风雨雷电-雨的近亲家族
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    水是地球上各种生灵存在的根本。水的变化和运动造就了我们今天的世界。在地球上,水是不断循环运动的。海洋和地面上的水受热蒸发到天空中,这些水汽又随着风运动到别的地方,当它们遇到冷空气,形成降水又重新回到地球表面。这种降水分为2种:①液态降水,这就是下雨;②固态降水,这就是下雪或下冰雹等。大气里以同态形式落到地球表面上的降水,叫做大气固态降水。

    大气固态降水是多种多样的,除了雪花以外,还包括能造成很大危害的冰雹,还有我们不经常见到的雪霰和冰粒。由于天空中气象条件和生长环境的差异,造成了形形色色的大气固态降水。这些大气固态降水的叫法因地而异,因人而异,名目繁多,极不统一。为了方便起见,国际水文协会所属的国际雪冰委员会,在征求各国专家意见的基础上,于1949年召开了一个专门性的国际会议,会上通过了关于大气固态降水简明分类的提案。这个简明分类,把大气固态降水分为10种:雪片、星形雪花、柱状雪晶、针状雪晶、多枝状雪晶、轴状雪晶、不规则雪晶、霰、冰粒和雹。前面的7种统称为雪。为什么后面3种不能叫做雪呢?原来由气态的水汽变成同态的水有2个过程:①水汽先变成水,然后水再凝结成冰晶;②水汽不经过水,直接变成冰晶,这种过程叫做水的凝华。所以说雪是天空中的水汽经凝华而来的固态降水。

    雪

    雪是大气固态降水中的一种最主要的形式。冬季,我国许多地区的降水,是以雪的形式出现的。由于降落到地面上的雪花的大小、形状以及积雪的疏密程度不同,雪是以雪融化后的水来度量的。气象上一般把雪按24小时内降水量分为4个等级:0.1~2.4毫米的雪称为小雪;2.5~4.9毫米的雪称为中雪;5.0~9.9毫米的雪称为大雪;10毫米以上(含10毫米)的雪称为暴雪。从降水量看,即使暴雪的量级也仅仅相当于雨量中的中雨。粗略地估计,10毫米深的积雪仅能融化为1毫米的水。

    雪花的形成

    在天空中运动的水汽怎样才能形成降雪呢?是不是温度低于零度就可以了?不是的,水汽想要结晶,形成降雪必须具备2个条件:

    (2)水汽饱和。空气在某一个温度下所能包含的最大水汽量,叫做饱和水汽量。空气达到饱和时的温度,叫做露点。饱和的空气冷却到露点以下的温度时,空气里就有多余的水汽变成水滴或冰晶。因为冰面饱和水汽含量比水面要低,所以冰晶生长所要求的水汽饱和程度比水滴要低。也就是说,水滴必须在相对湿度(相对湿度是指空气中的实际水汽压与同温度下空气的饱和水汽压的比值)不小于100%时才能增长;而冰晶呢,往往相对湿度不足100%时也能增长。例如,空气温度为-20℃时,相对湿度只有80%,冰晶就能增长了。气温越低,冰晶增长所需要的湿度越小。因此,在高空低温环境里,冰晶比水滴更容易产生。

    (2)空气里必须有凝结核。有人做过试验,如果没有凝结核,空气里的水汽,过饱和到相对湿度500%以上的程度,才有可能凝聚成水滴。但这样大的过饱和现象在自然大气里是不会存在的。所以没有凝结核的话,我们地球上就很难能见到雨雪。凝结核是一些悬浮在空中的很微小的固体微粒。最理想的凝结核是那些吸收水分最强的物质微粒。比如说海盐、硫酸、氮和其他一些化学物质的微粒。所以我们有时才会见到天空有云,却不见降雪,在这种情况下人们往往采用工降雪。

    雪花的基本形状

    下雪时的景致美不胜收,但科学家和工艺美术师赞叹的还是小巧玲珑的雪花图案。远在100多年前,冰川学家们已经开始详细描述雪花的形态了。

    西方冰川学的鼻祖丁铎耳在他的古典冰川学著作里,这样描述他在罗扎峰上看到的雪花:“这些雪花……全是由小冰花组成的,每一朵小冰花都有6片花瓣,有些花瓣像山苏花一样放出美丽的小侧舌,有些是圆形的,有些又是箭形的,或是锯齿形的,有些是完整的,有些又呈格状,但都没有超出六瓣型的范围。”

    在我国,早在公元前100多年的西汉文帝时代,有位名叫韩婴的诗人,他写了一本《韩诗外传》,在书中明确指出,“凡草木花多五出,雪花独六出。”

    雪花的基本形状是六角形,但是大自然中却几乎找不出两朵完全相同的雪花,就像地球上找不出两个完全相同的人一样。许多学者用显微镜观测过成千上万朵雪花,这些研究最后表明,形状、大小完全一样和各部分完全对称的雪花,在自然界中是无法形成的。

    在已经被人们观测过的这些雪花中,再规则匀称的雪花,也有畸形的地方。为什么雪花会有畸形呢?因为雪花周围大气里的水汽含量不可能左右上下四面八方都是一样的,只要稍有差异,水汽含量多的一面总是要增长得快一些。

    世界上有不少雪花图案搜集者,他们像集邮爱好者一样收集了各种各样的雪花照片。有个名叫宾特莱的美国人,花了毕生精力拍摄了近6000张照片。前苏联的摄影爱好者西格尚,也是一位雪花照片的摄影家,他的令人销魂的作品经常被工艺美术师用来作为结构图案的模型。日本人中谷宇吉郎和他的同事们,在日本北海道大学实验室的冷房间里,在日本北方雪原上的帐篷里,含辛茹苦20年,拍摄和研究了成千上万朵的雪花。

    但是,尽管雪花的形状千姿百态,却万变不离其宗,所以科学家们才有可能把它们归纳为前面讲过的7种形状。在这7种形状中,六角形雪片和六棱柱状雪晶是雪花的最基本形态,其他5种不过是这2种基本形态的发展、变态或组合。

    雪的作用

    “瑞雪兆丰年”是我国广为流传的农谚。在北方,一层厚厚而疏松的积雪,像给小麦盖了一床御寒的棉被。雪中所含有的氮素,易被农作物吸收利用。雪水温度低,能冻死地表层越冬的害虫,也给农业生产带来好处。所以又有一句农谚“冬天麦盖三层被,来年枕着馒头睡”。

    雪的作用很广,对人类有很大的好处。首先是有利于农作物的生长发育。因雪的导热本领很差,土壤表面盖上一层雪被,可以减少土壤热量的外传,阻挡雪面上寒气的侵入,所以,受雪保护的庄稼可安全过冬。积雪还能为农作物储蓄水分。此外,雪还能增强土壤肥力。

    据测定,每1升雪水里,约含氮化物7.5克。雪水渗入土壤,就等于施了一次氮肥。用雪水喂养家畜家禽、灌溉庄稼都可收到明显的效益。

    当然,雪对人有利也有害处,在三四月份的仲春季节,如突然因寒潮侵袭而下了大雪,就会造成冻寒。所以农谚说:“腊雪是宝,春雪不好。”

    雾

    雾有3种定义:①凡是大气中因悬浮的水汽凝结,能见度低于1千米时,气象学称这种天气现象为雾。②雾是接近地面的云。③雾是由悬浮在大气中微小液滴构成的气溶胶。

    当空气容纳的水汽达到最大限度时,就达到了饱和。而气温越高,空气中所能容纳的水汽也愈多。1立方米的空气,气温在4℃时,最多能容纳的水汽量是6.36克;而气温是20℃时,1立方米的空气中最多可以含水汽量是17.30克。如果空气中所含的水汽多于一定温度条件下的饱和水汽量,多余的水汽就会凝结出来,当足够多的水分子与空气中微小的灰尘颗粒结合在一起,同时水分子本身也会相互黏结,就变成小水滴或冰晶。空气中的水汽超过饱和量,凝结成水滴,这主要是气温降低造成的。这也是为什么秋冬早晨多雾的原因。

    如果地面热量散失,温度下降,空气又相当潮湿,那么当它冷却到一定的程度时,空气中一部分的水汽就会凝结出来,变成很多小水滴,悬浮在近地面的空气层里,就形成了雾。它和云都是由于温度下降而造成的,雾实际上也可以说是靠近地面的云。

    白天温度比较高,空气中可容纳较多的水汽。但是到了夜间,温度下降了,空气中能容纳的水汽的能力减少了,因此,一部分水汽会凝结成为雾。特别在秋冬季节,由于夜长,而且出现无云风小的机会较多,地面散热较夏天更迅速,以致使地面温度急剧下降,这样就使得近地面空气中的水汽,容易在后半夜到早晨达到饱和而凝结成小水珠,形成雾。秋冬的清晨气温最低,便是雾最浓的时刻。

    形成条件

    雾形成的条件①冷却,②加湿,③有凝结核。增加水汽含量,这是由辐射冷却形成的,多出现在晴朗、微风、近地面水汽比较充沛且比较稳定或有逆温存在的夜间和清晨,气象上叫辐射雾;另一种是暖而湿的空气作水平运动,经过寒冷的地面或水面,逐渐冷却而形成的雾,气象上叫平流雾;有时兼有两种原因形成的雾叫混合雾。可以看出,具备这些条件的就是深秋初冬,尤其是深秋初冬的早晨。

    我们还可以看到一种蒸发雾。即冷空气流经温暖水面,如果气温与水温相差很大,则因水面蒸发大量水汽,在水面附近的冷空气便发生水汽凝结成雾。这时雾层上往往有逆温层存在,否则对流会使雾消散。所以蒸发雾范围小,强度弱,一般发生在下半年的水塘周围。

    城市中的烟雾是另一种原因所造成的,那就是人类的活动。早晨和晚上正是供暖锅炉的高峰期,大量排放的烟尘悬浮物和汽车尾气等污染物在低气压、风小的条件下,不易扩散,与低层空气中的水汽相结合,比较容易形成烟尘(雾),而这种烟尘(雾)持续时间往往较长。

    雾消散的原因:①下垫面的增温,雾滴蒸发;②风速增大,将雾吹散或抬升成云:再有就是湍流混合,水汽上传,热量下递,近地层雾漓蒸发。

    雾的持续时间长短,主要和当地气候干湿有关。一般来说,干旱地区多短雾,多在1小时以内消散;潮湿地区则以长雾最多见,可持续6小时左右。

    此外,有雾还不能有风。不然,空气中的小水珠被风吹散,雾也是聚不起来的。

    雾的分类

    根据空气达到过饱和的具体条件不同,通常把雾分为以下几种:

    (1)辐射雾。

    陆地上最常见的是辐射雾。这种雾是空气因辐射冷却达到过饱和而形成的,主要发生在晴朗、微风、近地面、水汽比较充沛的夜间或早晨。这时,天空无云阻挡,地面热量迅速向外辐射出去,近地面层的空气温度迅速下降。如果空气中水汽较多,就会很快达到过饱和而凝结成雾。

    另外,风速对辐射雾的形成也有一定影响。如果没有风,就不会使上下层空气发生交换,辐射冷却效应只发生在贴近地面的气层中,只能生成一层薄薄的浅雾。如风太大,上下层空气交换很快,流动也大,气温不易降低很多,则难于达到过饱和状态。只有在1~3米/秒的微风时,有适当强度的交流,既能使冷却作用伸展到一定高度,又不影响下层空气的充分冷却,因而最利于辐射雾的形成。

    辐射雾出现在晴朗无云的夜间或早晨,太阳一升高,随着地面温度上升,空气又回复到未饱和状态,雾滴也就立即蒸发消散。因此早晨出现辐射雾,常预示着当天有个好天气。“早晨地罩雾,尽管晒稻谷”、“十雾九晴”就是指的这种辐射雾。

    (2)平流雾。

    当温暖潮湿的空气流经冷的海面或陆面时,空气的低层因接触冷却达到过饱和而凝结成的雾就是平流雾。

    只要有适当的风向、风速,雾一旦形成,就常持续很久,如果没有风,或者风向转变,暖湿空气来源中断,雾也会立刻消散。

    (3)蒸汽雾。

    如果水面是暖的,而空气是冷的,当它们温差较大的时候,水汽便源源不断地从水面蒸发出来,闯进冷空气,然后又从冷空气里凝结出来成为蒸气雾。

    一般在南方的暖洋流进到极地区域时,极地的冷空气覆盖在暖水面上而形成蒸汽雾。例如北大西洋上就有一股强大的墨西哥湾流的暖洋流,经常突入北极的海洋上,造成北极洋面上大规模的蒸汽雾。有时候北极的冷空气停留在冰面上,在冰面裂开的地方,冰下较暖的水就露出来,形成局部的蒸汽雾,蒸汽雾大都出现在高纬度的北极地区,所以人们常称它为“北极烟雾”。

    除了极地区域外,冷空气覆盖暖水面的情形还常出现在内陆湖滨地区。夜间湖水面比陆面暖,当夜间陆风吹到暖的湖面上时,在湖面上就会形成一层比较浅薄的蒸汽雾。秋、冬季节,每当冷空气南下以后,在天晴风小的早晨,暖水面还来不及冷却时,就弥漫着这种蒸汽雾。

    (4)上坡雾。

    这是潮湿空气沿着山坡上升,绝热冷却使空气达到过饱和而产生的雾。这种潮湿空气必须稳定,山坡坡度必须较小,否则形成对流,雾就难以形成。

    (5)锋面雾。

    经常发生在冷、暖空气交界的锋面附近。锋前锋后均有,但以暖锋附近居多。锋前雾是由于锋面上面暖空气云层中的雨滴落入地面冷空气内,经蒸发,使空气达到过饱和而凝结形成;而锋后雾,则由暖湿空气移至原来被暖锋前冷空气占据过的地区,经冷却达到过饱和而形成的。因为锋面附近的雾常跟随着锋面一道移动,军事上就常常利用这种锋面雾来掩护部队,向敌人进行突然袭击。

    (6)其他雾。

    随着现代工业的发展,又增添了许多新雾。比如工业排放废气形成的废气形成的光化学烟雾,锅炉、窑炉和生活小煤炉排放的黑色烟雾等。

    雾凇

    雾凇是水汽凝结而成的冰花。

    宋曾巩《冬夜即事》诗即有所载:“香消一榻氍毹暖,月澹千门雾凇寒。闻说丰年从此始,更回笼烛卷廉看。”自注:“齐寒甚,夜气如雾,凝于木上,旦起视之如雪,日出飘满阶庭,尤为可爱,齐人谓之雾凇。谚曰:‘雾凇重雾凇,穷汉置饭甕。’以为丰年之兆。”宋人称“雾凇”,而“以为丰年之兆”。其观念很可能源于雾凇的古名“树稼”。

    雾凇俗称树挂,在北方很常见,是北方冬季可以见到的一种类似霜降的自然现象,是一种冰雪美景。是由于雾中无数0℃以下而尚未结冰的雾滴随风在树枝等物体上不断积聚冻黏的结果,表现为白色不透明的粒状结构沉积物。因此雾凇现象在我国北方是很普遍的,在南方高山地区也很常见,只要雾中有过冷却水滴就可形成。

    过冷水滴(温度低于0℃)碰撞到同样低于冻结温度的物体时,便会形成雾凇。当水滴小到一碰上物体马上冻结时便会结成雾凇层或雾凇沉积物。雾凇层由小冰粒构成,在它们之间有气孔,这样便造成典型的白色外表和粒状结构。由于各个过冷水滴的迅速冻结,相邻冰粒之间的内聚力较差,易于从附着物上脱落。被过冷却云环绕的山顶上最容易形成雾凇,它也是飞机上常见的冰冻形式。在寒冷的天气里,泉水、河流、湖泊或池塘附近的蒸雾也可形成雾凇。雾凇是受到人们普遍欣赏的一种自然美景,但是它有时也会成为一种自然灾害。严重的雾凇有时会将电线、树木压断,造成损失。

    我国吉林省吉林市的雾凇仪态万方、独具丰韵的奇观,让络绎不绝的中外游客赞不绝口。然而很少有人知道雾凇对自然环境、人类健康所做的贡献。

    每当雾凇来临,吉林市松花江岸十里长堤“忽如一夜春风来,千树万树梨花开”,柳树结银花,松树绽银菊,把人们带进如诗如画的仙境。

    在美丽之外,吉林雾凇也有很多实际的用处。北方也有一些地方偶尔也有雾凇出现,但其结构紧密,密度大,对树木、电线及某些附着物有一定的破坏力。而吉林雾凇不仅因为结构很疏松,密度很小,没有危害,而且还对人类有很多益处。

    现代都市空气质量的下降是让人担忧的问题,吉林雾凇可是空气的天然清洁工。人们在观赏玉树琼花般的雾凇时,都会感到空气格外清新舒爽、滋润肺腑,这是因为雾凇有净化空气的内在功能。空气中存在着肉眼看不见的大量微粒,其直径大部分在2.5微米以下,约相当于人类头发丝直径的1/40,体积很小,重量极轻,悬浮在空气中,危害人的健康。据美国对微粒污染危害做的调查测验表明,微粒污染重比微粒污染轻的城市,患病死亡率离15%,微粒每年导致5万人死亡,其中大部分是已患呼吸道疾病的老人和儿童。雾凇初始阶段的凇附,吸附微粒沉降到大地,净化空气。因此,吉林市的雾凇不仅在外观上洁白无瑕,给人以纯洁高雅的风貌,而且还是天然大面积的空气“清洁器”。

    注重保健的人都不会对空气加湿器、负氧离子发生器等感到陌生,其实吉林市雾凇就是天然的“负氧离子发生器”。所谓负氧离子,是指在一定条件下,带负电的离子与中性的原子结合,这种多带负离子的原子,就是负氧离子。负氧离子,也被人们誉为空气中的“维生素”、“环境卫士”、“长寿素”等,它有消尘灭菌、促进新陈代谢和加速血液循环等功能,可调整神经,提高人体免疫力和体质。在出现浓密雾凇时,因不封冻的江面在低温条件下,水滴分裂蒸发大量水汽,形成了“喷电效应”,因而促进了空气离子化,也就是在有雾凇时,负氧离子增多。据测,在有雾凇时,吉林松花江畔负氧离子每立方厘米可达上千至数千个,比没有雾凇时的负氧离子可多5倍以上。

    噪音也是现代都市生活给人们带来的一个有害副产品,吉林市雾凇是环境的天然“消音器”。噪音使人烦躁、疲惫、精力分散以及工作和学习效率降低,并能直接影响人们的健康以至于生命。人为控制和减少噪音危害,需要一定条件,并且又有一定局限性。吉林市雾凇由于具有浓厚、结构疏松、密度小、空隙度高的特点,因此对音波反射率很低,能吸收和容纳大量音波,在形成雾凇的成排密集的树林里感到幽静,就是这个道理。

    此外,根据吉林市雾凇出现的特点、周期规律等,还可反馈未来天气和年成信息,为各行各业兴利避害、增收创利做出贡献。

    那么,为什么吉林市的雾凇特别著名,以致号称为中国四大自然奇观之一,每年都吸引几万中外游客远道来此观赏呢?

    原来,关键是因为这里存在着“严寒的大气和温暖的江水”二者互相矛盾的自然条件的缘故。吉林市冬季气候严寒,清晨气温一般都低至-20~-25℃,尽管松花湖面上结了1米厚的坚冰,而从松花湖大坝底部丰满水电站水闸放出来的湖水却在零上4℃。这25~30℃的温差使得湖水刚一出闸,就如开锅般地腾起浓雾。

    雾凇是一种附着于地面物体(如树枝、电线)迎风面上的白色或乳白色不透明冰层。它也是由过冷水滴凝结而成。不过,这些过冷水滴不是从天上掉下来的,而是浮在气流中由风携带来的。这种水滴要比形成雨凇的雨滴小许多,称为雾滴,实际上,也就是组成云的云滴。当它们撞击地物表面后,会迅速冻结。由于雾凇中雾滴与雾滴间空隙很多,因此雾凇呈完全不透明的白色。雾凇轻盈洁白,附着在树木物体上,宛如琼树银花,清秀雅致。

    松花江水源源流过吉林市区,十分壮观。这就是美丽的吉林雾凇得天独厚的原料来源。它使得江畔长堤上的大柳树成了“白发三千丈”的雪柳,苍松则成了“玉菊怒放”的雪松。这种得天独厚条件形成的雾凇即奇厚又结构疏松,因而显得特别轻柔丰盈、婀娜多姿、美丽绝伦。在全中国,以至更大范围内,哪里能再找到这样的条件呢?一般低温地区不可能有不冻的江水,而江水不冻的地区又决不可能有如此低温的大气环境。可见,在中国四大自然奇观中,桂林山水、云南石林和长江三峡都是“天生丽质”,而独吉林市雾凇是“人工仙境”,即丰满水电站建成发电后才有的。

    雾凇的密度小,重量轻,对于电线、树木的破坏性要比雨凇小得多。当电线上的雾凇严重时会折断电线,造成停电事故。

    据吉林气象站记录,吉林市雾凇季节一般从每年的11月下旬开始,到次年的3月上旬结束。

    雾凇有2种:①过冷却雾滴碰到冷的地面物体后迅速冻结成粒状的小冰块,叫粒状雾凇,它的结构较为紧密。②由过冷却雾滴凝华而形成的品状雾凇,结构较松散,稍有震动就会脱落。

    雾凇出现最多的地方是吉林省的长白山地区,年平均出现178.9天,最多的年份有187天。

    雨凇

    雨凇和雾凇的形成机制差不多,通常出现在阴天,多为冷雨产生,持续时间一般较长,日变化不很明显,昼夜均可产生。雨凇是在特定的天气背景下产生的降水现象。形成雨凇时的典型天气是微寒(0~3℃)且有雨,风力强、雾滴大,多在冷空气与暖空气交锋,而且暖空气势力较强的情况下才会发生。在此期间,江淮流域上空的西北气流和西南气流都很强,地面有冷空气侵入,这时靠近地面一层的空气温度较低(稍低于0℃),1500~3000米上空又有温度高于摄氏零度的暖气流北上,形成一个暖空气层或云层,再往上3000米以上则是高空大气,温度低于摄氏零度,云层温度往往在-10℃以下,即2000米左右高空,大气温度一般为0℃左右,而2000米以下温度又低于0℃。也就是近地面存在一个逆温层。大气垂直结构呈上下冷、中间暖的状态,自上而下分别为冰晶层、暖层和冷层。

    从冰晶层掉下来的雪花通过暖层时融化成雨滴,接着当它进入靠近地面的冷气层时,雨滴便迅速冷却,成为过冷却雨滴(大气中有这样的物理特性:气温在零下几十℃时,仍呈液态,被称为“过冷却”水滴,如过冷却雨滴、过冷却雾滴)。形成雨凇的雾滴、水滴均较大,而且凝结的速度也快。由于这些雨滴的直径很小,温度虽然降到0℃以下,但还来不及冻结便掉了下来。

    当这些过冷雨滴降至温度低于0℃的地面及树枝、电线等物体上时,便集聚起来布满物体表面,并立即冻结。冻结成毛玻璃状透明或半透明的冰层,使树枝或电线变成粗粗的冰棍,一般外表光滑或略有隆突。有时还边滴淌、边冻结,结成一条条长长的冰柱,就变成了我们所说的“雨凇”。如果雨凇是由非过冷却雨滴降到冷却得很厉害的地面或物体上及雨夹雪凝附和冻结而形成的时候,即由外表非晶体形成的冰层和晶体状结冰共同混合组成,一般这种雨凇很薄而且存在的时间不长。

    冰雹

    冰雹也叫“雹”,俗称雹子,有的地区叫“冷子”,夏季或春夏之交最为常见。它是一些小如绿豆、黄豆,大似栗子、鸡蛋的冰粒。我国除广东、湖南、湖北、福建、江西等省冰雹较少外,各地每年都会受到不同程度的雹灾。尤其是北方的山区及丘陵地区,地形复杂,天气多变,气候较冷,冰雹多,受害重,对农业危害很大。猛烈的冰雹打毁庄稼,损坏房屋,人被砸伤、牲畜被砸死的情况也常常发生;特大的冰雹甚至能比柚子还大,会致人死亡、毁坏大片农田和树木、摧毁建筑物和车辆等,具有强大的杀伤力。

    冰雹和雨、雪一样都是从云里掉下来的。不过下冰雹的云是一种发展十分强盛的积雨云,而且只有发展特别旺盛的积雨云才可能降冰雹。

    积雨云和各种云一样都是由地面附近空气上升凝结形成的。空气从地面上升,在上升过程中气压降低,体积膨胀。如果上升空气与周围没有热量交换,由于膨胀消耗能量,空气温度就要降低,这种温度变化称为绝热冷却。根据计算,在大气中空气每上升100米,因绝热变化会使温度降低1℃左右。我们知道在一定温度下,空气中容纳水汽有一个限度,达到这个限度就称为“饱和”,温度降低后,空气中可能容纳的水汽量就要降低。因此,原来没有饱和的空气在上升运动中由于绝热冷却可能达到饱和,空气达到饱和之后过剩的水汽便附着在飘浮于空中的凝结核上,形成水滴。当温度低于0℃时,过剩的水汽便会凝华成细小的冰晶。这些水滴和冰晶聚集在一起,飘浮于空中便成了云。

    大气中有各种不同形式的空气运动,形成了不同形态的云。因对流运动而形成的云有淡积云、浓积云和积雨云等。人们把它们统称为积状云。它们都是一块块孤立向上发展的云块,因为在对流运动中有上升运动和下沉运动,往往在上升气流区形成了云块,而在下沉气流区就成了云的间隙,有时可觅蓝天。

    积状云因对流强弱不同而形成各种不同云状,它们的云体大小悬殊很大,如果云内对流运动很弱,上升气流达不到凝结高度,就不会形成云,只有干对流。如果对流较强,可以发展形成浓积云。浓积云的顶部像椰菜,由许多轮廓清晰的凸起云泡构成,云厚可以达4~5千米。如果对流运动很猛烈,就可以形成积雨云,云底黑沉沉云顶发展很高,可达10千米左右,云顶边缘变得模糊起来,云顶还常扩展开来,形成砧状。

    一般积雨云可能产生雷阵雨,而只有发展特别强盛的积雨云,云体十分高大,云中有强烈的上升气体,云内有充沛的水分,才会产生冰雹,这种云通常也称为冰雹云。

    冰雹云是由水滴、冰晶和雪花组成的。一般为3层:

    ①最下面一层温度在0℃以上,由水滴组成;②中间温度为0~-20℃,南过冷却水滴、冰晶和雪花组成;③最上面一层温度在-20℃以下,基本上由冰晶和雪花组成。

    在冰雹云中气流是很强盛的。通常在云的前进方向,有一股十分强大的上升气流从云底进入,又从云的上部流出。还有一股下沉气流从云后方中层流入,从云底流出。这里也就是通常出现冰雹的降水区。这两股有组织上升与下沉气流与环境气流连通,所以,一般强雹云中气流结构比较持续。强烈的上升气流不仅给雹云输送了充分的水汽,并且支撑冰雹粒子停留在云中,使它长到相当大才降落下来。

    霜

    在寒冷季节的清晨,草叶上、土块上常常会覆盖着一层霜的结晶。它们在初升起的阳光照耀下闪闪发光,待太阳升高后就融化了。人们常常把这种现象叫“下霜”。翻翻日历,每年10月下旬,总有“霜降”这个节气。我们看到过降雪,也看到过降雨,可是谁也没有看到过降霜。其实,霜不是从天空降下来的,而是在近地面层的空气里形成的。

    霜是一种白色的冰晶,多形成于夜间。少数情况下,在日落以前太阳斜照的时候也能开始形成。通常,日出后不久霜就融化了。但是在天气严寒的时候或者在背阴的地方,霜也能终日不消。

    霜本身对植物既没有害处,也没有益处。通常人们所说的“霜害”,实际上是在形成霜的同时产生的“冻害”。

    霜的形成不仅和当时的天气条件有关,而且与所附着的物体的属性也有关。当物体表面的温度很低,而物体表面附近的空气温度却比较高,那么在空气和物体表面之间有一个温度差,如果物体表面与空气之间的温度差主要是由物体表面辐射冷却造成的,则在较暖的空气和较冷的物体表面相接触时空气就会冷却,达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出。如果温度在0℃以下,则多余的水汽就在物体表面上凝华为冰晶,这就是霜。因此,霜总是在有利于物体表面辐射冷却的天气条件下形成。

    另外,云对地面物体夜间的辐射冷却是有妨碍的,天空有云不利于霜的形成,因此,霜大都出现在晴朗的夜晚,也就是地面辐射冷却强烈的时候。

    此外,风对于霜的形成也有影响。有微风的时候,空气缓慢地流过冷物体表面,不断地供应着水汽,有利于霜的形成。但是,风大的时候,由于空气流动得很快,接触冷物体表面的时间太短,同时风大的时候,上下层的空气容易互相混合,不利于温度降低,从而也会妨碍霜的形成。大致说来,当风速达到3级或3级以上时,霜就不容易形成了。

    因此,霜一般形成在寒冷季节里晴朗、微风或无风的夜晚。

    霜的形成,不仅和上述天气条件有关,而且和地面物体的属性有关。

    霜是在辐射冷却的物体表面上形成的,所以物体表面越容易辐射散热并迅速冷却,在它上面就越容易形成霜。同类物体,在同样条件下,假如质量相同,其内部含有的热量也就相同。如果夜间它们同时辐射散热,那么,在同一时间内表面积较大的物体散热较多,冷却得较快,在它上面就更容易有霜形成。这就是说,一种物体,如果与其质量相比,表面积相对大的,那么在它上面就容易形成霜。草叶很轻,表面积却较大,所以草叶上就容易形成霜。另外,物体表面粗糙的,要比表面光滑的更有利于辐射散热,所以在表面粗糙的物体上更容易形成霜,如土块。

    霜的消失有2种方式:①升华为水汽,②融化成水。最常见的是日出以后因温度升高而融化消失。霜所融化的水,对农作物有一定好处。

    霜的出现,说明当地夜天气晴朗并寒冷,大气稳定,地面辐射降温强烈。这种情况一般出现于有冷气团控制的时候,所以往往会维持几天好天气。我国民间有“霜重见晴天”的谚语,道理就在这里。

    台风形成的条件

    (1)要有广阔的高温、高湿的大气。热带洋面上的底层大气的温度和湿度主要决定于海面水温,台风只能形成于海温高于26~27℃的暖洋面上,而且在60米深度内的海水水温都要高于26~27℃。

    (2)要有低层大气向中心辐合、高层向外扩散的初始扰动。而且高层辐散必须超过低层辐合,才能维持足够的上升气流,低层扰动才能不断加强。

    (3)垂直方向风速不能相差太大,上下层空气相对运动很小,才能使初始扰动中水汽凝结所释放的潜热能集中保存在台风眼区的空气样中,形成并加强台风暖中心结构。

    (4)要有足够大的地转偏向力作用,地球自转作用有利于气旋性涡旋的生成。地转偏向力在赤道附近接近于零,向南北两极增大,台风基本发生在大约离赤道5个纬度以上的洋面上。

    台风路径

    台风路径大致可分为3类:

    (1)西进型:台风自菲律宾以东一直向西移动,经过南海最后在中国海南岛或越南北部地区登陆。

    (2)登陆型:台风向西北方向移动,穿过台湾海峡,在中国广东、福建、浙江沿海登陆,并逐渐减弱为低气压。这类台风对中国的影响最大。

    (3)抛物线型:台风先向西北方向移动,当接近中国东部沿海地区时,不登陆而转向东北,向日本附近转去,路径呈抛物线形状。

    台风形成后,一般会移出源地并经过发展、减弱和消亡的演变过程。一个发展成熟的台风,圆形涡旋半径一般为500~1000千米,高度可达15~20千米,台风由外围区、最大风速区和台风眼三部分组成。外围区的风速从外向内增加,有螺旋状云带和阵性降水;最强烈的降水产生在最大风速区,平均宽8~19千米,它与台风眼之间有环形云墙;台风眼位于台风中心区,最常见的台风眼呈圆形或椭圆形状,直径约10~70千米,平均约45千米。

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