第一节棉花糖的秘密
在丽日晴空的季节,天空中的云千姿百态,变化万千。它们以不同的色彩、丰富的层次,呈现出大自然变幻莫测的深刻内涵:那绯红,以牧歌般的轻快,写出青春的壮丽;那乳白,则象征着爱情、友谊的纯洁和美好;那铅灰,暗示的则是沉甸甸的命运基调,似乎在向人们宣告,只有抗争才能进取;那墨黑和青紫,则以震撼人心的力量,表现了生命的博大深沉。
这些云彩如此美轮美奂,以致被人类赋予太多的神秘与感情。
这些云彩到底是从何而来呢?它那时舒时卷的妩媚神态,又是因为什么气象而形成的呢?
其实,我们看到的云朵,纵使能够幻化万千,但它依然是由恒定的物质构成。所谓万变不离其宗,它的前身永远只是水和冰。也就是说,云彩是由许多细小的水滴或冰晶组成的。随着空气的冷却或水汽的增加,云朵也千变万化,但它们的变化并未引起最根本的质变,而是始终在我们周围做着循环往复的无止境的流动。
大家都知道,空气和水是我们赖以生存的两种物质。我们无法看见空气,但是却可以实实在在地感受和触摸到水。其实,我们并不知道水也一样是可以隐身的,并且能够与空气融合在一起。
大气中的所有空气,其实都是含水的。但是我们通常看不见空气中的水,因为它是气态的。直到空气遇冷,以致水气的饱和下降,这时水才会现身。那么空气是如何冷却的呢?气流上升是空气冷却的普通方式。比如在一个晴朗的天气里,这个地区吸收了大量的太阳辐射,致使当地气温升高,让地面上液态的水蒸发升腾,变成水蒸气,进入大气层后饱和凝结,然后,一朵积云就应运而生了。
当然,阳光蒸发水汽,导致云产生,只是其中的现象之一。还有好几种自然现象会导致水气成云。例如,在冷热气团交汇的地方,相互碰撞的气团会根据密度的不同而自动识别分类,暖气团便会向上升,而冷气团会下降,它们交汇的地方形成冷锋和暖锋。如果气团遇到的是冷锋,暖气团上升会相对加剧,导致大量的云朵堆积。如果气团遇到的是暖锋,则暖气团的上升则较缓,会导致大片的斜坡云产生,可称之为卷云。关于云的形态,后面的章节将会有所讲解。
另外,还有一种景象,爱好登山的朋友应该能常常看到,那就是在雄伟的群山之间,腾起梦幻般的云雾,萦绕着山脉。在山间是怎么产生这样的奇景的呢?其实,这是因为山能抬升气流,气流上升遇冷,凝结而成云雾。一些山脉之所以能够常年云雾缭绕,那是因为气流可以迎风爬升或者顺山势上升。对于高耸的山峰,比如珠穆朗玛峰,还可以将气流压向四周,气流顺山势下滑,又同时遭遇顺坡上升的气流,那么就可以形成一种萦绕山峦飘动迂回的流云。
说到山间的流云,大家可能会望文生义,想象它可以灵动变化,动如脱兔。其实不然,大多数山间的云,都是保持静止的,而且即使云在变,也是缓慢地改变其形状。强风固然猛烈,但当它翻过一个山头,其气势也会有所减弱。所以,往往越过山峦的气流,在大气中都是呈静态模式。
了解了气流上升而导致云朵产生的情况,那么,有的朋友也许会好奇,如果气流偏要不走寻常路线,执意往左或者往右,那将会来带什么呢?
其实气流也并不一定要上升才能形成云,当气流侧向运动时,它有时也能改变气温和大气中水分的含量。众所周知的“美国东北大风暴”,就是这样一股特立独行的气流。其他气流都是上下蹿,它却偏要横着跑,携带气流向南越过大西洋直扑美国内陆区域。
第二节云的眼泪
都说眼泪能够代表一个人七情六欲中的苦难和沧桑。人之所以哭泣动容,是因为他自生的情绪所致。那么云又为何掉眼泪呢?一种纯粹的无知无觉的自然造物,莫非也会伤心难过?这当然是无稽之谈。云会哭,用科学的解释,无非只是地球上庞大水循环的结果。
简单地说,所谓云流的泪,其实就是我们俗称的雨。天上的雨来自空中的云,空中的云其实就是水的凝结物,它来自地面的水汽蒸发。当云中的水滴达到一定程度,至其重量不能被上升的气流顶托住的时候,水滴就会落到地面上,就是我们所见到的雨。
水汽的蒸发随时都有,但并不是随时都会有雨。在空气中,温度高时能容纳的水汽量就大,温度低时空气中能容纳的水汽就少。
在空气由高温运动到低温处时,水汽就会由不饱和到过饱和,从而由水汽凝结成水滴;当水滴的重量超过空气的浮力时,再加上地球引力的作用,水滴便会被地球的吸引力吸引,没有办法再停在空中,就掉下来了,因而形成雨降。如:夏季的下午就由于强烈的水汽蒸发,上升,冷凝,形成阵雨;冷空气南下,与东南湿热气流相遇所形成的锋面雨,等等。
由于江、河、湖、海受到太阳照射,水就变成水蒸气。水蒸气上升,又变成小水滴或小冰晶,云里的小水滴、小冰晶在运动中,相互碰撞融合,体积会增大。云下层的水滴慢慢变大,而云彩上层的冰晶体积增大以后,又会掉到云层下部的水滴之间,水滴就会越来越大。当这些水滴大到上升气流托不住它们的时候,就会跌落下来,变成雨。
第三节云开雾未散
因为有着比较相似的属性,云和雾便成为了一家人。云是由飘浮在空中的无数小水滴、小冰晶或者由两者混合组成的可见聚合体。雾也是空气中水气凝结或者升华而成。我们区分云和雾,有一个最简单的方法,就是看其是否接触地面。云是悬浮在空中,不接触地面,一旦接触地面便叫作雾。
雾是一种常见的大气凝结现象,尤以秋冬季节为多。发生大雾时,大量微小水滴或冰晶悬浮于空,由于未遇到暖空气,它就无法上升,所以只能凝结在近地面的空气中,使空气变得混浊,能见度降低,人们只能看见近处的人或物。一般把空气水平能见度小于1000米的就称为雾。而导致重大交通事故的大雾,能见度不足100米。
雾的形成有以下两个基本条件:一是靠近地面的空气中的水汽要非常充足,遇冷时能达到饱和状态;二是夜间风力很小,大气层结构较稳定,并有充足的悬浮物质存在。便于雾凝结形成时,常伴有相应的逆温层存在。也就是说,在近地面这一段,越靠近地面气温越低,越往上气温越高。这与正常天气情况刚好相反。雾在夜间逐渐形成,至早晨浓度最高;太阳出来后,当地面温度升高,浓雾就会逐渐变薄,直至消散。因此有“十雾九晴”的说法。如果浓雾久不消散,则有可能会下雨。这大多与秋冬时冷锋面过境有关。
我们知道,与云一样,雾也是由于气温下降,使大气中的水汽凝结而造成的。实际上雾也可以说是靠近地面的云。所谓“腾云驾雾”,这一成语说明云和雾是相似的东西,只是它们所处空间不同。
虽然雾看起来亦真亦幻,非常美丽,但它却是种灾害性天气,被国际上列为十大灾害天气之一。它的直接危害是由于能见度低,威胁海陆空的交通安全。这类事故不胜枚举。它还能损坏输电线路和露天电气设备等这些绝缘体,甚至酿成事故。
科学家认为,雾的产生是由于存在“逆温层”,大气稳定,对流作用减弱,空气中的水汽、尘埃和其他污染物不容易向高空扩散,便只能滞留在近地面。当雾滴消散后,污染物便全部进入空气中,造成严重的污染,直接危害人体健康。据科学家测定,雾滴中含有的各种酸、碱、盐、胺、酚、尘埃、病原微生物等有害物质的比例,比通常的大气水滴高出几十倍。这种污染物对人体的危害,以呼吸道最为显着。因此人们最好不要在雾中行走,在雾中健身也是不可取的做法。
第四节云的成因与分类
形成云的原因很多,具体来说,云的成因主要有以下几种。
1.锋面云
锋面云是由锋面上的气流引起的一种云。朋友们要想知道什么是锋面云,首先还应从了解锋面入手。
锋面是冷暖气团之间的一条过渡带。两种性质不同的气流相遇,它们中间的交界面叫锋面。
当冷空气主动推动暖空气移动时,这条过渡带就叫冷空气前锋,简称冷锋;反之,就称为暖空气前锋,简称暖锋。当冷暖空气相持不动时,这个过渡带就称为静止锋。锋面附近往往伴随着多种天气的发生发展:当冷锋经过某地时,某地的特点是云系增多,气温降低,气压升高,并会出现偏北大风和降雨天气;暖锋经过某地时,某地的天气特点是云系多变、气温上升、吹偏南风,并伴有阵雨或雷雨天气;同样,在静止锋附近地区,常常出现长时间的阴雨天气,春、夏季有时还会出现雷阵雨。
简言之,锋面云是指冷气团和暖气团相遇,暖气团被抬升,在天空形成凝结后的一种云。这样的云达到饱和以后落下的雨,就叫锋面雨。
锋面云中,雨层云往往最厚,且离地面近,又是一种冷暖空气交接而成的混合云。其上部为冰晶,下部为水滴,中部常常冰水共存,能很快引起冲并作用。因为云的厚度大,云滴在冲并过程中经过的路程长,有利于云滴增大。雨层云的底部离地面近,雨滴在下降过程中不易被蒸发,有利于形成降水。因此,雨层越厚,云底距离地面越近,降水就越强。
2.地形云
地形云是因潮湿的空气前进时受到山地阻挡,被迫沿着山坡爬升,在上升过程中空气中的水冷却凝结形成的一种云。地形云多盘旋在迎风面的山坡上,背风坡面则因空气下沉引起加热增温,反使云量消减。
地形云常随着地形高度增高而增加。如果它不与对流云或气旋云结合,所降下的雨一般也不会很大。
由于地形云一般都凝结在迎风坡上,所以,迎风坡居多的国家或城市,降水量也会相对比较丰裕。比如我国台湾山脉的北、东、南都是迎风坡,年降雨量2000毫米以上。台北火烧寮年下雨量达8408毫米,成为我国降水量最多的地方。一到台湾山脉的西侧,年降水量减少到1000毫米左右。夏威夷群岛的考爱岛迎风坡年降水量12040毫米,成为世界年降雨量最多的地方。
印度的乞拉朋齐年降水量11418毫米,也是因为位于喜马拉雅山南麓的缘故。这些雨坡一般都是由地形云引起的。
3.平流云
因为平流层的空气异常干燥,相对湿度很小,水汽几乎无法产生,所以平流层不该有云、雨、雾等自然现象的存在。但是在漫长的极地冬夜期间,仍会因严寒形成极地平流层云。
这些极地平流层云是如何产生的呢?这是因为平流层的三水硝酸会在异常寒冷的状况下,包围住一个直径约0.1微米的硫酸微粒,形成直径约1微米的颗粒。这种颗粒非常微小,且易分散,常常大规模地生成,有时分布范围可达数千千米,这样便组成了一种用肉眼看不见的极地平流层云。
当然,这种极地平流层云的出现,并不见得有益处。南极出现臭氧空洞,有很大部分原因会归咎于极地平流层云。大气中的一些硫酸根离子、硝酸根离子也附着在平流层云的冰晶上,正是这些冰晶为大气中所含的氯化合物的集聚释放提供了界面,活性氯在这样的界面上被释放了出来。虽然在极夜中这些活性氯并没有发生催化臭氧消耗反应,但是它在这个区域中作了大量的积累。当春天到来时,在最先接触到阳光的极圈边缘,臭氧层最先开始消耗,然后向里扩展,南极点的臭氧最后开始被消耗。所以,仔细观察卫星拍摄的臭氧层图片,你会发现臭氧洞最先出现在极圈,就是南极边缘。
4.对流云
对流云是这样产生的:由于热力原因或动力原因,在不稳定的大气层内,产生对流所形成的积状云。热力对流形成的云体比较孤立分散,具有明显的日变化;而动力对流形成的云体往往成长条状分布,一天中任何时刻均可能出现。
对流云大多属于积雨云。积雨云内冰晶和水滴共存,云的垂直厚度和水汽含量特别大,气流升降也十分强烈,可达20米/秒~30米/秒,云中常常带有电荷。所以积雨云时常会发展成强对流天气,产生大暴雨。雷击事件、大风拔树、暴雨成灾也常发生在这种雷暴雨中。
由此可见,天上的云并非都温文尔雅,对流云的脾性可是不好惹的。
5.气旋云
气旋云是一种由于气旋中心气流上升而产生的云。它可分为锋面气旋云和非锋面气旋云。
非锋面气旋云是气流向低压中心辐合而引起气流的上升所致,锋面气旋云是由锋面上气旋波所产生的。气旋波是低层大气中的一种锋面波动。气旋波发生在温带地区,发展到一定的深度,就形成气旋。江淮气旋指的就是发生在江淮流域及湘赣地区的锋面气旋,在春夏两季出现较多,特别在梅雨期间的六七月份更为活跃,是造成江淮地区暴雨的重要天气系统之一。
我国大部分地区是温带,属南北气流交汇地区,气旋云都凝结在此。各地气旋雨所占比率都在60%以上,华中和华北则超过80%,即使西北内陆也达70%。我国境内的气旋,主要发生在高原以东地区。在北方形成的有蒙古气旋、东北低压和黄河气旋。我国气旋生成之后,一般向东北方向移动出海。有名的江南梅雨,就是六七月间的极地气团和热带海洋气团交会于江南地区所造成的。
第五节天上“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。