书城童书青少年应该知道的云
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第6章 天上“白衣”有几多

当我们仰头观望蓝天碧空里的白云时,我们会发现,天上那一团团飘然而过的白云,好像千万匹奔腾的骏马,又似千万朵雪白的浪花,真是千姿百态,无奇不有。天上的云形态各异,有的像连绵的群山,有的像潺潺的流水,有的像平坦的沙漠,有的像巍峨的古堡。具体地讲,云的形态主要有以下几种:

夜光云非常罕见,它形成于大气层的中间层,只能在高纬度地区看到。

1.直展云族

直展云族的云底是在低云族的范围内,可是云顶可以延伸至中云族甚至高云族的范围。它反映出上升气流非常旺盛。

(1)花团锦簇的积云

因为积云外表蓬松,像一堆刚挤出来的奶油,很容易识别。它个体明显,底部较平,顶部凸起,云块之间多不相连,云体受光部分洁白光亮,云底较暗。

积云由单种云形成,衔接在一起成云街,或者层峦叠嶂地叠在一起,貌似层云。积云主要在白天形成,因为阳光使空气变热,反过来,地面也使空气变热。白天积云也可在山顶上形成,因为山坡可吸收更多热量,比谷底受热快。这种不稳定的受热,形成了运动中的对流,使暖空气上升。积云有时伴随冷锋而形成。

犹如一位温文尔雅的女士,积云不张扬好动,它的举止优雅,行动缓慢。它总是无声无息的悄悄变化,一会儿变得支离破碎,一会儿又堆成塔状,非常美丽。积云一般不轻易下雨,但是如果水汽充裕、大气又不稳定,上升势头猛,积云跑到了13千米高空,那就极有可能演变成积雨云了。

积云主要出现在夏季,通常在湿润地区和热带地区出现,但也没准,有时也会在干燥地区出现。因为对流运动的强度不同,所以对流云垂直发展的厚度也不同,一般积云可分为淡积云、浓积云(以及碎积云),这取决于对流高度和凝结高度的配置。

当积云出现层叠状时,可显现几种形状。大气状况稳定,积云会在上方出现气泡,结果被逆温所压制,暖空气便位于冷空气上方,这种情况有时会产生层积云或高积云。关于这两种云,下文会做详细讲解。

①淡积云

个体不大,轮廓清晰,底部平坦,顶部呈圆弧形凸起,状如馒头,其厚度小于水平宽度。

②浓积云

个体高大,轮廓清晰,底部平而暗,顶部圆弧状重叠,似花椰菜,其厚度超过水平宽度。

③ 碎积云

个体小,轮廓不完整,形状多变,多为白色碎块,系破碎或初生积云。

(2)积雨云

积雨云的最主要的特征是云浓密而厚重,云体庞大如高耸的山岳,顶部开始冻结,轮廓模糊,有纤维冰晶结构,常扩展成砧状或马鬃状。底部十分阴暗,起伏颇为明显,有时有悬球状结构,常有雨幡及碎雨云,偶有龙卷产生。

积雨云由水滴和冰晶构成,为混合云。这种云根据积云状底部和四散的卷云上层,很容易识别。很多时候它可以特立独行,独自存在,也可以呼朋引伴,聚集在一起或形成一条。

积雨云云顶很高,可抵达对流层顶,所以说对流层的云发展到鼎盛阶段就极有可能演化成积雨云,常产生较强的阵雨,并伴有大风、雷电等现象,有时还出现较强的冰雹,带来严重的自然灾害。

积雨云最明显之处是积雨云砧。作为雷暴云砧,当云层内部温度比外部温度高时,积雨云砧会由积云堆转化而成,它使上升的气流变强,直至上升到一定高度后,当云层内外温度达到平衡时,云层便停止上下移动而改为水平运动。这时云中的物质被吹到下风处,形成典型的铁砧状,最后渐渐演化成风暴。

那么,风暴中的狂风又是怎样产生的呢?这跟云砧有关。在雷雨云砧形成当中,上升气流会在云层上方的底部不定时的变化,且非常强劲,致使水平风力被破环。这种情况的产生,就可使砧云重新形成风。如果这气流是顺风而下,云层就会显示出条纹状。如果呈现的是纤维状则表明沿着砧边吹来的是无序的风。

积雨云可在除南极以外的任何区域出现,大多在温暖潮湿的地区上空盘旋。这种云因为储积了大量的雨,所以它总会形成降雨,不仅如此,冰雹、雷、闪电,甚至龙卷风都可能会出现,所以,看到积雨云,并不是什么好兆头。

① 秃积雨云

云顶开始冻结,圆弧形重叠,轮廓模糊,但尚未向外展。

② 鬃积雨云

云顶有白色丝状纤维结构,并扩展成为马鬃状或铁砧状,云底阴暗混乱。

2.低云族

低云族以层积云与层云为主,高度一般在2000米以下。

(1)层云

层云的云体均勾成层,呈灰色,似雾,但不与地接,常笼罩山腰。

常见于清晨的层状云呈灰色云状分布,一般在低空出现。层云有时可以低至地面,一不小心就幻化成了雾。层云完全没有结构,它由细小的水珠组成。层云中往往会落下细雨或者细雪,但是很少会下大雨。一般在风比较静的气象条件下,层云容易形成,在气温非常低的状况下,甚至可能出现光晕。有一种层云即蒸气雾,是冷空气在初冬时节掠过较暖湖水表面时形成的。在冷空气有如云带一样升腾之际,它会逐渐变暖并从湖面上聚拢湿气,看上去很像是蒸汽。层云又可分成两类:

① 层云

云体均勾成层,呈灰色,似雾,但不与地接,常笼罩山腰。在地面到600米空中悬浮。云层底部,清晨几乎接近地面,白天因日照加热而上升。层云通常会在空气湿润及冷的地表、水面,雪地或冰面上浮动。如流水的峡谷,便时常会出现这样的景致。层云有时也降毛毛雨,冬季降小雪。层云呈现时间不长,约几小时。

② 碎层云

碎层云是层云的一种,由层云分裂或浓雾抬升,或被强风将云层吹成了纤维状,水流状以及破碎状的云,趋于消失,分裂成支离破碎的散片,称为碎层云。

碎层云有时在积雨云或云开始分裂时产生。它也可以被称作断层云,是在积云变弱以及在雨云层和积雨云的下方因雨使空气变冷而形成的。

碎层云最主要的特点是总是伴随有流动性的大规模的气旋和风暴出现。

早晨,太阳从东方逐渐升起,阳光把地面烘热,渐渐也使近地层空气温度上升,于是原来形成的雾滴、云滴的小水滴,又重新被蒸发而成水汽。这些水汽慢慢地被抬升而变成碎层云,这种碎层云由于高度低,看上去移动就显得比较迅疾,造成早上“浮云走”的情景。这种碎层云由于是雾或层云抬升过程中变成的,因而随着太阳高度角的升高,气温进一步增暖,雾滴、云滴也进一步消散。碎层云也就消散了。

(2)雨层云

雨层云云底很低,并云层很厚,一般厚度为4000~5000米,能遮天蔽日,呈暗灰色,云底经常出现碎雨云。雨层云覆盖范围很大,常布满天空。

云层的中下部由水滴和过冷水滴组成。北方和高原地区的雨层云中部由过冷水滴、冰晶和雪晶组成。

雨层云常出现在暖锋云系中,有时也出现在其他天气系统中,它是由潮湿空气系统滑升,散热冷却而形成的。雨层云常出现连续性降雨。北方冬季会降雪,而高原地区夏季也时常出现降雪。农谚“天上灰布悬,雨丝定连绵”是指雨层云降水。

雨层云又可分成两类:

① 雨层云

云体均匀成层,布满天空,完全遮蔽日、月,呈暗灰色,云底常伴有碎雨云,连续性降雨雪。

② 碎雨云

云体低而破碎,形状多变,呈灰色或暗灰色,常出现在雨层云、积雨云及蔽光高层云下,系降水物蒸发,空气湿度增大凝结而形成。

(3)层积云

层积云主要由小水滴构成,是一种层叠云和蓬松云混合而成的云。它的云块一般较大,在厚薄、形状上有很大差异,有时成条,有时成片,有时成团,常呈灰白色或灰色。松散的薄云块可辨太阳的位置,厚的云块比较阴暗。云块常结伴成群、成行或成波状排列。

在中纬度地区海洋环境里,我们常可以看到层积云,那里凉爽的海洋空气向海岸移动,白天空气的变热导致了空气的愈加不稳定。层积云在多数情况下,是由于空气的波状运动和乱流混合作用,使水汽凝结而形成,有时也由强烈的辐射冷却而形成。薄的层积云一般预示天气较稳定,不过层积云逐渐加厚,甚至融合成层时,则表示天气将有变化。

美国北方大部分地区,层积云主要出现在冬天,并伴随湿气层靠近地面,常常在流动性的低气压之后。

因为层积云的云层薄,向上运动很弱,可能出现的降水为毛毛雨或零星小雨。它的存在也影响日气温的变化,即白天降低日照,夜晚又阻碍冷空气的扩散,所以形成凉爽、潮湿的天气。

层积云又可分成5类:

① 透光层积云

云块较薄,呈灰白色,排列整齐,缝隙处可以看见蓝天,即使无缝隙,云块边缘也较明亮。

② 蔽光层积云

云块较厚;显暗灰色,云块间无缝隙,常密集成层,布满天空,底部有明显的波状起伏。

③ 积云性层积云

云块大小不一,呈灰白或暗灰色条状,顶部有积云特征,由衰退的积云或积雨云展平而成。

④ 荚状层积云

云体扁平,常由傍晚地面四散的受热空气上升而直接形成。

⑤ 堡状层积云

云块顶部突起,云底连在一条水平线上,类似远处城堡。

3.中云族

中云族包括高层云、高积云两属(类),多由水滴、过冷水滴与冰晶混合组成,云底高度通常在2500~5000米之间。高层云常有雨、雪产生,但薄的高积云一般不会下雨。

(1)高积云

高积云是积云的一种,高积云具有积云的一般特征。它的云块偏小,时常一排排,一圈圈,一块块的在空中成群排列着。高积云形态各异,变化万千,有时像蜂房,有时又像鱼鳞,云块有薄有厚,薄的呈白色,可透日月,厚的呈暗灰色,日月轮廓分辨不清。

高积云含的水滴通常都是冰凉的,有时还成冰晶状。通常情况下,高积云会选择潮湿稳定的大气层定居。因为那里暖空气位于冷空气的上方,气流成流浪状和口袋状,空气停止上升,并且迅速冷却凝结,形成高积云。

高积云和层积云有些貌似,只因为有高度差距,所以看上去要小一些。高积云基本上不会构成降雨或降霜,因为它的云层通常很薄。薄的高积云稳定少变,一般预示天晴,民间有“瓦块云,晒煞人”,“天上鲤鱼斑,晒谷不用翻”的说法是有科学依据的。但是高积云如继续增厚,融合成层,则说明天气将有变化,甚至会产生降雨。

高积云会出现在逐步上升的大气区域。如冬季出现高积云,则预示活动气旋的到来,要是不小心转化为积雨云,就会出现长时间的降雨。

高积云又可分成6类:

① 透光高积云

云块较薄,个体分离、排列整齐,云缝处可见蓝天;即使无缝隙,云层薄的部分,也比较明亮。

② 蔽光高积云

云块较厚,排列密集,云块间无缝隙,日、月位置不辨。

③ 荚状高积云

云块呈白色,中间厚,边缘薄,轮廓分明,孤立分散,形如豆荚或呈柠檬状。

这种荚状高积云形状奇特,常常被人误认为是飞碟。在空气流快速越过山顶或崎岖山地时,受强大的气流作用,这样的云会形成薄厚各异的样式。不过它定力十足,即便是遭遇很大的强风,也能够保持固定的位置,所以也都叫它“稳定的流云”。层积云和卷云有时也同样具备荚状姿态。

④ 堡状高积云

云块底部平坦,顶部突起成若干小云塔,类似远处的城堡。

⑤ 絮状高积云

絮状高积云外观类似小块积云的团簇,顶部像绒毛,底部破碎,似棉絮团。这种云层通常形成于不稳定的中空气层,在对流的作用下产生,成塔状,有积云状的特征。如果从特别的视角观看絮状高积云,会明显地看到在云块上面的小圆拱形云顶。

絮状高积云,云块大小不一,厚薄不均,有如松散的破棉絮团簇,云体结构一般不紧凑较稀松,呈白色,特别是较低的絮状高积云,有时几乎处于消散状态。另外絮状高积云对于降水及大风暴雨等灾害性天气,具有较好的指示性,一旦看见它,便可知高空有强烈乱流,雷阵雨天气即将来临。

⑥ 积云性高积云

云块大小不一,呈灰白色,外形略有积云特性,由衰退的浓积云或积雨云扩展而成。

(2)高层云

高层云多在中纬度地区出现,云体均匀成层,色彩呈灰色和蓝灰色,布满天空。它的出现表明,该地区有上升空气。在天气较冷的月份里,高层云的出现预示着移动的气旋将要到达,形成长期固定的降雨或降雪。夏季,高层云则与风暴或热带气旋有关,常常在积雨云消散后残留下来。

高层云比一般的卷积云厚,其厚度可达300~1000米,有时呈冰霜状,薄透的地方可见到太阳。如果变得厚重,就会形成幡状云。高层云不像卷云,一般不产生晕圈现象,因为它的云浓厚,并且主要含水滴而不是冰晶,所以不产生折射形成的光晕。

高层云又可分成两类:

① 透光高层云

云层较薄,厚度均匀,呈灰白色,日、月被掩,轮廓模糊,似隔一层毛玻璃。

② 蔽光高层云

云层较厚,足灰色,底部可见明暗相间的条纹结构,日、月被掩,不见其轮廓。

4.高云族

(1)千丝万缕的卷云

云体具有纤维状结构,色白无影且有光泽,日出前及日落后带黄色或红色,云层较厚时为灰白色。

卷云存在于高纬度地区,一般高度都超过6000米。由于高纬度地区的气温非常低,都在零度以下,云层几乎都是由冰晶组成,所以看起来较透明也较亮,色白无暗影,有蚕丝般的光泽。

如果天空卷云出现,一般都不会下雨,这是因为卷云的云层太高,即使生成小水滴,下降过程中也很容易被热流蒸发,不容易抵达地面,故在地面上不会感到下雨,所以,有卷云形成,必定象征着一整天都会是晴朗的好天气。

卷云外表纤细,由于风和气旋的作用,下降的冰晶流呈四处分散状。卷云层上部气流较强,到了底部逐渐缩减成了一点,所有的卷云从发源地出发可晕染到很大范围。

卷云形成的原因多种多样,或由于高空对流而形成,往往带有积云的形状;或由于卷层云边缘展裂而成;或由于高积云抬升演变而成;或由高积云所降雪花残留在空中而成,可见卷云形成的途径是多种多样的。

现在在天空人工卷云越来越多见了,比如喷气式飞机所冒出的尾流。当飞机遭遇冷空气时,飞机的螺旋桨便迅速将寒气排出,这样排放中的水汽立刻变成冰晶,一道道美丽的卷云便顺势而生了。

卷云又分成4类:

① 毛卷云

云丝分散,纤维结构明晰,状如乱丝、羽毛、尾等。

② 密卷云

云丝密集、聚合成片。

③ 钩卷云

云丝平行排列,顶端有小钩成小团,类似逗号。

④ 伪卷云

已脱离母体之积雨云顶部冰晶部分,云体大而浓密,经常呈铁砧状。

(2)卷层云

云体均勾成层、透明或乳白色,透过云层日、月轮廓清晰可见,地物有影,常有晕。卷层云又可分成两类:

① 均匀卷层云

云幕薄而均匀,看不出明显的结构。

② 毛卷层云

云幕的厚度不均匀,丝状纤维组织明显。

③ 卷积云

卷积云的形状纤细如白色的羽毛,可以绵延纵横天际几百公里。卷积云通常是由高空层不稳定产生波动而形成的。它们通常出现在潮湿的大气中,因为那里暖空气浮在冷空气上端,限制了空气的上升。大气温度差异明显,使气流形成各种波浪状,随着大气上升变冷,就会出现凝固,云层物质就形成了。这些云中物质在遇到暖气流后会蒸发,其中卷积云有微小波动是正常的。

因为卷积云大都是由冰晶构成的,又比较薄,所以很少产生降雨。但如果天空以卷积云为主,而又与卷云、卷层云有联系并得到系统发展,一般均预示将有天气变化,且常常是暴风雨天气。

卷积云只有1类。

另外,每一种云都有它的特殊性,但不是一成不变的。在一定条件下,这一种云可以转变为那一种云,那一种云又可以转变为另一种云。例如淡积云可以发展成浓积云,再发展成积雨云;积雨云顶部脱离成为伪卷云或积云性高积云;卷积云降低成高层云;而高层云降低又可变成雨层云。

5.其他云族

(1)此起彼伏的波状云

这种云动荡不安,云中的上升速度可达每秒几十厘米,仅次于积状云的上升速度。空气中有波状运动时,如果云层比较稳定,水汽充沛,在波动的作用下可形成波状云。云的外形特征与空气的波状运动紧密相联。空气沿波峰上升冷却凝结成云,如果沿波谷则因下沉增温无云形成,或云滴蒸发而云变薄,形成波状排列的云条或云层。

波状云形成波动的原因主要来自两个方面:

一是由于大气中存在着空气密度和气流速度不同的界面,在此界面上引起波动。

二是由于气流翻越山脉而形成的波动。在上层风速大、密度小,下层风速小、密度大的界面上产生波动时,由于各高度上的风向、风速常随时间变化,波动的方向也会随之改变,新产生的波动叠加在原来的波动之上,从而形成棋盘格子般的云块。

波动气层甚高时形成卷积云,较高时形成高积云,低时形成层积云。

波状云的厚度不大,一般为几十米到几百米,有时可达1000~2000米。在它出现时,常表明气层比较稳定,天气少变化。谚语“瓦块云,晒死人”、“天上鲤鱼斑,明天晒谷不用翻”,就是指透光高积云或透光层积云出现后,天气晴好而少变。但是系统性波状云,如卷积云是在卷云或卷层云上产生波动后演变而成,又和大片层状云连在一起,就会预示将有风雨来临。“鱼鳞天,不雨也风颠”就是指此种预兆。

(2)火成云

与前面的几种云不同,火成云与污染有关,火成云是自然污染所造成的可怕结果。它的形成主要是由陆地上的燃烧物引起的。我们所知道的森林大火,便会造成这样的烟雾云层。当树木和树叶燃烧之际,大量的水蒸气被释放到空气中,火的热量让潮湿的空气以及烟尘急剧上升,当这些混杂着粉尘的空气在空中冷却后,就形成了积云。

在一定程度上,火成云可以转化成积雨云,因此有人认为积雨云带来的降雨会给森林大火带来好处。其实不然,由于森林火灾通常在干燥地区缓延,雷雨地区很快变干燥,雷雨并不会熄灭燃烧着的大火,相反还可能造成新的火灾。在亚马逊,一场森林大火则带来了更加可怕的后果。人们观测到亚马逊森林大火的浓烟减小了云滴的大小,使降水产生延迟。因为清洁云在云底以上1.5千米处就可以产生降水,而被污染的云又被抬升了5千米以上,这样火成云在7千米以上才产生降水。云中低层被抑止的降雨和气溶胶沉降,使得水分和烟尘向高层输送,高层的云就像含有很多污染物的‘烟’。在抬高了的降雨启动高度上,由于相变触发的上升气流导致强的雷雨、大雹以及其他类似的云体,冲破云顶进入平流层,在平流层沉降的污染物和水汽的辐射效应下,对气候系统有深刻的影响。大气中激发的风暴在更高层释放出潜热,这就从本质上影响了区域和全球的环流系统。这些过程共同影响了水分循环、大气中污染物的分布以及大气环流的动力学特征,致使更多气象灾害的发生。

(3)凝结尾迹

它又叫做飞机云。是飞机在空中飞行,特别是在高空或较冷的季节和地区飞行时,有时会在飞机后面形成条纹形白色的云,称为凝结尾迹。它是飞机燃料燃烧后排出的废气和周围冷湿空气混合后产生的水汽凝结现象。

(4)夜光云

夜光云是一种形成于中间层的云,距地面的高度一般在80千米左右。这种罕见的云只有在高纬度地区(50°~65°)的夏季才能看见。夜光云看起来有点像卷云,但比它又薄得多,且颜色为明亮的银白色或蓝色,时常出现在日落后太阳与地平线夹角在6°?16°之间的时候。我们之所以只能在这个时间看到夜光云,是因为时间太早会因为夜光云太薄而看不见,而时间太晚它又会沉到地球的阴影之中去。

从国际空间站拍摄到的夜光云景象大部分人认为夜光云由极细的冰晶构成,因为按照常理越高的地方通常越寒冷,并且地球大气层中不乏水蒸气,那里可能只有冰晶,而冰晶的反光效果又很好,能在傍晚的夜空中闪闪“发光”,以此类推,似乎夜光云果真只适合由冰晶构成。但这个推论只在对流层内才成立。对流层之上是平流层,再往上才是中间层。平流层的特点是上热下冷,故垂直方向上的对流很少,而主要是水平方向上的大气运动,这样实际上中间层的温度是很高而不是很低了。科学家们认为,这可能是由于垂直方向上重力波的衰减造成的。由于各种异常原因,重力波可能在某些地方减弱,从而导致了低层大气向上的动量传递,把水蒸气带到了飘逸层,再传递给了高层的大气。

夜光云的确是一种十分罕见的云团,是迄今为止科学界了解最少的气象之一。它一般只在寒冷的高纬度地区露脸。但是,夜光云越来越多地出现在低纬度地区,并且越来越亮、越来越频繁。近年来,夜光云已经蔓延到了纬度40°附近的地区,这引起了科学家们的强烈关注。人们担心这是地球大气变化的前兆。另外,还有一个令人匪夷所思的消息已经传来:火星的表面竟然也有非常类似地球上的夜光云的东西存在,而且在火星大气中绵延100多千米??这只能让我们更迷惑,且也为夜光云披上了更加神秘的外衣。

知识小百科

为什么太阳下山后天空还很亮?

太阳下山以后,阳光虽然不能直接照射到我们,可它却照射了空气中的杂质,被散射开来,因此天空还很亮。

云和雾是不是气体?

云和雾都不是气体,由于它们包含着许多微小水珠,水珠把光线折射出来因此我们能看见云和雾。如果雾浓时,你在外面站上一段时间,浓雾会使你头发变湿。云很高,当然你碰不到,可是当乌云满天的时候,你会知道,准是天上的水滴太多,要下雨了。

为什么东虹日出西虹雨?

虹在东方,表示东边的大气里有雨滴存在,而大气是自西向东运动的,东方的坏天气只会离我们越来越远。如果虹在西方,表示在我们西边的大气里有雨滴存在,随着大气的运动,雨水就容易落到我们这个地方来。因此东方出现虹时,是不大容易下雨的,而西方出现虹时,下雨的可能性就很大。

为什么冷天可以看到人呼出的热气?

由于地球各个地方都存在水汽,水汽分子和空汽分子都很小,水汽有个重要性质,就是在一定的温度下,每单位体积的空气,容纳水汽分子的数量是有一个最大限度的。这个最大限度的数目会随着温度的改变而改变。温度高的时候大一些,温度低的时候小一些。如果空气中水分子的数量超过了当时温度所能容纳的最大数量。便有一部分水气分子,凝结成小水滴而水分子的数量减少。人呼出的气体,含有较多的水分子。它在人体内较高的温度下,可以由空气来接纳的,但是,在天冷的时候,人体外面的气温很低,由口腔呼出来的大量水气分子,遇到很低的温度,空气中就容纳不了了,有一部分水蒸气很快的就凝结成小水滴,人的眼睛是可以看见的。嘴时呼出的热气就是这些小水滴,而不是气体。