“风中有朵雨做的云”歌曲委婉动听,孙悟空腾云驾雾的神话故事人们耳熟能详,与云有关的成语、谚语、豪迈诗词比比皆是,在我们的日常生活中,天气变化和人们的生活息息相关,雷鸣电闪、暴风骤雨、雪花飘飘、阴雨连绵、多彩的天空都与云密不可分,云对我们既熟悉又陌生,要是有人问到“云是怎么形成的?云的种类有多少?云中发生的千奇百怪的现象是怎么产生的?”等系列问题时,常人一般是难以回答得上来。所以有必要从气象学知识的角度入手,揭开云的神秘面纱。
云的形成与特征
气象学上规定,云是悬浮在天空中的大量微小的水滴或冰晶微粒或者是两者混合的可见聚合体。有时也包含一些较大的雨滴、冰或雪粒,底部不接触地面,并有一定的厚度。想必大家对雾特别熟悉和有亲临其境的感受吧,其实云和雾没有本质上的不同,区别仅仅在于雾就在我们身边环绕,与地面接触,其下界是地面,而云底则和地面有一定的距离而高高在上,在地面上的人看到的是云,而在云中的人则看到的就是雾。
形成云的基本条件有三个:水汽要充足、凝结核要足够和水汽要有凝结的温度。一般来讲,大气中水汽凝结核是下层多于上层,气压的垂直分布是下面高上面低,如果有适当的条件使得含水汽的空气团产生上升运动,使其产生膨胀温度降低,导致水汽产生凝结现象就形成了云。也就是说上升运动加水汽凝结就生成了云,反之亦然。在大气中锋面爬升、气旋辐合、地形抬升、热力对流等都可以产生上升运动,形成千姿百态不同形状的云。在我国北方,降水天气大部分都是由冷锋、气旋和热力对流形成的,所以有必要简单介绍。
在大气中,由于下垫面的受热状况不同,就形成了冷暖气团,在冷暖气团之间有一个倾斜狭窄的交界区,就是所谓的锋面,在锋面上能够产生爬升运动,如果是冷空气势力较强推动着暖气团移动就是冷锋,它往往产生大范围的降水云层。气旋是指中心气压比四周低的水平空气涡旋,在北半球气流呈逆时针方向旋转,在气旋中,由于有气流辐合上升,常形成剧烈变化的天气。热力对流比较容易理解,就是在太阳的强辐射下,由于下垫面受热不均,造成热空气的上升运动,这种情况一般在夏季出现,常常产生系列积云,容易出现雷阵雨天气。
根据云的外形特征、结构特点和云底高度,可以分为三族十属二十九类。三族指的是高云族、中云族和低云族。其中,高云主要包括卷云、卷层云和卷积云,它们是由冰晶构成的,一般呈白色,有蚕丝般的光泽,比较透明。云底高度一般在5000米以上。中云族包括高层云和高积云,有水滴或水滴与冰晶混合构成,高度一般在2500米至5000米之间。低云族包括积云、积雨云、层积云、层云和雨层云,一般有水滴构成,如云体较厚,对流发展旺盛时,上部也有冰晶结构。至于各族云中包括的层状云、波状云和积状云,它们的形成原理基本是相同的。层状云的水平范围很广,云底比较均匀,成层状,覆盖范围较大,云内气层稳定。波状云水平范围也较广,云内乱流较强,云顶常有逆温层。积状云水平范围较小,云内不稳定,有对流上升运动。高云一般不产生降水,厚的中云可产生降水,如高层云就常常造成连续性降水,低云是产生降水的主要云体,如雨层云就可产生比较大的连续性降水,积雨云可产生雷电、暴雨、大风、冰雹等气象灾害天气。
人们不会忘记,2021年10月2日至6日,山西大部分地区出现极端强降水天气,形成了连续性暴雨天气,多个国家气象观测站过程累计降水量超过同期历史极值,造成了严重的气象灾害。此次降水过程中大气环流形势稳定,使得降水时间偏长。副热带高压西侧的偏南气流和低层西南急流,将南海和孟加拉湾的水汽源源不断地输送到山西中南部地区,为山西持续降水提供了充沛的水汽来源。在稳定的天气形势下,地形抬升也起到了作用。低层切变线辐合系统长时间维持和降水回波反复经过山西中部,叠加山西吕梁山、太行山复杂地形对降水云层的增幅作用,导致山西中部及临汾北部地区极端强降水的出现。
看云识天气
在人类历史发展的长河中,从前由于探测天气的技术水平较低,气象仪器的缺乏,劳动人民在长期的生产生活实践中,总结出了许多看云辨识天气的谚语,虽然存在着一定的局限性,但有很多谚语还是有气象科学性的。我们下面列举几条谚语加以解析,希望能够起到抛砖引玉的作用。如对高云有“天上起了钩钩云,不过三日雨淋淋”,就有很好的前瞻性,钩钩云在气象学上叫钩卷云,它一般呈逗点状,往往出现在锋面云系的前端,如果系统持续发展,云层逐渐变厚,说明降水云系即将到来,是产生降水的先兆。对于中云有“天有城堡云,地上雷雨淋”也是有科学道理的,外形像城堡的高积云或层积云,常出现在气团内部,也可出现在冷锋前部,它的出现说明中空大气层是不稳定的,夏季如果早晨出现,常是雷雨天气的象征。还有“天上铁砧云,很快大雨淋”使人们有身历其境的感觉,其实这种云就是气象学中的鬃积雨云,它是对流云发展成熟的最高阶段,它的移动速度很快,如果看见这种云,说明雷雨大风天气已经离我们不远了,要赶快采取有关防雨措施免得雨淋。其实,有些云的出现都对未来的天气变化有很好的指示性,作为普通人只要学一点有关云的气象知识,再加上日常的生活阅历的积累,看云识天还是大有裨益的。
云中多变的颜色
广阔的天空,在晴朗无云的时候,人们看到的是湛蓝色的颜色,在有云的时候可以看到美丽的彩虹、瑰丽的彩霞、多彩的晕圈和华光等,这些绚丽多姿的光学现象,都是由于日月的光线穿过大气中云层时,被大气吸收、放射、折射、散射和衍射所造成的。
天上的云外形千姿百态,颜色多姿多彩,有的洁白如玉,有的乌黑如墨,有的灰蒙蒙一片,还有的呈现出红色和紫色的光彩分外妖娆。云体的外形虽然多种多样,但概括起来大致有三种,包括布满全天的层状云,孤立高大的积状云,以及如波涛般层叠起伏的波状云,它们的厚薄相差很大,厚的可达七八千米,薄的只有几十米。层状云和雷雨时布满天空的积雨云都比较厚,太阳和月亮的光线都难以通过,云体看起来就很黑,稍微薄一点的层状云和波状云,看起来是灰色的,波状云的边缘部分,色彩变为灰白。孤立高大的积状云比较厚,它向阳的一面,光线几乎全部反射出来,因而看起来是白色的,它背光的一面底部,光线不容易透过,看起来比较黑。
当大气中湿度较大时,或在系统性云系移近时,空中会悬浮着很多较大的水滴,这些不同大小的水滴对各种颜色光有不同的散射作用。因而有时在近地面天空形成紫红、褐红的颜色。大气中水汽含量越多,霞的色彩就越鲜艳或暗红;水汽少的时候,霞光发青发白。所以有“霞光暗红雨凄凄,霞光青白行千里”之说。天空中的云可以把霞光反射到地面,从而显出层云红遍、霞光万道的瑰丽美景。炎热的季节,雷阵雨过后常常会出现一条七色的彩环,悬挂在空中五彩斑斓,它就是人们俗称的“彩虹”,它是大气中的一种光学现象。
云与人影天气
人工影响天气这几年开展得如火如荼,得到了各级地方政府的大力支持,也取得了明显的经济和社会效益,目前人影主要作业工具有高炮、火箭、飞机和焰炉,其主要作用就是在有降水云层的天气系统背景下,气象部门根据各种天气预报手段获得准确的天气预报信息,及时通知有关人影作业单位和人员,适时开展人工增雨或人工消雹等工作,为农业生产、森林防火、防灾救灾等服务。人工增雨原理和过程很复杂。简单点说就是把天上的水实实在在地降到地面,不让它白白跑掉,这就是人工降雨,但更科学的说法应该是人工增雨。撒播催化剂的方法有飞机在云中撒播、高射炮或火箭将碘化银炮弹射入云中爆炸和地面燃烧碘化银焰剂等。碘化银在人工降雨中所起的作用在气象学上称作冷云催化。一克碘化银可以形成几十万亿个微粒,这些微粒会随气流运动进入云中,在冷云中产生几万亿到上百亿个冰晶。这些冰晶在含有水汽的云层中,使云中产生凝结或凝华的冰水转化过程,再借助水滴的自然碰并过程,就能使降雨产生或使雨量加大。
人工降雨的原理是让降水云层中的水滴体积变大掉落下来。高炮或火箭人工降雨就是将含有碘化银的炮弹打入一定高度的高空云层中,碘化银在高空扩散,成为云中水滴的凝聚核,水滴在其周围迅速凝聚增大而降落。碘化银由炮弹输送到高空,就会扩散为肉眼都难以分辨的小颗粒。经有关部门测定,人工降雨对人体无害。补充一点就是人工增雨除影响冷云外,还可影响暖云和积云,所用催化剂除碘化银外,还有盐粉、干冰等。