云
2013-11-1 18:20|查看:1195|评论:0|字体:小 中 大 繁体
一些小积云 (cumulus humilis)
云是行星表面大气层中由水或多种化学物质构成的可见的液滴或冰晶的集合体。这些悬浮的颗粒物也被称作气溶胶,被气象学的分支云物理学所研究。
地球上的云的形成是地球大气中的空气因两种过程而饱和的结果:空气的冷却和水汽的增加。当饱和度足够,降水将形成并下落到地表;幡状云是个例外,降水在到达地表前就被蒸发了。
云是地球上庞大的水循环的有形的结果。太阳照在地球的表面,水蒸发形成水蒸气,一旦水汽过饱和,水分子就会聚集在空气中的微尘(凝结核)周围,由此产生的水滴或冰晶将阳光散射到各个方向,这就产生了云的外观。因为云反射和散射所有波段的电磁波,所以云的颜色成灰度色,云层比较薄时成白色,但是当它们变得太厚或浓密而使得阳光不能通过的话,它们可以看起来是灰色或黑色的。
虽然地球上大部分的云都形成于对流层,但有时也会在平流层和中间层观测到云。这三个大气层的主要圈层和在一起被称为“均质层”。在其之上是热层和散逸层,合称为“非均质层”,是于外层空间的过度区。在太阳系的其它一些行星和卫星上也观测到云。由于各星球的温度特性不同,构成云的物质也有多种,比如甲烷,氨,硫酸。
全球云的平均光学厚度
云类和高度比
云的成因分类
云形成于当潮湿空气上升并遇冷时的区域。这可能发生在:
锋面云
锋面上暖气团抬升成云
地形云
当空气沿着正地形上升时所形成的云
平流云
当气团经过一个较冷的下垫面时,例如一个冷的水体
对流云
因为空气对流运动而产生的云
气旋云
因为气旋中心气流上升而产生的云
云的形态分类
简单来说,云主要有三种形态:一大团的积云、一大片的层云和纤维状的卷云。
而科学上云的分类最早是由法国博物学家让-巴普蒂斯特·拉马克于1801年提出的。1929年,国际气象组织以英国科学家卢克·霍华德(Luke Howard)于1803年制定的分类法为基础,按云的形状、组成、形成原因等把云分为十大云属。而这十大云属则可按其云底高度把它们划入三个云族:高云族、中云族、低云族。另一种分法则将积雨云从低云族中分出,称为直展云族。这里使用的云底高度仅适用于中纬度地区。
高云族
澳大利亚上空的卷云
卷云
卷云(Ci,拉丁文学名Cirrus)在高空形成,有丝缕结构,柔丝般光泽,色白无暗影,多分离散乱。云体常呈丝条状、马尾状、钩状、片状、砧状等。
卷积云
卷积云(Cc),拉丁文学名Cirrocumulus。似鳞片或球状细小云块组成的云层或云片,多成群、成行出现,排列规则。色白无暗影,有柔丝般光泽。卷积云只有一类云状。
卷层云
卷层云(Cs)(拉丁学名Cirrostratus)白色透明均匀的云雾,地物有影,日月轮廓分明,常伴有晕。
高云形成于6000m至18000m高空,对流层较冷的部份。分三属,都是卷云类的。在这高度的水都会凝固结晶,所以这族的云都是由冰晶体所组成的。高云一般呈纤维状,薄薄的并多数会透明。
中云族
透光高积云
高积云
高积云(英语:Altocumulus (cloud))是中云的一类,云块较高层云小,但可清晰分辨轮廓,有时出现在两个或以上的高度,高积云较薄时呈白色,在较厚时呈暗灰色。高积云云状可以是扁圆形、瓦片状等,且以波浪形排列。
高层云
高层云(英语:Altostratus (cloud))是中云的一类,于2000米以上高空形成,像一种带有条纹的幕,颜色多为灰白色或灰色,有时有一点微蓝色,有时较为均匀,但云底没有明显的起伏。高层云的明暗程度会因云的厚度差异而不同。
中云于2500m至6000m的高空形成。它们是由过度冷冻的小水点组成。
低云族
雨层云(Ns,Nimbostratus)
层积云(Sc,Stratocumulus)
层云
低云是在2500m以下的大气中形成。当中包括浓密灰暗的层云、层积云(不连续的层云)和浓密灰暗兼带雨的雨层云。层云接地就被称为雾。
直展云族
积云
积云
积云(拉丁语:Cumulus)在气象学中简写为Cu,拉丁语名称意思为“堆积”有淡积云、中积云、浓积云、碎积云等几种分别,是一种垂直向上发展的云块,底部基本为水平状,顶部为圆弧状,有孤立的,也有重叠圆拱状的或直线排列的,云体的边界分明,外型类似棉花堆。
积云是由于空气对流上升,到空中因为绝热冷却,上升的热气团突然冷却,空中干燥空气的温度每上升100米平均降低1°C ,而露点每上升100米会降低0.15°C,当空气温度达到露点时,其中的水蒸汽凝结成水滴,形成云团,云团的大小取决于当地温度和气压的状况,一般发生积云都是在晴天状态,但当积云顶部超过大气的冰点层时,也会发生降水,降水造成小阵雨或雪,取决于地面的温度状态。在有风的天气,可能形成直线排列的积云,山区地形也会影响积云的排列状态。积云产生的高度取决于热空气团的湿度,湿度高产生的积云比较低 ,在温带,一般积云低部处于2,400米高度,在干旱的山区,可以达到6,000米高。
滑翔机驾驶员因为需要借助上升气流,经常关注积云的产生。
积雨云
积雨云
积雨云,又名雷雨云,简写为Cb,属于低云族。
积雨云可以单独从积云状态发展出来,也可能是伴随冷锋面产生的,通常会产生强阵性的降水,并伴有大风、雷暴等。
积雨云是对流云发展的极盛阶段,云体浓厚庞大,云底混乱,颜色阴暗,有滚轴或悬球状,有时扩展达几千米宽,云底在3,000到4,000米左右,云顶可以向高空伸展,可达23,000米,相成蘑菇状,也可在低部5,000米处平衍,形成铁砧状,当云顶到达-15℃以下的高空时,水滴冻结成冰晶,呈现白色,云浓密时,云体出现闪电,云色昏暗。
积雨云会造成强降水,但一般只持续20分钟,如果当地太阳光强烈,降水会很快蒸发,在几千米以外形成新的云,有时会伴有冰雹和龙卷风。
由于积雨云一般是上升气流造成的,所以对飞行器有很大的危险,小型螺旋桨飞机必须绕行避开积雨云,飞行高的喷气机可以从小型积雨云的上空飞过。
直展云有非常强的上升气流,所以它们可以一直从底部长到更高处。带有大量降雨和雷暴的积雨云就可以从接近地面的高度开始,然后一直发展到13000m的高空。在积雨云的底部,当下降中较冷的空气与上升中较暖的空气相遇就会形成像一个个小袋的乳状云。薄薄的幞状云则会在积雨云膨胀时于其顶部形成。
其他
凝结尾迹是指当喷射飞机在高空划过时所形成的细长而稀薄的云。
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。
云与天气
民间早就认识到可以通过观云来预测天气变化。1802年,英国博物学家卢克·霍华德提出了著名的云的分类法,使观云测天气更加准确。霍华德将云分为三类:积云、层云和卷云。这三类云加上表示高度的词和表示降雨的词,产生了十种云的基本类型。根据这些云相,人们掌握了一些比较可靠的预测未来12个小时天气变化的经验。比如:绒毛状的积云如果分布非常分散,可表示为好天气,但是如果云块扩大或有新的发展,则意味着会突降暴雨。
2009年10月的全球平均云量。NASA的卫星图像;更高清晰度图片可由此获得。
对气候的影响
云在天气和气候中的角色是预测全球变暖时的主要不确定性之一。和云有关的过程的脆弱的平衡,以及从毫米到行星的大范围的尺度跨度会造成这种不确定性。因此,全球气候模式很难准确描述大尺度天气和云之间的相互作用。前面章节列出的云的复杂性和多样性增加了模拟的难度。一方面,白云顶部对来自太阳的短波辐射会有反射,从而使得地表冷却。另一方面,大多数到达地面的阳光被地面吸收,加热了地表,地表又会向上发射长波的红外的辐射。但是云中的水对长波辐射是有效的吸收剂。云又接着会向上和向下发射红外辐射,向下的辐射会导致地表的净加热效果。这个过程和温室气体和水汽的温室效应类似。
高层的对流层云(例如卷云)的二重效应(短波反射造成的冷却和长波温室升温效应)会随着云量的增加而相互抵消或是产生微小的净加热效果。这种短波反射效应在中层云和低层云(例如高积云和层积云)中占了主要部分,从而造成几乎没有长波效应和净的冷却效果。很多研究已经开始关注低层云对变化的气候的相应。不同的最先进的全球气候模式对云的模拟可能会产生相当不同的结果,有些显示增加的低层云,有些则得到低层云的减少。
极地平流层云和中层云不太常见,它们的分布不够对气候产生重要的影响。但是,夜光云出现频率自19世纪以来逐渐增加可能是气候变化的结果。
全球亮化
最近的研究显示了全球亮化的趋势。虽然造成这一趋势的原因还没有能被完全理解,但全球黯化(和后来的逆转)被认为是由大气中气溶胶(特别是生物质燃烧和城市污染带来的含硫气溶胶)含量的变化所引起的。气溶胶含量的变化还可能通过改变云滴的尺寸分布或是云的降水特性和寿命而产生对云的间接效应。
地外行星
在太阳系中,任何有大气层的行星或卫星都会有云。金星的厚厚云层是由二氧化硫构成的。火星有很高很薄的水冰云。木星和土星都有一个外层的由氨气云构成的云盖,中间层是硫化铵云盖,里层是水云盖。土星的卫星土卫六上的云被认为主要是由甲烷构成。卡西尼-惠更斯号的土星任务发现了土卫六上存在着液体循环的证据,比如极地附近的湖泊和星球表面的河流冲刷成的沟槽。天王星和海王星的多云的大气中主要是水汽和甲烷构成。
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