环流的概念
大气环流是指大气大范围运动的状态。它在全球范围内进行热量、水汽等的输送和交换。大气环流包括全球性的环流系统，如哈得莱环流、费雷尔环流等，也包括区域性的环流系统，如季风环流等。
（二）大气环流对降雨的具体影响
全球尺度
在大尺度环流上，由于全球变暖导致大气中水汽与层结发生变化，热带环流未来将会减慢，同时哈得莱环流将向极扩张，热带辐合带也将产生飘移。这些变化会影响全球的水汽分布和降水格局。例如，当哈得莱环流扩张时，会改变不同纬度地区的水汽输送路径和量，从而影响到这些地区的降雨情况。热带地区水汽原本较多，环流的变化可能会导致一些地区降水增多，而另一些地区降水减少。
区域尺度
区域降水变化可拆分为热力项与动力项的变化。以我国为例，我国地处最大的陆地板块欧亚大陆的东部，毗邻最大的海洋——太平洋，受季风环流影响显著。在夏季，来自海洋的暖湿气流在季风环流的作用下吹向陆地，带来大量水汽，形成降雨。如果大气环流发生异常，如厄尔尼诺现象发生时，会改变大气环流形势，我国东部地区的降水分布就会受到影响。在厄尔尼诺开始年的春夏季，对流层上部位势高度和副热带高压都处在由弱到强的转变状态，我国东部地区大范围少雨；秋季发生明显的趋势转折，秋季到次年情况又有所不同。
五、不同气候区降雨的特点
（一）湿润气候区
湿润气候区降水较为充沛。以我国南方地区为例，年降水量较大，降水的季节分配相对比较均匀，虽然也有雨季和旱季之分，但旱季的降水量也能满足基本的生态和农业需求。这里的降雨类型多样，包括锋面雨、对流雨等。由于水汽充足，空气湿度大，云雾天气也相对较多。在全球范围内，热带雨林气候区是典型的湿润气候区，那里终年高温多雨，降水几乎每天都会发生，主要是由于终年受赤道低气压带控制，上升气流旺盛，水汽不断凝结形成降雨。
（二）干旱气候区
干旱气候区降水量稀少。在我国的西北地区部分属于干旱气候区，年降水量很少，可能一年只有几十毫米甚至更少。降雨非常不规律，有时很长时间都不会有降雨，一旦降雨可能是短时间内的少量降雨，而且降水的年际变化很大。这里的水汽来源有限，主要是由于远离海洋，且受到山脉等地形的阻挡，水汽难以到达。干旱气候区的蒸发量往往远大于降水量，导致水资源十分匮乏，生态环境较为脆弱。
（三）过渡气候区
过渡气候区的降雨特点介于湿润气候区和干旱气候区之间。以我国华北地区为例，降水量比干旱气候区多，但比湿润气候区少。降水的季节分配不均匀，降水主要集中在夏季，其他季节相对干旱。华北地区的降雨受季风影响较大，夏季风带来水汽形成降雨，冬季风则比较干燥。而且近年来，华北地区的降水量有减少的趋势，这对当地的农业、水资源等方面都产生了一定的影响，如导致干旱情况加剧，地下水位下降等。
