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利雅德的天空上的雲。
一些小積雲 (cumulus humilis)

行星表面大氣層中由或多種化學物質構成的可見的或冰集合體[1]這些懸浮的顆粒物也被稱作氣溶膠,被氣象學的分支雲物理學英語cloud physics所研究。

地球上的雲的形成是地球大氣中的空氣因兩種過程而飽和的結果:空氣的冷卻和水氣的增加。當飽和度足夠,降水將形成並下落到地表;幡狀雲是個例外,降水在到達地表前就被蒸發了。[1]

雲是地球上龐大的水循環的有形的結果。太陽照在地球的表面,水蒸發形成水蒸氣,一旦水氣過飽和,水分子就會聚集在空氣中的微塵(凝結核)周圍,由此產生的水滴或冰晶將陽光散射到各個方向,這就產生了雲的外觀。因為雲反射散射所有波段的電磁波,所以雲的顏色成灰度色,雲層比較薄時成白色,但是當它們變得太厚或濃密而使得陽光不能通過的話,它們可以看起來是灰色或黑色的。

雖然地球上大部分的雲都形成於對流層,但有時也會在平流層中間層觀測到雲。這三個大氣層的主要圈層和在一起被稱為「均質層」。在其之上是熱層和散逸層,合稱為「非均質層」,是於外太空的過度區。在太陽系的其它一些行星衛星上也觀測到雲。由於各星球的溫度特性不同,構成雲的物質也有多種,比如甲烷硫酸

雲的成因分類[編輯]

全球雲的平均光學厚度

雲形成於當潮濕空氣上升並遇冷時的區域。這可能發生在:

鋒面雲[編輯]

鋒面上暖氣團抬升成雲

地形雲[編輯]

空氣沿著正地形上升時所形成的雲

平流雲[編輯]

氣團經過一個較冷的下墊面時,例如一個冷的水體

對流雲[編輯]

因為空氣對流運動而產生的雲

氣旋雲[編輯]

因為氣旋中心氣流上升而產生的雲

雲的形態分類[編輯]

簡單來說,雲主要有三種形態:一大團的積雲、一大片的層雲和纖維狀的卷雲

而科學上雲的分類最早是由法國博物學家讓-巴普蒂斯特·拉馬克於1801年提出的。1929年,國際氣象組織以英國科學家盧克·霍華德(Luke Howard)於1803年制定的分類法為基礎,按雲的形狀、組成、形成原因等把雲分為十大雲屬[2]而這十大雲屬則可按其雲底高度把它們劃入三個雲族:高雲族、中雲族、低雲族。另一種分法則將積雨雲從低雲族中分出,稱為直展雲族。這裡使用的雲底高度僅適用於中緯度地區。

雲類和高度比

高雲族[編輯]

高雲形成於6000m至18000m高空,對流層較冷的部份。分三屬,都是卷雲類的。在這高度的水都會凝固結晶,所以這族的雲都是由冰晶體所組成的。高雲一般呈纖維狀,薄薄的並多數會透明。

中雲族[編輯]

中雲於2500m至6000m的高空形成。它們是由過度冷凍的小水點組成。

低雲族[編輯]

低雲是在2500m以下的大氣中形成。當中包括濃密灰暗的層雲、層積雲(不連續的層雲)。層雲接地就被稱為

天空中發展中的濃積雲

直展雲族[編輯]

直展雲有非常強的上升氣流,所以它們可以一直從底部長到更高處。帶有大量降雨和雷暴的積雨雲就可以從接近地面的高度開始,然後一直發展到13000m的高空。在積雨雲的底部,當下降中較冷的空氣與上升中較暖的空氣相遇就會形成像一個個小袋的乳狀雲。薄薄的襆狀雲則會在積雨雲膨脹時於其頂部形成。

其他[編輯]

凝結尾跡是指當噴射飛機在高空划過時所形成的細長而稀薄的雲。

夜光雲非常罕見,它形成於大氣層的中間層,只能在高緯度地區看到。

雲與天氣[編輯]

民間早就認識到可以通過觀雲來預測天氣變化。1802年,英國博物學家盧克·霍華德提出了著名的雲的分類法,使觀雲測天氣更加準確。霍華德將雲分為三類:積雲層雲卷雲。這三類雲加上表示高度的詞和表示降雨的詞,產生了十種雲的基本類型。根據這些雲相,人們掌握了一些比較可靠的預測未來12個小時天氣變化的經驗。比如:絨毛狀的積雲如果分布非常分散,可表示為好天氣,但是如果雲塊擴大或有新的發展,則意味著會突降暴雨。

對氣候的影響[編輯]

2009年10月的全球平均雲量。NASA的衛星圖像;更高清晰度圖片可由此獲得

雲在天氣氣候中的角色是預測全球變暖時的主要不確定性之一。[3]和雲有關的過程的脆弱的平衡,以及從毫米到行星的大範圍的尺度跨度會造成這種不確定性。因此,全球氣候模式很難準確描述大尺度天氣英語synoptic meteorology和雲之間的相互作用。前面章節列出的雲的複雜性和多樣性增加了模擬的難度。一方面,白雲頂部對來自太陽的短波輻射會有反射,從而使得地表冷卻。另一方面,大多數到達地面的陽光被地面吸收,加熱了地表,地表又會向上發射長波的紅外的輻射。但是雲中的水對長波輻射是有效的吸收劑。雲又接著會向上和向下發射紅外輻射,向下的輻射會導致地表的淨加熱效果。這個過程和溫室氣體和水氣的溫室效應類似。

高層的對流層雲(例如卷雲)的二重效應(短波反射造成的冷卻和長波溫室升溫效應)會隨著雲量的增加而相互抵消或是產生微小的淨加熱效果。這種短波反射效應在中層雲和低層雲(例如高積雲和層積雲)中佔了主要部分,從而造成幾乎沒有長波效應和淨的冷卻效果。很多研究已經開始關注低層雲對變化的氣候的相應。不同的最先進的全球氣候模式對雲的模擬可能會產生相當不同的結果,有些顯示增加的低層雲,有些則得到低層雲的減少。[4][5]

極地平流層雲和中層雲不太常見,它們的分布不夠對氣候產生重要的影響。但是,夜光雲出現頻率自19世紀以來逐漸增加可能是氣候變化的結果。[6]

全球亮化[編輯]

最近的研究顯示了全球亮化的趨勢。[7]雖然造成這一趨勢的原因還沒有能被完全理解,但全球黯化(和後來的逆轉)被認為是由大氣中氣溶膠(特別是生物質燃燒和城市污染帶來的含硫氣溶膠)含量的變化所引起的。[8]氣溶膠含量的變化還可能通過改變雲滴的尺寸分布[9]或是雲的降水特性和壽命[10]而產生對雲的間接效應。

地外行星[編輯]

在太陽系中,任何有大氣層的行星或衛星都會有雲。金星的厚厚雲層是由二氧化硫構成的。火星有很高很薄的水冰雲。木星土星都有一個外層的由氨氣雲構成的雲蓋,中間層是硫化銨雲蓋,裡層是水雲蓋。[11][12]土星的衛星土衛六上的雲被認為主要是由甲烷構成。[13]卡西尼-惠更斯號的土星任務發現了土衛六上存在著液體循環的證據,比如極地附近的湖泊和星球表面的河流沖刷成的溝槽。天王星海王星的多雲的大氣中主要是水氣和甲烷構成。[14][15]

參看[編輯]

參考文獻[編輯]

  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.  編輯
  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. 

外部連結[編輯]