饱和状态下空气中所能容纳的最大水汽量与温度的高低有很大关系。在同样体积的空气里，温度高时所能容纳的水汽量要比温度低时要大。
在一般情况下，大气中水汽的过饱和以及水滴和冰晶的形成大都是由空气冷却引起的。因此，空气变冷是大气中发生凝结和凝华过程的主要条件。
但是仅仅具备这个条件是不够的，要形成水滴和冰晶，还需要有凝结核。因为空气中如果没有任何杂质，即使已达到过饱和状态，水汽分子也无从依附。水汽分子偶尔相互合并成微小水滴，也会因其很微少而迅速蒸发掉，而凝结核在大气中到处都存在，如盐粒、烟粒、尘埃等。
因此，当大气中的水汽达到过饱和时，多余的水汽就以这些微粒为核心凝结或凝华成小水滴或小冰晶，并逐渐增大。大气中的水滴和冰晶就是这样形成的。
霜是怎样形成的
水的凝结现象最直观的是露和霜。傍晚或夜间，地面或地物由于辐射冷却，使贴近地表面的空气层也随之降温，当其温度降到零点以下，即空气中水汽含量过饱和时，在地面就会有水汽的凝结物。如果此时的温度在0℃以上，在地面或地物上就出现微小的水滴，称为露。
露的形成条件是：贴地空气湿度要大，地面不利于传导热量，而易于发生凝结，如疏松的土壤表面，植物的叶面；有利于辐射冷却的天气条件，如晴朗微风的夜晚。
草上的露在晴朗微风的夜晚有利于辐射冷却是由于微风可使辐射冷却在较厚的气层中充分进行，而且可使贴地空气得到更换，保证有足够多的水汽供应凝结。而无风时可供凝结的水汽不多，风速过大时由于湍流太强，又会使贴地空气与上层较暖的空气发生强烈混合，导致贴地空气降温缓慢，不利于露和霜的生成。
在温带地区夜间露的降水量约相当于01~03毫米的降水层。在许多热带地区就更加可观了，多露之夜可有相当于3毫米的降水量，平均约1毫米。露的量虽有限，但对植物很有利，尤其在干燥地区和干热天气，夜间的露常有维持植物生命的功用，例如在埃及和阿拉伯沙漠中，虽数月无雨，植物还可以依赖露水生长发育。
如果温度在0℃以下，则水汽直接在地面或地物上凝结成白色的冰晶，称为霜。霜一般形成在寒冷季节里晴朗、微风或无风的夜晚。
霜是一种白色的冰晶，多形成于夜间。少数情况下，在日落以前太阳斜照的时候也能开始形成。通常，日出后不久霜就融化了，但是在天气严寒的时候或者在背阴的地方，霜也能终日不消。
霜的形成和当时的天气条件有关。当物体表面的温度很低，而物体表面附近的空气温度却比较高，那么在空气和物体表面之间有一个温度差。如果物体表面与空气之间的温度差主要是由物体表面辐射冷却造成的，则在较暖的空气和较冷的物体表面相接触时空气就会冷却，达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出。如果温度在0℃以下，则多余的水汽就在物体表面上凝结为冰晶，这就是霜。因此，霜总是在有利于物体表面辐射冷却的天气条件下形成。
另外，云对地面物体夜间的辐射冷却是有妨碍的，天空有云不利于霜的形成，因此，霜大都出现在晴朗的夜晚，也就是地面辐射冷却强烈的时候。
此外，风对于霜的形成也有影响。有微风的时候，空气缓慢地流过冷物体表面，不断地供应着水汽，有利于霜的形成。但是，风大的时候，由于空气流动得很快，接触冷物体表面的时间太短，同时风大的时候，上下层的空气容易互相混合，不利于温度降低，从而也会妨碍霜的形成。大致说来，当风速达到3级或3级以上时，霜就不容易形成了。
中国北方地区的霜
霜的形成也与地面物体的属性有关。霜是在辐射冷却的物体表面上形成的，所以物体表面越容易辐射散热并迅速冷却，在它上面就越容易形成霜。同类物体，在同样条件下，假如质量相同，其内部含有的热量也就相同。如果夜间它们同时辐射散热，那么，在同一时间内表面积较大的物体散热较多，冷却得较快，在它上面就更容易有霜形成。这就是说，一种物体，如果与其质量相比，表面积相对大的，那么在它上面就容易形成霜。草叶很轻，表面积却较大，所以草叶上就容易形成霜。另外，物体表面粗糙的，要比表面光滑的更有利于辐射散热，所以，在表面粗糙的物体上更容易形成霜，如土块。
霜的消失有两种方式：一是升华为水汽，一是融化成水。最常见的是日出以后因温度升高而融化消失。霜所融化的水，对农作物有一定好处。
雾是怎么回事
雾和云则是水汽在空中凝结形成的。由大量小水滴、小冰晶或两者混合构成的可见集合体，高悬于空中的称为云；飘浮于近地面，使水平能见度小于1千米的称为雾。雾和云都是由浮游在空中的小水滴或冰晶组成的水汽凝结物，只是雾生成在大气的近地面层中，而云生成在大气的较高层而已。
雾形成的有利条件是近地面空气中水汽充足，有使水汽发生冷却过程，有凝结核。雾既然是水汽凝结物，因此应从造成水汽凝结的条件中寻找它的成因。大气中水汽达到饱和的原因不外两个：一是由于蒸发，增加了大气中的水汽；另一是由于空气自身的冷却。对于雾来说冷却更重要，当空气中有凝结核时，饱和空气如继续有水汽增加或继续冷却，便会发生凝结。凝结的水滴如使水平能见度降低到1千米以内时，雾就形成了。
因此，凡是在有利于空气低层冷却的地区，如果水汽充分，风力微和，大气层稳定，并有大量的凝结核存在，便最容易生成雾。一般在工业区和城市中心形成雾的机会更多，因为那里有大量的凝结核存在。
雾的分类方法
根据空气达到过饱和的具体条件不同，通常把雾分为以下几种：辐射雾、平流雾、蒸气雾、上坡雾、锋面雾等。
（1）辐射雾：由地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成，多见于秋冬季无云的夜间。
这种雾是空气因辐射冷却达到过饱和而形成的，主要发生在晴朗、微风、近地面、水汽比较充沛的夜间或早晨。这时，天空无云阻挡，地面热量迅速向外辐射出去，近地面层的空气温度迅速下降。如果空气中水汽较多，就会很快达到过饱和而凝结成雾。
另外，风速对辐射雾的形成也有一定影响。如果没有风，就不会使上下层空气发生交换，辐射冷却效应只发生在贴近地面的气层中，只能生成一层薄薄的浅雾。如风太大，上下层空气交换很快，流动也大，气温不易降低很多，则难以达到过饱和状态。在1～3米／秒的微风时，有适当强度的交流，既能使冷却作用伸展到一定高度，又不影响下层空气的充分冷却，因而最利于辐射雾的形成。
辐射雾出现在晴朗无云的夜间或早晨，太阳一升高，随着地面温度上升，空气又回复到未饱和状态，雾滴也就立即蒸发消散。因此早晨出现辐射雾，常预示着当天有个好天气。“早晨地罩雾，尽管晒稻谷”、“十雾九晴”指的就是这种辐射雾。
（2）平流雾：由于暖湿空气流到冷的下垫面上，冷却降温，水汽发生凝结形成。一般地说，平流雾比辐射雾平流雾范围广，厚度大，持续时间长，多见于沿海地区、海面、冷暖流交汇处。
形成平流雾的天气条件有：下垫面与暖湿空气的温差大；暖湿空气的湿度大；适宜的风向（由暖向冷）和风速（2～7米/秒）。
只要有适当的风向、风速，雾一旦形成，就常持续很久。如果没有风，或者风向转变，暖湿空气来源中断，雾也会立刻消散。
（3）蒸气雾：如果水面是暖的，而空气是冷的，当它们温差较大的时候，水汽便源源不断地从水面蒸发出来，闯进冷空气，然后又从冷空气里凝结出来成为蒸气雾。
一般在南方的暖洋流进到极地区域时，极地的冷空气覆盖在暖水面上而形成蒸汽雾。例如，北大西洋上就有一股强大的墨西哥湾流的暖洋流，经常突入北极的海洋上，造成北极洋面上大规模的蒸汽雾。有时候，北极的冷空气停留在冰面上，在冰面裂开的地方，冰下较暖的水就露出来，形成局部的蒸汽雾，蒸汽雾大都出现在高纬度的北极地区，所以人们常称它为“北极烟雾”。
除了极地区域外，冷空气覆盖暖水面的情形还常出现在内陆湖滨地区。夜间湖水面比陆面暖，当夜间陆风吹到暖的湖面上时，在湖面上就会形成一层比较浅薄的蒸汽雾。秋、冬季节，每当冷空气南下以后，在天睛风小的早晨，暖水面还来不及冷却时，就弥漫着这种蒸汽雾。
（4）上坡雾：这是潮湿空气沿着山坡上升，绝热冷却使空气达到过饱和而产生的雾。这种潮湿空气必须稳定，山坡坡度必须较小，否则形成对流，雾就难以形成。
（5）锋面雾：经常发生在冷、暖空气交界的锋面附近。锋前锋后均有，但以暖锋附近居多。锋前雾是由于锋面上面暖空气云层中的雨滴落入地面冷空气内，经蒸发，使空气达到过饱和而凝结形成。而锋后雾，则由暖湿空气移至原来被暖锋前冷空气占据过的地区，经冷却达到过饱和而形成的。
云和云的分类方法
云是气块上升过程绝热冷却降温，使水汽达到饱和或过饱和和发生凝结而形成的。绝热冷却是指任一气块与外界无热量转换时的状态变化过程。
水汽从蒸发表面进入低层大气后，这里的温度高，所容纳的水汽较多。如果这些湿热的空气被抬升，温度就会逐渐降低，到了一定高度，空气中的水汽就会达到饱和。如果空气继续被抬升，积雨云就会有多余的水汽析出。如果那里的温度高于0℃，则多余的水汽就凝结成小水滴；如果温度低于0℃，则多余的水汽就凝化为小冰晶。在这些小水滴和小冰晶逐渐增多并达到人眼能辨认的程度时，就是云了。
根据形成云的上升气流的特点，云可分为对流云、层状云和波状云三大类。对流云包括淡积云、浓积云、秃积雨云和鬃积雨云，卷云也属于对流云；层状云包括卷层云、高层云、雨层云和层云；波状云包括层积云、高积云、卷积云。
降水
从云中降到地面上液态或固态水，称为降水，常见的有雨、雪、冰雹、霰等。降水的多少用降水量表示。降水量指降落到地面上的雨和融化后的雪、冰雹等未经蒸发、渗透、流失而集聚在水平面上的水层厚度。降水量的单位是毫米。
冰雹降水和热量一样，是地球表面一切生命过程的基础，是塑造自然地理环境和影响人类活动的重要因素。
降水是云中水滴或冰晶增大的结果。从雨滴到形成降水需具备两个基本条件：一是雨滴下降速度超过气流上升速度；二是雨滴从云中降落到地面前不被完全蒸发。降水的形成，必须经历云滴增大为雨滴、雪花及其他降水物的过程。云滴增长主要有两个过程：
（1）云滴的凝结（凝华）增长。在云的发展阶段，云体上升绝热冷却，或不断有水汽输入，使云滴周围的实际水汽压大于其饱和水汽压，云滴就会因水汽凝结或凝华而逐渐增大。当水滴和冰晶共存时，在温度相同的条件下，冰面水汽压小于水面水汽压，水滴将不断蒸发变小，而冰晶则不断凝华增大这种过程称为冰晶效应。
（2）云滴的冲并增长。云滴大小不同，相应具有不同的运动速度。云滴下降时，个体大的云滴落得快，个体小的慢，于是大云滴“追上”小云滴，碰撞合并成为更大的云滴，这个过程就是云滴的冲并增长。
地球上最大年降水量出现在印度乞拉朋齐。1861年，乞拉朋齐曾降水23000毫米。平均年降水量以夏威夷考爱岛的迎风坡最多，达12040毫米。日最大降水量出现在印度洋的留民旺岛，1952年3月，那里日降水量竟然达到1870毫米，比中国台湾的火烧寮还多出200毫米。
最少的降水量出现在沙漠上。撒哈拉年降水量大都不到50毫米。埃及的阿斯旺和阿尔及利亚的英沙拉，多年平均降水量都是零。中亚沙漠年降水量也在50毫米以下，如中国新疆且末县只有94毫米，若羌县也只有169毫米。
雷电
说起降水，不能不说一说雷电。一说起降水，大家都会想到雷电；同样，一说起电闪雷鸣，大家往往会想起暴风雨，可见雷电是与云雨有关系的。其实闪电是云层和云层之间或云层与地面之间的一雷电种放电现象，而放电时所发出的巨大声响就是打雷。
雷电一般出现在积雨云里。积雨云常常是由于上下层空气发生强烈的对流运动而产生的。就像夏天午后，近地面的空气被太阳烤得很热，热空气上升在高空遇到冷空气就容易产生积雨云。在积雨云中或云块之间存在着大量的正负电荷。空气对流得愈厉害，云翻滚得愈猛烈，云的上下部聚集的电荷就愈多，在云块之间或云与大地之间就会产生很强的电场和电位差。当电场强度很大时，就能把阻隔在云之间或云与大地之间的空气击穿而产生放电现象，发出耀眼的光芒，这就是闪电。在闪电经过的通道上，能使空气温度猛然剧增到20000℃，空气受热和水滴汽化后会猛烈膨胀，发出巨响，这就是打雷。
