2023年第三期 云中探“秘”

2023-03-03

云,是最常见的自然现象之一,它们是由无数微小的水滴、冰的晶体的集合体悬浮在地球大气中所形成的一种肉眼可见的聚合物。如同天空中的魔术师,云有时浓,有时淡,有时聚,有时散。它们的形状千变万化,为天空增添了独特的风景。




云的“千姿百态”


云不仅种类多样,色彩也多变。 云的科学分类最早是由法国博物学家尚· 拉马克于1801年提出的。1929年,国际气象组织以英国科学家路克·何华特于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,这十大云属可按其云底高度划入三个云族:高云族、中云族和低云族。另一种分法则将积雨云从低云族中分出,称为“直展云族”。不过,这里使用的云底高度仅适用于中纬度地区。


云朵的【三族十属】


云的颜色跟云的厚度、阳光通过率和光线折射的角度有关。一般来说,当云朵比较薄的时候,阳光是可以直接从云层中间透过来的,这时我们看到的就是阳光的颜色,所以这种云朵是白色的。当云朵比较厚的时候,阳光透不过,就显得很黑。当云朵稍薄,阳光能透过一部分时,看起来就是灰色的。日出和日落时,阳光是斜射过来的,空气中的水汽和杂质使得短波被大量散射,红、橙等色的长波部分得以保留,这些光照亮云层,被云层的底面反射回来,在我们眼里,云朵自然就变成了红色和橙色。此外,当云层中存在冰晶时,光线还会产生衍射,就像棱镜分光一样。这时, 云层边缘就会呈现彩色光环。



一朵云的质量和移动速度


在晴朗的日子里,我们能看到白云轻盈得像一朵朵棉花糖,在辽阔的蓝天上自由地飘浮着。但实际上,云非常重。云的质量是指云中所含水滴 ( 或冰晶 ) 的质量,不同类型的云,所含水滴 ( 或冰晶 ) 的量也不同。一般情况下,积云的含水量为每立方米0.2到1克;高积云的含水量为每立方米0.2到0.5克;层云或层积云的含水量为每立方米0.1到0.5克;雨层云的含水量每立方米可达15克。 


像“棉花糖”一样的云


例如,一片1平方米的积云,不是特别大,如果按每立方米平均含水量0.2克计算,其质量有200吨。而积雨云的质量更为惊人,根据位于科罗拉多州的美国国家大气研究中心所提供的数据,积雨云的平均质量相当于100头大象的体重,而一大片暴雨云更有20万头大象重。 


那么,这么重的云究竟是如何飘浮在空中的?主要是由于上升气流的作用。云是由数量极多的细小水珠和冰晶组成的,云中小水滴的直径仅为0.01毫米,它向地面自然下落的速度是0.5厘米/秒,一个小小的上升气流就能使云团悬浮起来。当空气冷却下沉时,云中的水汽会凝结。如果这个时候空气温度足够低,那么就会形成雪或冰雹;如果温度不够低,那么冻结的冰珠在下落的过程中便会融化形成雨。 


像陀螺一样的荚状云


至于这么重的云的移动速度会有多快,这主要取决于风速。风速较大时,云的移动速度也会变快。据科学家研究,云移动的平均速度可以达到36千米/时,最快能到50~60千米/时,堪比在市区正常行驶的汽车。一般来说,云所处的位置越高,移动得就越快,这是因为在对流层内高度越高,风速便会越大,云自然也就移动得越快了。



真的有“地震云”吗


关于“地震云”的一种说法是,它由地底深处的变化引起。有人认为,在地震发生前夕,地热会在地震带聚集,或者地下岩石摩擦生成大量的热量,形成上升气流,从而在高空诱发“地震云”的形成。也有人认为,地震前岩石会出现压缩或拉伸的变化,从而改变电阻率,进一步引发局部的电磁场变化。这种变化会导致电磁波对大气电离层造成影响,最终表现为云层的特殊排列。此外,还有人推测,氧气属于顺磁性物质,它们会在地震前受到磁场影响被吸引,进而影响到空中的水汽,形成“地震云”。 


被误传为“地震云”的高积云


对于以上这些说法,地质学家表示都不可信,因为地磁场的改变没有那么简单。假如来自地层深处的电磁波对云有某种影响,这种影响也不可能通过我们肉眼所见的云朵形状判断出来。如果真的能靠地磁场影响云层分布来预测地震,那么不如直接去监视地磁场来预测地震。 


同时,气象学家也表示,不论哪种云的形成,都与高空的气流活动相关,与地球内部无关。至于地震前地表温度会升高的说法,也从未被证实过。 此外,美国地质调查局的研究人员也认为,地质现象确实有可能影响到天气,但是时间跨度达到了数百万年。 所以,所谓的“地震云”是不存在的,那些拍摄到的“美丽云彩”与地震毫无关联。 总而言之,美丽的云总是充满了神秘色彩。生活在地球上的我们,与云有着千丝万缕的联系,它还有更多的秘密等着我们慢慢揭示。



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文 / 张 眉(浙江省气象服务中心)

来源 /《科学24小时》



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