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千姿百态的云彩(一)---卷云、卷积云、积云

(2008-01-11 09:42:28)
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科普知识

杂谈

分类: 教学资料
    人们的生活、国民经济的发展都会受到天气变化的影响,而天气的变化又总是与云紧密联系的。细心的人都有过这样的经验:天空云量增加,云层降低,天气可能会转坏;相反,云量减少,云层升高可能是天气好转的预兆。可是你知道云是怎么形成的吗?天上那些姿态万千的云彩又预示着会发生什么样的天气过程呢?下面让我们一起来揭开这些秘密吧。

一、云的成因和成分

  人们常常看到天空有时碧空无云,有时白云朵朵,有时又是乌云密布。为什么天上有时有云,有时又没有云呢?云究竟是怎样形成的呢? 它又是由有什么组成的?

  漂浮在天空中的云彩是由许多细小的水滴或冰晶组成的,有的是由小水滴或小冰晶混合在一起组成的。有时也包含一些较大的雨滴及冰、雪粒,云的底部不接触地面,并有一定厚度。

  云的形成主要是由水汽凝结造成的。

  我们都知道,从地面向上十几公里这层大气中,越靠近地面,温度越高,空气也越稠密;越往高空,温度越低,空气也越稀薄。

  另一方面,江河湖海的水面,以及土壤和动、植物的水分,随时蒸发到空中变成水汽。水汽进入大气后,成云致雨,或凝聚为霜露,然后又返回地面,渗入土壤或流入江河湖海。以后又再蒸发(升华),再凝结(凝华)下降。周而复始,循环不已。

  水汽从蒸发表面进入低层大气后,这里的温度高,所容纳的水汽较多,如果这些湿热的空气被抬升,温度就会逐渐降低,到了一定高度,空气中的水汽就会达到饱和。如果空气继续被抬升,就会有多余的水汽析出。如果那里的温度高于0°C,则多余的水汽就凝结成小水滴;如果温度低于0°C,则多余的水汽就凝化为小冰晶。在这些小水滴和小冰晶逐渐增多并达到人眼能辨认的程度时,就是云了。

二、云的九族

    天上的云总是形态各异,千变万化的,你知道为什么会这样吗?前面我们已经知道云主要是由空气上升绝热冷却而形成的,这是云形成的共性,但是水汽在凝结或凝华过程中有着不同的特点,因而形成了不同的云状,这是不同云形成的个性。根据形成云的上升气流的特点,云可分为对流云、层状云和波状云三大类。对流云包括淡积云、浓积云、秃积雨云和鬃积雨云,卷云也属于对流云;层状云包括卷层云、高层云、雨层云和层云;波状云包括层积云、高积云、卷积云。根据云底的高度,云可分成高云、中云、低云三大云族。然后再按云的外形特征、结构和成因可将其划分为十属二十九类(见表1)。它们主要是:

低云
包括层积云、层云、雨层云、积云、积雨云五属(类),其中层积云、层云、雨层云由水滴组成,云底高度通常在2,500米以下。大部分低云都可能下雨,雨层云还常有连续性雨、雪。而积云、积雨云由水滴、过冷水滴、冰晶混合组成,云底高度一般也常在2,500米以下,但云顶很高。积雨云多下雷阵雨,有时伴有狂风、冰雹。

中云
包括高层云、高积云两属(类),多由水滴、过冷水滴与冰晶混合组成,云底高度通常在2,500-5,000米之间。高层云常有雨、雪产生,但薄的高积云一般不会下雨。

高云
包括卷云、卷层云、卷积云三属(类),全部由小冰晶组成,云底高度通常在5,000米以上。高云一般不会下雨,但冬季北方的卷层云、密卷云偶尔会降雪。

卷云 卷层云 卷积云

云量和晴阴

  云量多少,全凭目测云块占据天空的面积来估计。因为是目测,当然并不十分准确,但也没有更好的办法,全世界的气象站至今还是用这种目测方法估计云量。天气预报广播中的晴、少云、多云和阴,就是根据云量的多少划分的。

  通常将整个天空划分为10等份,碧空无云或被云遮蔽不到0.5份时,云量为“0”;云遮盖天空一半时,云量为“5”。云量多时,应估计露出的青天,再推算出云量。云量少时,则直接估计云所遮蔽天空的份数,如云块占全部天空的1/10时,云量为“l”;云块占天空2/10时,云量为“3”,余类推。

  天空无云,或者虽有零星云层,但云量不到2成时称为晴;低云量在8成以上称为阴;中、低云的云量为1~3,高云的云量为4~5时,称为少云;中、低云的云量为4~7,高云的云量为6~10时,称为多云。一般说来,当天空被云掩蔽,颜色发白,地上东西显得明亮时,这种云较高。相反,云色呈灰或灰黑色,显得阴沉,这种云则较低。移动慢的云较高,移动快的云较低。

  这样做提供了一个判断天气的数量标准,和过去的习惯稍有不同。例如,习惯上以雨停而云散,或有云仍见太阳光为晴;以天空云层密布,阳光罕见,或天色阴暗时为阴

看云识天气

  长期的观测和实践表明,云的产生和消散以及各类云之间的演变和转化,都是在一定的水汽条件和大气运动的条件下进行的。人们看不见水汽,也看不见大气运动,但从云的生消演变中可以看到水汽和大气运动的一举一动,而水汽和大气运动对雨、雪、冰、雹等天气现象起着极为重要的作用。

  千百年来,我国劳动人民在生产实践中根据云的形状、来向、移速、厚薄、颜色等的变化,总结了丰富的"看云识天气"的经验,并将这些经验编成谚语。我们在这里将这些有关"看云识天气"的谚语汇总在一起,有兴趣的朋友不妨留心作一些观察对照。

  "天上钩钩云,地上雨淋淋":钩钩云指钓卷云,这种云的后面,常有锋面(特别是暖锋)、低压或低压槽移来,预兆着阴雨将临;

  "炮台云,雨淋淋":炮台云指堡状高积云或堡状层积云,多出现在低压槽前,表示空气不稳定,一般隔8-10小时左右有雷雨降临。

  "云交云,雨淋淋":云交云指上下云层移动方向不一致,也就是说云所处高度的风向不一致,常发生在锋面或低压附近,所以预示有雨,有时云与地面风向相反,则有"逆风行云,天要变"的说法。

  "江猪过河,大雨滂沱":江猪指雨层云下的碎雨云,出现这种云,表明雨层云中水汽很充足,大雨即将来临。有时碎雨云被大风吹到晴天无云的地方,夜间便看到有象江猪的云飘过"银河"'也是有雨的先兆。

  "棉花云,雨快临":棉花云指絮状高积云,出现这种云表明中层大气层很不稳定,如果空气中水汽充足并有上升运动,就会形成积雨云,将有雷雨降临。

  "天上灰布悬,雨丝定连绵":灰布云指雨层云,大多由高层云降低加厚蜕变而成,范围很大、很厚,云中水汽充足,常产生连续性降水。

  "云往东,车马通;云往南,水涨潭;云往西,披蓑衣;云往北,好晒麦":根据云的移动方向来预测阴晴,云向东、向北移动,预示着天气晴好;云向西、向南移动,预示着会有雨来临。云的移动方向,一般表示它所在高度的风向。这一谚语说明,云在低压内不同部位的分布情况。它适用于密布全天、低而移动较快的云。

  "鱼鳞天,不雨也风颠":鱼鳞天指卷积云,出现这种云,表明高层大气层不稳定,如果云层继续降低、增厚,说明本地区已处于低压槽前,很快会下雨或刮风。

  "天上鲤鱼斑,明日晒谷不用翻":鲤鱼斑指透光高积云,往往处在由冷变暖的变性高压气团控制下,云层如果没有继续增厚,短期内仍是晴天。

  "乌云接落日,不落今日落明日":指太阳落山时,西方地平线下升起一朵城墙似的乌云接住太阳,说明乌云东移,西边阴雨天气系统正在移来,将要下雨。一般来说,如接中云,则当夜有雨;如接高云,则第二天有雨。但如西边的乌云呈条块状或断开,或本地原来就多云,那就不是未来有雨的征兆了。

  "西北开天锁,明朝大太阳":指阴雨天时,西北方向云层裂开,露出一块蓝天,称"天开锁"。这说明本地已处在阴雨天气系统后部,随着阴雨系统东移,本地将雨止云消,天气转好。

  "太阳现一现,三天不见面":指春、夏时节,雨天的中午,云层裂开,太阳露一露脸,但云层又很快聚合变厚,这表明本地正处在准静止锋影响下,准静止锋附近气流升降强烈、多变。上升气流增强时,云层变厚,降雨增大;上升气流减弱时,云层变薄,降雨减小或停止;中午前后,太阳照射强烈,云层上部受热蒸发,或云层下面上升气流减弱,天顶处的云层就会裂开。随着太阳照射减弱,或云层下部上升气流加强,裂开的云层又重新聚拢变厚。因此,"太阳现一现"常预示继续阴雨。'这句谚语和"太阳笑,淋破庙"、"亮一亮,下一丈"等谚语类同。

  "日落射脚,三天内雨落":指太阳从云层的空隙中照射下来,称"日射脚",傍晚出现日射脚,说明对流作用强烈,预示有雨。

  "早霞不出门,晚霞行千里":早晨东方无云,西方有云,阳光照到云上散射出彩霞,表明空中水汽充沛或有阴雨系统移来,加上白天空气一般不大稳定,天气将会转阴雨;傍晚如出晚霞,表明西边天空已放晴,加上晚上一般对流减弱,形成彩霞的东方云层,将更向东方移动或趋于消散,预示着天睛。

  "久晴大雾阴,久阴大雾晴":指的是久晴之后出现雾,说明有暖湿空气移来,空气潮湿,是天阴下雨的征兆;久阴之后出现雾,表明天空中云层变薄裂开消散,地面温度降低而使水汽凝结成辐射雾,持到日出后雾将消去,就会出现晴天。

  在暖季的早晨,如天边出现了堡状云,表示这个高度上的潮湿气层已经很不稳定,到了午间,低层对流一旦发展,上下不稳定的层次结合起来,就会产生强烈的对流运动,形成积雨云而发生雷雨。所以有"清早宝塔云,下午雨倾盆"的谚语。

  另外,有天气预兆的云在演变过程中,往往具有一定的连续性、季节性和地方性。当天空中的云按照卷云、卷层云'高层云、雨层云这样的次序从远处连续移来,而且逐渐由少变多,由高变低,由薄变厚时,就预兆很快会有阴雨天气到来;相反,如果云由低变高、由厚变薄、由成层而崩裂为零散状的云时,就不会有阴雨天气。在暖季早晨,天空如出现底平、顶凸、孤立的云块(淡积云),或移动较快的白色碎云(碎积云),表明中低空气层比较稳定,天气睛好。

  此外,云的颜色也可预兆一定的天气,如冰雹云的颜色先是顶白底黑,而后云中出现红色,形成白、黑、红色乱绞的云丝,云边呈土黄色。黑色是阳光透不过云体所造成的;白色是云体对阳光无选择散射或反射的结果;红黄色是云中某些云滴(直径在千分之一到百分之一毫米之间)对阳光进行选择散射的现象。有时雨云也呈现淡黄色,但云色均匀,不乱翻腾。还有不少谚语是从云色和云形来预兆要下冰雹的。例如,内蒙古有"不怕云里黑,就怕云里黑夹红,最怕黄云下面长白虫"等谚语,山西有"黄云翻,冰雹天;乱搅云,雹成群;云打架,雹要下"、"黑云黄云土红云,反来复去乱搅云,多有雹子灾严重"等谚语。还有"午后黑云滚成团,风雨冰雹一齐来"、"天黄闷热乌云翻,天河水吼防冰蛋"等说法,这些都说明当空气对流强盛,云块发展迅猛,象浓烟一股股地直往上冲,云层上下前后翻滚时,就容易下冰。

三、卷积云

  云块很小,呈白色细鳞、片状,常成行或成群,排列整齐,似微风吹过水面所引起的小波纹。卷积云只有1类。http://www.kepu.net.cn/gb/earth/weather/water/images/wtr_pic30.jpg

  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。

卷云
http://baike.baidu.com/pic/22/11633170060614885_small.jpg 四、卷云(Cirru Ci)

  卷云高云的一种,是对流层中最高的,平均高度超过6000公尺。所以清晨当太阳还没有升到地平线上或傍晚太阳已下山后,光线都会照到这种孤悬高空而无云影的卷云上,经过散射后,显现出漂亮的红色或橘红色的霞象,在夏日的晴空中十分常见。

  卷云的成分多以冰晶形态出现,云体呈白色,也因为含有冰晶,所以看起来较透明也较亮,蓝天中的云丝会更加洁净,有蚕丝般的光泽。卷云云层通常不厚,且细致而分散,呈现一丝丝的、具有纤维组织的云彩,像羽毛头发、乱丝、或马尾,姿态很多,相当有趣。

  『蔚蓝色的天空,漂荡着白白的浮云,
  像撕薄了的棉絮,铺在倒悬着的碧海上
。』─ 最美丽的云就是卷云。

  卷云因为云层太高,即使生成小水滴,下降过程中很容易蒸发,不会抵达地面,故在地面上不会感到下雨,象征一整天都会是晴朗的好天气。

  你知道坏天气或台风来临前的一两天,天空会出现什么云吗? (提示:它大多出现于十公里以上高空,是所有云层中位置较高的云) 答案是卷云。热带气旋强烈的上升气流会把潮湿的空气带到近五、六千公尺以上的高空,由于温度很低,水气结成了透明的小冰粒,形成像绢丝一样发光的云彩--卷云,这些在高层辐散流场区域的卷云,会从热带气旋中心向外流出,所以当香港还是位于热带气旋边缘时,我们便已看到那些在热带气旋外围的卷云,并称为「台母」。

  具有丝缕状结构,柔丝般光泽,分离散乱的云。云体通常白色无暗影,呈丝条状、羽毛状、马尾状、钩状、团簇状、片状砧状等。

  卷云产生的高度很高,属于高云族,一段距地约6-12千米,至少5500米高。也可以在海拔比较低的寒冷地区存在。在这样的高度上,空气温度很低且水汽很少,云由细小且稀疏的冰晶组成,故比较薄而透光性较好,洁白而亮泽,常具丝缕结构。

  卷云形成的原因多样,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面成;或由于高积云抬升转化而成;或由高积云所降雪幡残留空中而成;可见卷云形成的途径是多样的。

  已形成的卷云由于所下降的冰晶通过温、湿、风等不同的气层,也会表现为各种形态。分散个体常呈丝缕状、马尾状、羽毛状、钩状、团簇状和片状等多种形态。

  由于卷云薄,阳光和月光可以轻易的通过,因此,作用在冰晶上的光线产生许多奇妙的现象,包括晕圈。

  卷云可分为毛卷云密卷云钩卷云伪卷云四类。
五、积云
http://baike.baidu.com/pic/14/11726384026852696_small.jpg 积云(cumulus)

  积云由水滴组成,但有时可伴有冰晶,它主要是由空气对流上升冷却使水汽发生凝结而形成的。因此,积云的外形特征与空气对流运动的特点紧密相联。一团空气上升,在开始时它的内部水汽含量和温度的水平分布基本上是均匀的,从而水汽产生凝结的高度是一致的,因此,一朵积云具有水平的底部。由于在形成阶段,云内为上升气流且云顶中央上升气流最强,四周较弱,云外为下沉气流,造成积云具有圆拱形向上凸起的顶部以及明显的轮廓。

  积云主要在白天形成,因为阳光使空气变热,另一方面,地面也使空气变热。积云也可在白天山顶上形成,因为山坡受热比谷底受热快。这种不稳定的受热形成运动中的对流。积云有时伴随或提前冷锋而形成。因为在锋区,空气被迫抬升。

  积云云底高度在湿度大的地区一般在600-1200米,在干燥的地区为3000米,积云底部清晨接近地面,在午后就会上升。

    对流上限和凝结高度的相对位置同积云形成的关系

  积云通常在湿润地区和热带地区出现,但有时也会在干燥地区出现。除非积云变成积雨云,否则不会出现阵雨,尤为正午后形成的云堆和积雨云表示阵雨很可能出现。

  由于对流运动的强度不同,所以对流云垂直发展的厚度也不同,一般积云可分为淡积云、浓积云(以及碎积云),取决于对流高度和凝结高度的配置。

    积云在发展过程中遇到稳定层,或积雨云在对流衰退时平衍而成积云性层积云或积云性高积云:

    1.淡积云发展时遇稳定层而平衍,则成积云性层积云
    2.浓积云在发展时遇稳定层而平衍则成积云性高积云
    3.浓积云在傍晚对流衰退时多演变为向晚层积云(积云性层积云的一种,顶部较平,呈扁平长条形,云顶尚保留有一些积云的园拱形,常出现于傍晚,故名)。
    4.积雨云在崩解过程,既可分裂演变成积云性高积云, 同时下部则可分裂演变成积云性层积云。

    积云遇到逆温层而衍变为层积云


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