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概述

云是地球上庞大的水循环的有形结果。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。

云的形成

形成云的原因有很多,主要是由于潮湿空气上升,在上升的过程中,因外界气压随高度降低,而它的体积渐渐膨胀。在膨胀的过程中要消耗自己的热量。这样空气就边上升,边降温。空气中含水汽的能力是有限的,在一定的气温下,与单位何种空气的最大限度含水量所相应的水汽压,称为饱和水汽压。饱和水汽压随气温的降低而减小的。所以上升空气的气温降低了,它的饱和水汽压就不断地减小,当上升空气的饱和水汽压降到实有的水汽压之下时,就会有一部分水汽以空中烟粒微尘为核而凝结成为小水滴(当温度低于0 ˚C时,可形成小冰晶)。这些小水滴的体积非常小,它们在云体中称为云滴,它们的平均半径只有几微米,但浓度却很大,在空气中下降的速度极小,能被空气中的上升气流托住,潮湿空气怎样才会发生上升运动的而成为云呢,最主要的有以下几种:

第一是热力作用。在阳光下,由于日照强烈,近地面的地层被急剧地增热,热而轻的空气就发生上升运动。我们在夏季白天常见的山状的云,就是由于这种作用形成的。

第二是锋面作用。“锋面”是气象学上的冷暖空气交锋时的界面。当暖而轻的空气向前进时,遇到冷而重的空气的阻挠,暖空气就会主动地在冷空气斜面上滑升,这时的界面叫做暖锋面。暖空气在暖锋面上倾斜上升,就会形成大范围深厚的云层。当冷空气向前进遇到暖空气时,就会冲到暖空气的下面迫使暖空气上升,这时的界面叫做冷锋面。暖空气被迫在冷锋上上升。

第三是地形作用。平流的湿空气遇到山脉、丘陵或高原等地形的阻拦时,就会被迫上长,在迎风的山坡上形成云或雾。

此外,由于空气的垂直乱流的作用,以及由于湿空气层夜间的辐射作用,也会使空气的水汽凝结成云。

云的颜色

天空有各种不同颜色的云,有的洁白如絮,有的是乌黑一块,有的是灰蒙蒙一片,有的发出红色和紫色的光彩。这里面,云的厚薄决定了颜色,我们所见到的各种云的厚薄相差很大,厚度可达7-8公里,薄的只有几十米。有满布天空的层状云,孤立的积状云,以及波状云等许多种。

很厚的层状云,或者积雨云,太阳和月亮的光线很难透射过来,看上去云体就很黑;稍微薄一点的层状云和波状云,看起来是灰色,特别是波状云,云块边缘部分,色彩更为灰白;很薄的云,光线容易透过,特别是由冰晶组成的薄云,云丝在阳光下显得特别明亮,带有丝状光泽,天空即使有这种层状云,地面物体在太阳和月亮光下仍会映出影子。

有时云层薄得几乎看不出来,但只要发现在日月附近有一个或几个大光环,仍然可以断定有云,这种云叫做“薄幕卷层云”。孤立的积状云,因云层比较厚,向阳的一面,光线几乎全部反射出来,因而看来是白色的;而背光的一面以及它的底部,光线就不容易透射过来,看起来比较灰黑。日出和日落时,由于太阳光线是斜射过来的,穿过很厚的大气层,空气的分子、水汽和杂质,使得光线的短波部分大量散射;而红、橙色的长波部分,却散射得不多,因而照射到大气下层时,长波光特别是红光占着绝对的多数,这时不仅日出、日落方向的天空是红色的,就连被它照亮的云层底部和边缘也变成红色了。由于云的组成有的是水滴,有的是冰晶,有的是两者混杂在一起的,因而日月光线通过时,还会造成各种美丽的光环或彩虹。

云的分类

目前国际上通用的将云分为低、中、高云和直展云,我国以这一分类体系为基础,结合观测、天气预报的需要和云的基本外形,具体将云分成三族十属二十九类云状。

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。

云与气候

云吸收从地面散发的热量,并将其反射回地面,这有助于使地球保温。但是云同时也将太阳光直接反射回太空,这样便有降温作用。哪种作用占上风取决于云的形状和位置。

从地面向上十几公里这层大气中,越靠近地面,温度越高,空气也越充足;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(汽化),再凝结(凝华)下降。周而复始,循环不已。