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变幻莫测的低空舞者

2016-09-21程醉

金色少年(奇趣科普) 2016年7期
关键词:积云积雨云水滴

程醉/文



变幻莫测的低空舞者

程醉/文

在地球上,再没有比天空更为广阔的舞台了,而各种各样的云无疑是这个舞台上恣意的舞者。大家都知道,云是由许多细小的水滴或冰晶组成的。云底离地面的高度通常在2000米以下的,属低云族。现在我们将要认识的是其中很常见的积云、层积云和积雨云。

吓你一跳,云其实重如泰山

先来看积云。

在很多动画片和神话片里,主人公总是喜欢在云朵之间蹦来跳去。如果遇上好天气,从飞机的窗口看下去就能见到一朵朵棉花糖似的白云。这些成团的云,就是低云族中的积云。

积云由水滴组成,有浓积云和淡积云,对流旺盛时可发展为积雨云,消散时常成碎积云。

在“杞人忧天”的故事中,杞国人担心天塌下来,但事实上,这种担忧也不无道理。因为云彩并非歌里唱的“小小的一片云啊,慢慢地走过来”那种轻飘飘、软绵绵的样子,它们其实非常厚重。

云的重量,是指它含有的水滴或冰晶的重量。种类不同,高度不同,云的重量也大不相同。积云的含水量为每立方米0.2~1克;高积云的含水量则是每立方米0.2~0.5克;层云和层积云的含水量也在每立方米0.1~0.5克;最厉害的雨层云的含水量每立方米可高达15克。

据测算,长宽高都为1千米的积云中,含有100万立方米的水珠,可能重达10亿千克。单纯的数据看得人头晕目眩,很多气象学家就喜欢用“大象”作为单位来描述云的重量。美国国家大气研究中心告诉我们,平均每片积云重约100头大象,一片大的积雨云重约20万头大象。

浓积云:底部平坦而灰暗,顶部为重叠的圆弧形凸起,很像花椰菜

淡积云:呈孤立分散的小云块,底部较平,顶部呈圆弧形凸起,像小土丘

如此沉重的云,简直重如泰山!那么它们为什么没有从天上掉下来,砸在人的脑袋上?

其实,天空中的云一直都在不断下降,只是速度极其缓慢。科学家们称之为“终速”。重力把水滴往下拽,但大气与水滴之间有摩擦阻力,某种程度上形成一个力的平衡。因此,云确实一直在不断下降,但速度每秒不到1厘米。我们如果不借助特殊的器材,根本感觉不到这种变化。

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

荚状层积云:云体扁平,常由傍晚地面的受热空气上升而直接形成

堡状层积云:云块顶部突起,云底连在一条水平线上,形似城堡

波状层积云

目瞪口呆,云竟会“七十二变”

积云在受到上方暖空气的作用后,开始斜向扩张,慢慢便形成了层积云。

层积云多由小水滴组成,形态上是较大的团块或波状的结构。

它们醒目、夸张,在飞机恰好飞越时看过去,那真是妙趣横生。云塔高耸在积云之上,就像是一座空中的魔幻之城。如果此时地面的天气好,从地面上看层积云也十分引人入胜。透过层积云间隙的阳光打造出光柱效果,在西方世界一直被认为是“上帝的手指”。气象学家们称这种奇妙的现象为“曙暮辉”。

鬃积雨云

砧状积雨云:极像打铁的铁砧,雷雨时多见

弧状积雨云

乳房状积雨云

秃积雨云:是浓积云发展到鬃积雨云的过渡阶段,存在时间较短

随着空气对流运动继续增强,云顶的垂直发展更加旺盛,顶部开始冻结,形成冰晶,花椰菜形的轮廓也变得模糊,此时就进入积雨云阶段。

积雨云是所有云中最凶猛、最可怕的。它虽然始于普通的积云,但好像一匹脱缰的野马,会出其不意地出现在任何地方。随着积雨云的长大,大量潮湿的暖气流被拉向它的中心。接着便会出现冷凝效应,此时积雨云会释放出更多的热量,从而导致它越聚越高。直到距离地面10千米左右的地方,由于受到温度变化的控制,积雨云便不再继续升高。

这时候,积雨云下端黑色的云层便会开始出现降雨的现象,导致我们在路上不期而遇一场阵雨。积雨云不仅仅在地面肆虐,对于空中的飞机来说危险更大。遭遇积雨云时,飞机可能会遭遇闪电、棒球大的冰雹袭击,也可能出现机翼结冰而危及飞行安全。

恍然大悟,云的家族成员众多

鲜为人知的是,在夏天,天空中积云的平均“寿命”仅有10分钟左右。所以,如果在夏天你目不转睛地观察天空10分钟,理论上可以看到一个微小的水蒸气文明诞生、生长、死亡的全过程。也正是因为短暂以及变幻莫测,云在很长时间里模糊了科学、艺术甚至是哲学的界限,以致在长久的时间里被忽视,被遗忘,甚至一直没有正式的科学名字。

虽然从远古时代开始,人类已经对云有所观察,在一些远古的壁画、石刻中都有云若隐若现的身影,但直到19世纪,云才在科学界得以冠名。相对来说,我们对于云的科学研究要比其他自然科学项目晚了很久很久。

我们并不能像研究其他生物那样,随随便便就能够抓到它们。在漫漫的历史长河中,云不得不长期作为一个潜在的研究课题而存在着。

德国药剂师兼业余气象学家卢克·霍华德是世界公认的云分类学奠基人。目前,常用的云分类方法主要有形态学分类法和发生学分类法两种。我国科学家对云采用的是形态学分类法,按照它们的外形以及平均云层高度分为3族10属29类。在高、中、低云族里面,积云、积雨云、层积云、层云、雨层云、碎雨云属于低云族;高层云、高积云属于中云族;卷云、卷层云则属于高云族。

卷云也是云的常见形态,常呈羽毛、钩子、马尾等形状

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