雲,變化多端?那麼問題來了,云為何能保持形態呢?

2020-12-04 天文在線

百家號獨家內容。

雲就是一些空氣中的水汽(控制住你的驚愕)。更能讓人吃驚的是,周圍透明的無雲空氣中有著相同數量的水汽。因此,當我們在天空中看到雲時,你可能看到的不是由幹潔空氣包圍的溼氣團,而是大量的潮溼空氣,它們中的部分已達到露點溫度,開始凝結成可以看見的蒸汽。

一小塊雲只能容納一定數量的水蒸氣。溫度更高或者更濃厚的空氣會容納更多水蒸氣,溫度低或者更稀薄的空氣會容納更少。其中「露點溫度」是指空氣中不再有水蒸氣,而開始凝結成可以看見的蒸汽。

當空氣的溼度不斷增加或者當溫度下降時,蒸發的水冷凝。那正是為什麼在外面特別冷的時候你能看見你的呼氣。你肺部的空氣是溫熱的(因為你是哺乳動物),它有很多的機會去吸收水分(因為肺是潮溼且肥大)。與冷空氣混合意味著你的呼氣溫度將會驟降,降到零點溫度,讓水蒸氣可視化。與周圍大量幹潔空氣,衝淡你的呼氣中的水分,降低了任何特定空氣中的溼度,並使呼氣或者外部空氣混合物回到露點溫度以上。

你的呼吸是溫熱的,因此你(潮溼的)肺在露點溫度之上。當冷卻後,溫度下降到露點溫度並變得可視。然後當它和幹潔空氣混合時,彈回露點溫度以下,然後消失。

雲是由同樣的物理規律所影響。如果你花點時間盯著雲看(為什麼不去嘗試一下呢?),你就會發現雲會不斷膨脹和壓縮,出現和消失。一塊特定的雲保持其大概的形狀和位置,因為它需要時間來改變空氣中的條件;如果某一區域的空氣在露點溫度的一側,那麼它可能會在那裡停留幾分鐘。但是如果你加速時間,你會發現雲的形狀並不比水壺裡冒出的蒸汽更穩定。

空氣中的水蒸氣在不斷凝結和蒸發,這取決於每個指定地點下的溫度、壓強、和溼度。雖然這些參數變化地十分緩慢,露點溫度變化明顯,因此能突然由晴空萬裡忽轉多雲天氣(這正是為什麼雲的邊緣不會消失的原因)。

天空中的雲與在冷天的哈氣最大的區別是造成空氣達到露點溫度的原因不同。露點溫度取決於溫度和溼度。就哈氣而言,區域的溼度波動很大(正如一個與你親密交談的朋友和你對話)。就雲而言,溼度保持相對穩定,但由於空氣中的溫度變化(大多是因為海拔高度的改變導致膨脹與壓縮),不同區域達到露點溫度,就變成了雲。如果你在大洋中部或者堪薩斯州(或者其他平原、沒有特色的地方),那麼在天空中任何一個特定的位置是沒有特別原因成雲的。就像抽籤的運氣(謙虛地說法)。

但是當條件發生可預料地改變,雲會如預料的一樣出現和消失,就會出現「莢狀雲」。這有一些美好的例子。莢狀雲是一種很好的方式來觀察雲不是一個在天空中移動的「物體」,而是由於某種原因位於露點溫度以下的區域。

大氣在陸地或海洋上以「層流」的形式平穩地流動,既沒有翻滾,也沒有湍流。草原上的雲往往變化緩慢且隨機,但當有障礙物時,比如高山,空氣就會突然被迫以特定的模式流動。如果這個模式包括海拔高度的驟變,那麼就會引起空氣壓強和溫度的驟變,從而導致雲層的突然變化。山腳下的空氣中所含有的水分和山頂的空氣中所含有的水分是一模一樣,但你只能在山頂看到雲。事實上,如果條件合適,這是一個明智且經濟的方法去了解(通常情況下)看不見的氣流是什麼樣的。

沿著山麓流動的空氣也在山頂上流動,然而只在山頂上形成雲。

因此雲(在一段時間內)大概保持它們的形態,因為溼度、溫度的變化或者雲被區域內氣流變化是需要時間。但由於它們不是「水滴」,而是「些許不同條件下的空氣碎片」,它們不斷變化,當達到露點溫度時可以自由進出。

至於他們如何變得漂亮,最終總是看起來像一些熟悉的東西(棉花、糖人、其他雲彩、陰性羅夏墨跡圖等等),那更多的是心理上的認知,而不是氣象學上的。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.askamathematician- Shinichi

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