书城自然科学探究式科普丛书-变化无穷的云
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第3章 天空的城堡——云之知识篇(3)

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米~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,云足灰色,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。

现在天空中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。卷积云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米~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,就形成了积雨云。

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。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,而且也为夜光云披上了更加神秘的外衣。