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第14章 地球的万千气象(2)

云层有时满布全天,有时分布稀疏,常呈灰色、灰白色,常有若干部分比较阴暗。层积云有时可降雨、雪,通常量较小。层积云除直接生成外,也可由高积云、层云、雨层云演变而来,或由积云、积雨云扩展或平衍而成。

层积云又可分成5类:

(1)透光层积云。云层厚度变化很大,云块之间有明显的缝隙;即使无缝隙,大部分云块边缘也比较明亮。

(2)蔽光层积云。阴暗的大条形云轴或团块组成的连续云层,无缝隙,云层底部有明显的起伏。有时不一定满布全天。

(3)积云性层积云。由积云、积雨云因上面有稳定气层而扩展或云顶下塌平衍而成的层积云。多呈灰色条状,顶部常有积云特征。在傍晚,积云性层积云有时也可以不经过积云阶段直接形成。

(4)堡状层积云。垂直发展的积云形的云块,并列在一线上,有一个共同的底边,顶部凸起明显,远处看去好像城堡。

(5)荚状层积云。中间厚、边缘薄,形似豆荚、梭子状的云条。个体分明,分离散处。

2.层云

低而均匀的云层,像雾,但不接地,呈灰色或灰白色。层云除直接生成外,也可由雾层缓慢抬升或由层积云演变而来。可降毛毛雨或米雪。层云又可分成2类:

(1)层云。低而均匀的云层,像雾,但不接地,呈灰色或灰白色。

(2)碎层云。不规则的松散碎片,形状多变,呈灰色或灰白色。由层云分裂或由雾抬升而成。山地的碎层云早晚也可直接生成。

3.雨层云

厚而均匀的降水云层,完全遮蔽日月,呈暗灰色,布满全天,常有连续性降水。如因降水不及地在云底形成雨(雪)幡时,云底显得混乱,没有明确的界限。雨层云多数由高层云变成,有时也可由蔽光高积云、蔽光层积云演变而成。雨层云又可分成2类:

(1)雨层云。云体均匀成层,布满全天,完全遮蔽日、月,呈暗灰色,云底常伴有碎雨云,降连续性雨雪。

(2)碎雨云。低而破碎的云,灰色或暗灰色。不断滋生,形状多变,移动快。最初是各自孤立分离的,后来可渐并合。常出现在降水时或降水前后的降水云层之下。

探秘直展云一族

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25000米的高空。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。

1.积云

垂直向上发展的、顶部呈圆弧形或圆拱形重叠凸起,而底部几乎是水平的云块。云体边界分明。如果积云和太阳处在相反的位置上,云的中部比隆起的边缘要明亮;反之,如果处在同一侧,云的中部显得黝黑但边缘带着鲜明的金黄色;如果光从旁边照映着积云,云体明暗就特别明显。积云是由气块上升、水汽凝结而成。积云又可分成3类:

(1)淡积云:扁平的积云,垂直发展不盛,水平宽度大于垂直厚度。在阳光下呈白色,厚的云块中部有淡影,晴天常见。

(2)碎积云:破碎的不规则的积云块(片),个体不大,形状多变。

(3)浓积云:浓厚的积云,顶部呈重叠的圆弧形凸起,很像花椰菜;垂直发展旺盛时,个体臃肿、高耸,在阳光下边缘白而明亮。有时可产生阵性降水。

2.积雨云

云体浓厚庞大,垂直发展极盛,远看很像耸立的高山。云顶由冰晶组成,有白色毛丝般光泽的丝缕结构,常呈铁砧状或马鬃状。云底阴暗混乱,起伏明显,有时呈悬球状结构。积雨云常产生雷暴、阵雨(雪)或有雨(雪)幡下垂。有时产生飑或降冰雹。云底偶有龙卷产生。积雨云又可分成2类:

(1)秃积雨云。浓积云发展到鬃积雨云的过渡阶段,花椰菜形的轮廓渐渐变得模糊,顶部开始冻结,形成白色毛丝般的冰晶结构。秃积雨云存在的时间一般比较短。

(2)鬃积雨云。积雨云发展的成熟阶段,云顶有明显的白色毛丝般的冰晶结构,多呈马鬃状或砧状。

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。

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。云状的判定,主要根据天空中云的外形特征、结构、色泽、排列、高度以及伴见的天气现象,经过认真细致地分析对比,判定是哪种云。判定云状要特别注意云的连续演变过程。

下雪需要什么条件

水是地球上各种生灵存在的根本,水的变化和运动造就了我们今天的世界。

在地球上,水是不断循环运动的,海洋和地面上的水受热蒸发到天空中,这些水汽又随着风运动到别的地方,当它们遇到冷空气,形成降水又重新回到地球表面。这种降水分为两种:一种是液态降水,这就是下雨;另一种是固态降水,这就是下雪或下冰雹等。大气里以固态形式落到地球表面上的降水,叫做大气固态降水。雪是大气固态降水中的一种最主要的形式。冬季,我国许多地区的降水,是以雪的形式出现的。气象上一般把雪按24小时内降水量分为4个等级:0.1~2.4毫米的雪称为小雪;2.5~4.9毫米的雪称为中雪;5.0~9.9毫米的雪称为大雪;10毫米以上(含10毫米)的雪称为暴雪。从降水量看,即使是暴雪的量级也仅仅相当于雨量中的中雨。粗略地估计,10毫米深的积雪仅能融化为1毫米的水。大气固态降水是多种多样的,除了雪花以外,还包括能造成很大危害的冰雹,还有我们不经常见到的雪霰和冰粒。由于天空中气象条件和生长环境的差异,造成了形形色色的大气固态降水。这些大气固态降水的叫法因地而异,因人而异,名目繁多,极不统一。为了方便起见,国际水文协会所属的国际雪冰委员会,在征求各国专家意见的基础上,于1949年召开了一个专门性的国际会议,会上通过了关于大气固态降水简明分类的提案。这个简明分类,把大气固态降水分为十种:雪片、星形雪花、柱状雪晶、针状雪晶、多枝状雪晶、轴状雪晶、不规则雪晶、霰、冰粒和雹。前面的七种统称为雪。为什么后面三种不能叫做雪呢?原来由气态的水汽变成固态的水有两个过程,一个是水汽先变成水,然后水再凝结成冰晶;还有一种是水汽不经过水,直接变成冰晶,这种过程叫做水的凝华。所以说雪是天空中的水汽经凝华而来的固态降水。在天空中运动的水汽怎样才能形成降雪呢?是不是温度低于0益就可以了?不是的,水汽想要结晶,形成降雪必须具备两个条件:

一个条件是水汽饱和。空气在某一个温度下所能包含的最大水汽量,叫做饱和水汽量。空气达到饱和时的温度,叫做露点。

饱和的空气冷却到露点以下的温度时,空气里就有多余的水汽变成水滴或冰晶。因为冰面饱和水汽含量比水面要低,所以冰晶生长所要求的水汽饱和程度比水滴要低。也就是说,水滴必须在相对湿度(相对湿度是指空气中的实际水汽压与同温度下空气的饱和水汽压的比值)不小于100%时才能增长;而冰晶呢,往往相对湿度不足100%时也能增长。例如,空气温度为-20益时,相对湿度只有80%,冰晶就能增长了。气温越低,冰晶增长所需要的湿度越小。因此,在高空低温环境里,冰晶比水滴更容易产生。

另一个条件是空气里必须有凝结核。有人做过试验,如果没有凝结核,空气里的水汽,过饱和到相对湿度500%以上的程度,才有可能凝聚成水滴。但这样大的过饱和现象在自然大气里是不会存在的。所以没有凝结核的话,我们就很难能见到雨雪。凝结核是一些悬浮在空中的很微小的固体微粒。最理想的凝结核是那些吸收水分最强的物质微粒。比如说海盐、硫酸、氮和其他一些化学物质的微粒。所以我们有时才会见到天空中有云,却不见降雪,在这种情况下人们往往采用人工降雪。

雪都是从天空中降落下来的,怎么会有不是在天空里凝结的雪花呢?

1779年冬天,俄国圣彼得堡的一家报纸,报道了一件十分有趣的新闻。这则新闻说,在一个舞会上,由于人多,又有成千上万支蜡烛的燃烧,使得舞厅里又热又闷,那些身体欠佳的夫人、小姐们几乎要在欢乐之神面前昏倒了。这时,有一个年轻男子跳上窗台,一拳打破了玻璃。于是,舞厅里意想不到地出现了奇迹,一朵朵美丽的雪花随着窗外寒冷的气流在大厅里翩翩起舞,飘落在闷热得发昏的人们的头发上和手上。有人好奇地冲出舞厅,想看看外面是不是下雪了。令人惊奇的是天空星光灿烂,新月银光如水。

那么,大厅里的雪花是从哪儿飞来的呢?这真是一个使人百思不解的问题。

莫非有人在变魔术?可是再高明的魔术师,也不可能在大厅里变出雪花来。

后来,科学家才解开了这个迷。原来,舞厅里由于许多人的呼吸饱含了大量水汽,蜡烛的燃烧,又散布了很多凝结核。当窗外的冷空气破窗而入的时候,迫使大厅里的饱和水汽立即凝华结晶,变成雪花了。因此,只要具备下雪的条件,屋子里也是会下雪的。

多姿多彩的雪花

下雪时的景致美不胜收,但科学家和工艺美术师赞叹的还是小巧玲珑的雪花图案。远在一百多年前,冰川学家们已经开始详细描述雪花的形态了。

西方冰川学的鼻祖丁铎耳在他的古典冰川学着作里,这样描述他在罗扎峰上看到的雪花:“这些雪花……全是由小冰花组成的,每一朵小冰花都有六片花瓣,有些花瓣象山苏花一样放出美丽的小侧舌,有些是圆形的,有些又是箭形的,或是锯齿形的,有些是完整的,有些又呈格状,但都没有超出六瓣型的范围。”

在我国,早在公元前一百多年的西汉文帝时代,有位名叫韩婴的诗人,写了一本《韩诗外传》,在书中明确指出:“凡草木花多五出,雪花独六出。”

雪花的基本形状是六角形,但是大自然中却几乎找不出两朵完全相同的雪花,就像地球上找不出两个完全相同的人一样。许多学者用显微镜观测过成千上万朵雪花,这些研究最后表明,形状、大小完全一样和各部分完全对称的雪花,在自然界中是无法形成的。

在已经被人们观测过的这些雪花中,再规则匀称的雪花,也有畸形的地方。为什么雪花会有畸形呢?因为雪花周围大气里的水汽含量不可能左右上下四面八方都是一样的,只要稍有差异,水汽含量多的一面总是要增长得快一些。

世界上有不少雪花图案搜集者,他们像集邮爱好者一样收集了各种各样的雪花照片。有个名叫宾特莱的美国人,花了毕生精力拍摄了近六千张照片。前苏联的摄影爱好者西格尚,也是一位雪花照片的摄影家,他的令人销魂的作品经常被工艺美术师用来作为结构图案的模型。日本人中谷宇吉郎和他的同事们,在日本北海道大学实验室的冷房间里,在日本北方雪原上的帐篷里,含辛茹苦二十年,拍摄和研究了成千上万朵雪花。

但是,尽管雪花的形状千姿百态,却万变不离其宗,所以科学家们才有可能把它们归纳为前面讲过的七种形状。在这七种形状中,六角形雪片和六棱柱状雪晶是雪花的最基本形态,其他五种不过是这两种基本形态的发展、变形或组合。

雨是从云中降落的水滴,陆地和海洋表面的水蒸发变成水蒸气,水蒸气上升到一定高度后遇冷变成小水滴,这些小水滴组成了云,它们在云里互相碰撞,合并成大水滴,当它大到空气托不住的时候,就从云中落了下来,形成了雨。

雨的成因多种多样,它的表现形态也各具特色,有毛毛细雨,有连绵不断的阴雨,还有倾盆而下的阵雨。雨水是人类生活中最重要的淡水资源,植物也要靠雨露的滋润而茁壮成长。但暴雨造成的洪水也会给人类带来巨大的灾难。

地球上的水受到太阳光的照射后,就变成水蒸气被蒸发到空气中去了。水汽在高空遇到冷空气便凝聚成小水滴。这些小水滴都很小,直径只有0.01~0.02毫米,最大也只有0.2毫米。它们又小又轻,被空气中的上升气流托在空中。就是这些小水滴在空中聚成了云。这些小水滴要变成雨滴降到地面,它的体积大约要增大一百多万倍。这些小水滴是怎样使自己的体积增长到一百多万倍的呢?它主要依靠两个手段,其一是凝结和凝华增大,其二是依靠云滴的碰并增大。在雨滴形成的初期,云滴主要依靠不断吸收云体四周的水汽来使自己凝结和凝华。如果云体内的水汽能源源不断得到供应和补充,使云滴表面经常处于过饱和状态,那么,这种凝结过程将会继续下去,使云滴不断增大,成为雨滴。但有时云内的水汽含量有限,在同一块云里,水汽往往供不应求,这样就不可能使每个云滴都增大为较大的雨滴,有些较小的云滴只好归并到较大的云滴中去。如果云内出现水滴和冰晶共存的情况,那么,这种凝结和凝华增大过程将大大加快。当云中的云滴增大到一定程度时,由于大云滴的体积和重量不断增加,它们在下降过程中不仅能赶上那些速度较慢的小云滴,而且还会“吞并”更多的小云滴而使自己壮大起来。当大云滴越长越大,最后大到空气再也托不住它时,便从云中直落到地面,成为我们常见的雨水。

雨的种类很多,除了酸雨,有颜色的雨外,还有许多有趣的雨,比如蛙雨、铁雨、金雨,甚至钱雨。它们都是龙卷风的杰作。

雨的分类首先要看以什么为标准进行划分的。

1.按照降水的成因分类

对流雨、锋面雨、地形雨、台风雨(气旋雨)。

2.按照降水量的大小

小雨、中雨、大雨、暴雨。

3.按照降水的形式

降雪、降雨、冰雹……

雨量等级划分标准是:日降水量0~10毫米为小雨;10~25毫米为中雨;25~50毫米为大雨;50~100毫米为暴雨;100~200毫米为大暴雨;大于200毫米的为特大暴雨。

在寒冷季节的清晨,草叶上、土块上常常会覆盖着一层霜的结晶。它们在初升起的阳光照耀下闪闪发光,待太阳升高后就融化了。人们常常把这种现象叫“下霜”。翻翻日历,每年10月下旬,总有“霜降”这个节气。我们看到过降雪,也看到过降雨,可是谁也没有看到过降霜。其实,霜不是从天空降下来的,而是在近地面层的空气里形成的。

霜是一种白色的冰晶,多形成于夜间。少数情况下,在日落以前太阳斜照的时候也能开始形成。通常,日出后不久,霜就融化了。但是在天气严寒的时候或者在背阴的地方,霜也能终日不消。

霜本身对植物既没有害处,也没有益处。通常人们所说的“霜害”,实际上是在形成霜的同时产生的“冻害”。

霜的形成不仅和当时的天气条件有关,而且与所附着的物体的属性也有关。

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