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利雅德的天空上的雲。
一些小积云 (cumulus humilis)

行星表面大气层中由或多种化学物质构成的可见的或冰集合体[1]这些悬浮的颗粒物也被称作气溶胶,被气象学的分支云物理学英语cloud physics所研究。

地球上的云的形成是地球大气中的空气因两种过程而饱和的结果:空气的冷却和水汽的增加。当饱和度足够,降水将形成并下落到地表;幡状云是个例外,降水在到达地表前就被蒸发了。[1]

云是地球上庞大的水循环的有形的结果。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。

虽然地球上大部分的云都形成于对流层,但有时也会在平流层中间层观测到云。这三个大气层的主要圈层和在一起被称为“均质层”。在其之上是热层和散逸层,合称为“非均质层”,是于外层空间的过度区。在太阳系的其它一些行星卫星上也观测到云。由于各星球的温度特性不同,构成云的物质也有多种,比如甲烷硫酸

云的成因分类[编辑]

全球云的平均光学厚度

云形成于当潮湿空气上升并遇冷时的区域。这可能发生在:

锋面云[编辑]

锋面上暖气团抬升成云

地形云[编辑]

空气沿着正地形上升时所形成的雲

平流云[编辑]

气团经过一个较冷的下垫面时,例如一个冷的水体

对流云[编辑]

因为空气对流运动而产生的云

气旋云[编辑]

因为气旋中心气流上升而产生的云

云的形态分类[编辑]

简单来说,云主要有三种形态:一大团的积云、一大片的层云和纤维状的卷云

而科学上云的分类最早是由法国博物学家让-巴普蒂斯特·拉马克于1801年提出的。1929年,国际气象组织以英国科学家卢克·霍华德(Luke Howard)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[2]而这十大云属则可按其云底高度把它们划入三个云族:高云族、中云族、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。这里使用的云底高度仅适用于中纬度地区。

云类和高度比

高云族[编辑]

高云形成于6000m至18000m高空,对流层较冷的部份。分三属,都是卷云类的。在这高度的水都会凝固结晶,所以这族的云都是由冰晶体所组成的。高云一般呈纤维状,薄薄的并多数会透明。

中云族[编辑]

中云于2500m至6000m的高空形成。它们是由过度冷冻的小水点组成。

低云族[编辑]

低云是在2500m以下的大气中形成。当中包括浓密灰暗的层云、层积云(不连续的层云)。层云接地就被称为

天空中發展中的濃積雲

直展云族[编辑]

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13000m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。

其他[编辑]

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。

云与天气[编辑]

民间早就认识到可以通过观云来预测天气变化。1802年,英国博物学家卢克·霍华德提出了著名的云的分类法,使观云测天气更加准确。霍华德将云分为三类:积云层云卷云。这三类云加上表示高度的词和表示降雨的词,产生了十种云的基本类型。根据这些云相,人们掌握了一些比较可靠的预测未来12个小时天气变化的经验。比如:绒毛状的积云如果分布非常分散,可表示为好天气,但是如果云块扩大或有新的发展,则意味着会突降暴雨。

对气候的影响[编辑]

2009年10月的全球平均云量。NASA的卫星图像;更高清晰度图片可由此获得

云在天气气候中的角色是预测全球变暖时的主要不确定性之一。[3]和云有关的过程的脆弱的平衡,以及从毫米到行星的大范围的尺度跨度会造成这种不确定性。因此,全球气候模式很难准确描述大尺度天气英语synoptic meteorology和云之间的相互作用。前面章节列出的云的复杂性和多样性增加了模拟的难度。一方面,白云顶部对来自太阳的短波辐射会有反射,从而使得地表冷却。另一方面,大多数到达地面的阳光被地面吸收,加热了地表,地表又会向上发射长波的红外的辐射。但是云中的水对长波辐射是有效的吸收剂。云又接着会向上和向下发射红外辐射,向下的辐射会导致地表的净加热效果。这个过程和温室气体和水汽的温室效应类似。

高层的对流层云(例如卷云)的二重效应(短波反射造成的冷却和长波温室升温效应)会随着云量的增加而相互抵消或是产生微小的净加热效果。这种短波反射效应在中层云和低层云(例如高积云和层积云)中占了主要部分,从而造成几乎没有长波效应和净的冷却效果。很多研究已经开始关注低层云对变化的气候的相应。不同的最先进的全球气候模式对云的模拟可能会产生相当不同的结果,有些显示增加的低层云,有些则得到低层云的减少。[4][5]

极地平流层云和中层云不太常见,它们的分布不够对气候产生重要的影响。但是,夜光云出现频率自19世纪以来逐渐增加可能是气候变化的结果。[6]

全球亮化[编辑]

最近的研究显示了全球亮化的趋势。[7]虽然造成这一趋势的原因还没有能被完全理解,但全球黯化(和后来的逆转)被认为是由大气中气溶胶(特别是生物质燃烧和城市污染带来的含硫气溶胶)含量的变化所引起的。[8]气溶胶含量的变化还可能通过改变云滴的尺寸分布[9]或是云的降水特性和寿命[10]而产生对云的间接效应。

地外行星[编辑]

在太阳系中,任何有大气层的行星或卫星都会有云。金星的厚厚云层是由二氧化硫构成的。火星有很高很薄的水冰云。木星土星都有一个外层的由氨气云构成的云盖,中间层是硫化铵云盖,里层是水云盖。[11][12]土星的卫星土卫六上的云被认为主要是由甲烷构成。[13]卡西尼-惠更斯号的土星任务发现了土卫六上存在着液体循环的证据,比如极地附近的湖泊和星球表面的河流冲刷成的沟槽。天王星海王星的多云的大气中主要是水汽和甲烷构成。[14][15]

参看[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Weather Terms. erh. [21 June 2013]. 
  2. ^ John D. Cox. Storm Watchers. John Wiley & Sons, Inc. 2002: 13–17. ISBN 0471444863. 
  3. ^ D. Randall, R. Wood, S. Bony, R. Colman, T. Fichefet, J. Fyfe, V. Kattsov, A. Pitman, J. Shukla, J. Srinivasan, R. Stouffer, A. Sumi, and K. Taylor (2007) "Climate models and their evaluation" in S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K. Averyt, M.Tignor, and H. Miller (eds.) Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
  4. ^ S. Bony and J.-L. Dufresne. Marine boundary layer clouds at the heart of tropical cloud feedback uncertainties in climate models. Geophysical Research Letters. 2005, 32 (20). doi:10.1029/2005GL023851. 
  5. ^ B. Medeiros, B. Stevens, I.M. Held, M. Zhao, D.L. Williamson, J.G. Olson, and C.S. Bretherton. Aquaplanets, Climate Sensitivity, and Low Clouds. Journal of Climate. 2008, 21 (19): 4974. doi:10.1175/2008JCLI1995.1. 
  6. ^ Kenneth Chang. Caltech Scientist Proposes Explanation for Puzzling Property of Night-Shining Clouds at the Edge of Space. 2008-09-25 [2012-03-13]. 
  7. ^ Martin Wild, Hans Gilgen, Andreas Roesch, Atsumu Ohmura, Charles N. Long, Ellsworth G. Dutton, Bruce Forgan, Ain Kallis, Viivi Russak, and Anatoly Tsvetkov. From Dimming to Brightening: Decadal Changes in Solar Radiation at Earth's Surface. Science. 2005, 308 (5723): 847–50. doi:10.1126/science.1103215. PMID 15879214. 
  8. ^ Costantino, L. and F.-M. Bréon. Analysis of aerosol-cloud interaction from multi-sensor satellite observations. Geophysical Research Letters. 2010, 37 (11): n/a. doi:10.1029/2009GL041828. 
  9. ^ S. A. Twomey. Pollution and the planetary albedo. Atmospheric Environment (1967). 1974, 8 (12): 1251. doi:10.1016/0004-6981(74)90004-3. 
  10. ^ B. Stevens and G. Feingold. Untangling aerosol effects on clouds and precipitation in a buffered system. Nature. 2009, 461 (7264): 607–13. doi:10.1038/nature08281. PMID 19794487. 
  11. ^ A.P. Ingersoll, T.E. Dowling, P.J. Gierasch, G.S. Orton, P.L. Read, A. Sanchez-Lavega, A.P. Showman, A.A. Simon-Miller, A.R. Vasavada. Dynamics of Jupiter’s Atmosphere (PDF). Lunar & Planetary Institute. [2007-02-01]. 
  12. ^ Monterrey Institute for Research in Astronomy. Saturn. 2006-08-11 [2011-01-31]. 
  13. ^ Athéna Coustenis and F.W. Taylor. Titan: Exploring an Earthlike World. World Scientific. 2008: 154–155. ISBN 978-981-270-501-3. 
  14. ^ Lunine, Jonathan I. The Atmospheres of Uranus and Neptune. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 1993.September, 31: 217–263. Bibcode:1993ARA&A..31..217L. doi:10.1146/annurev.aa.31.090193.001245.  编辑
  15. ^ Linda T. Elkins-Tanton. Uranus, Neptune, Pluto, and the Outer Solar System. New York: Chelsea House. 2006: 79–83. ISBN 0-8160-5197-6. 

外部链接[编辑]