揭秘奇异云朵成因

来源：新浪科技

《连线》杂志刊载了一张名为“阵晨风云”的云朵照片，但当时并未解释这种罕见而奇异的云朵的形成原因。事后，该杂志请教了从事奇异云朵形成研究的德国慕尼黑大学气象学家罗格·史密斯(RogerSmith)。史密斯说：“过去几年，我们对它们的理解日趋深入。这不再是一个谜，但它们仍同以前一样壮观。”     之所以出现“阵晨风”现象，皆因约克角半岛(处于澳大利亚偏远地区)陆地和海洋的独特构造。约克角半岛不断向北延伸，夹在卡本特利亚海湾和珊瑚海中间，卡本特利亚海湾在西，珊瑚海在东，而约克角半岛一路下来越来越窄——从大约350英里(560公里)减至60英里(96公里)。白天，东面的信风将海风吹到整个半岛，傍晚时分遇到从西岸刮过来的海风。
    东西两个方向的海风碰撞，产生波状扰动，从内陆向西南方向移动。西南方恰恰是形成阵晨风云的一个重要区域。当潮湿的海洋空气被吹到波状扰动的上方，它会冷却、凝聚形成云。有时，形成的云只有一波，有时，一连串多达十波。他说：“如果你看天上的云朵，感觉好像是在向后翻滚。事实上，云在最前边不断形成，在最后面又不断消失。这给人一种云总在不停滚动的感觉。”
    这些云也会形成于别的地方，包括慕尼黑，但在那里形成的频率是大约十年一次。约克角之所以独特，是因为阵晨风云经常在秋天出现在柏克镇上空。它们还在那里给人留下深刻印象，绵延600英里(约合960公里)，每年飞经这些地区的飞行员都希望看到壮观的云朵。研究奇异云朵的科学家并不多，因为它们极为罕见，对于从事降雨量和气候变化研究的科学家而言，它们的重要性便大打折扣。所以，人们对奇异云朵的形成往往知之甚少。
    美国加州大学圣克鲁斯分校物理学家帕特里克·庄(Patrick Chuang)说：“去研究那些好看的现象，我们很难获得经费。”以下是最奇特、最壮观的几种云朵，同时，专家还给我们解释了它们的形成过程。

这些奇异的云朵被称为“乳房云”，它们的出现常常预示着暴风雨的降临。我们可以在很多地方看到乳房云奇特的身姿，比如美国中西部。物理学家帕特里克·庄说：“它们是一些外观奇异的云彩。”有些科学家对乳房云的形成也有不同的见解。美国国家大气研究中心物理学家丹尼尔·布里德(Daniel Breed)表示，空气的浮力和对流是形成乳房云的关键。布里德说：“这好像是上下颠倒的对流。”    对流就好比有浮力的气泡。以乳房云为例，在云中的空气冷却过程中，蒸发作用会引起大量负浮力(negativebuoyancy)，这使得缕缕云彩向下而不是像积云一样向上移动，最终，它们看上去就像上下颠倒的气泡一样。乳房云移动平缓的原因在于它们下面的温度结构。据布里德介绍，在对流层中，温度会随高度增加而有所降低，这称为“直减率”(lapse rate)，变化的速度必须接近于中值。
    换言之，如果温暖的小气泡出现在某个区域，温度根本不会出现变化——没有热量进出。这是暴风雨所特有的温度结构。若没有这些外部条件，形成的云外观更加普通，不是高低不平，就是缕缕轻烟。布里德说：“只要有暴风雨的地方，肯定会看到乳房云。若是没有暴风雨，你要想看到乳房云，则一定要有令云浮起所需的大气条件。”

荚状云通常由引力波形成，有时被误认为不明飞行物。帕特里克利用减震器形象地描述了引力波。他说：“想象一下，你驾驶奶奶的卡迪拉克穿过一个减速带，汽车自然会在非常短暂的时间内上下颠簸。由于地球引力的存在，汽车会向下移动，在此之后，悬架上的弹簧又将汽车弹起。”    就荚状云来说，充当减速带的通常是包括山脉在内的一些地貌，它们阻碍了空气流动。在沿山体一侧向下移动过程中，空气往往显得过于“冲动”随后又被弹起。空气会在短暂时间内上演类似震荡，随着上升气体逐渐冷却，引力波向上部分便形成了云。帕特里克说：“云出现在振动幅度最大的区域。”
    除了地貌这个减速带外，其它一些减速带也会导致荚状云形成，例如较高的雷雨云。由于经常在山脉顺风面形成，荚状云又被称之为“背风云”、“波浪云”或者“背风波浪云”。山脉能够形成一系列长波浪云，但如果这个减速带处于更加孤立的状态，例如只是一个单一的山脉，便会形成外形类似不明飞行物的椭圆形云。
    有时候，多个椭圆形云一同出现，在外观上给人一种好似一堆飞碟的感觉。布里德说：“我个人非常喜欢波浪云，因为我经常会看到它们在天空中出现。我有很多喜欢的东西，但作为屏幕保护程序的却只有荚状云。”

这些疯狂的云朵被称之为“开尔文-赫姆霍兹波浪”，外形好似一层层海浪。它们是在两个密度不同的空气层或者液体层以不同速度彼此穿过对方时在分界线上被“剪”出来的。帕特里克说：“它们就好像是油和醋，彼此不能相容。在海洋，顶部海水较为温暖，底部海水则温度极低，就好像一个大水坑上面飘着一层薄薄的油。”    当两个层彼此穿过对方时，好似波浪的开尔文-赫姆霍兹不稳定性便会出现。部分分界向上移动，部分向下移动。由于其中一个层的移动速度高于另一个层，穿越过程会导致波浪顶部水平移动，所形成的云好似冲刷沙滩的海浪。帕特里克说：“这些云外形很像破碎的海浪。当顶部的水以远超过底部的水移动时，海浪就会发生断裂。”

这张引人注目的照片展示了6月12日日本东北部千岛群岛的萨里切夫火山喷发。照片中最令人感兴趣的并不是火山喷发本身，而是喷发时形成的一个帽状云。穿过上方云层时，火山灰柱似乎戴上了一顶光滑的白帽子，从而形成照片中的帽状云。    帽状云由迅猛的上升运动所致，其中包括快速扩张的雷雨云砧、火山喷发甚至于核爆炸。在每一种情况下，一些物质都会将温湿气体快速向上推动。布里德说：“在雷暴上方，帽状云非常常见，这是因为空气移动速度太快，致使上方气流处于混乱状态。一旦温度降至足以形成云的程度，你就能看到这些云帽。”
    帕特里克表示，帽状云与有时在积云顶部出现的光滑“帽子”类似，但后者实际上是冰帽。“如果出现强对流，气体便会被快速推向高空，从而形成冰云，这是因为所在高度足以让晶体冻结。冻结过程并无稀奇之处，与普通的物体冻结没什么两样。”

夜光云由地球大气和空间边界处的冰形成，夜光云距地面的高度一般在80公里左右。它们发光是因为它们很高，以致太阳在地平线下都能照亮它们。夜光云从两极扩散的原因或者或者为什么越来越多的夜光云出现在极地，而且越来越亮的原因至今还不清楚。没有人知道这是为什么，不过一些人怀疑是因为全球温室气体排放增加导致的。
    夜光云在约零下230华氏度下形成，由下而上吹起或从太空落下的灰尘为水汽提供了凝缩冻结的表面。现在，北半球正处于夏季，大气升温膨胀。在大气的外边缘，因为大气已经远远地延伸到太空，这意味着它正变得越来越冷。美国航天局正在进行的卫星飞行任务研究云团的首席研究员、汉普顿大学大气学家詹姆士·拉塞尔说：“流行的理论和最可能的解释是，二氧化碳在80公里之上累积会造成温度下降。”但是，他警告，气温观察仍是非决定性的。但是，事实可能更复杂，关于夜光云还有很多其他理论。

阵晨风云是一种特殊的更为罕见的滚轴云，滚轴云较为常见，通常不会很长。滚轴云通常出现在暴风雨来临前。上升的暖气流推动冷空气向上，然后冷空气沿上升气流的边缘流下。之后向下降冷气流会弹起形成波浪状结构。
在上升过程中，冷空气形成云团。云的蒸发造成边缘的下降气流，侵蚀云团，形成卷轴状。如波浪继续形成，一系列滚轴云就会形成。

多谢楼主的帖子，好象我以前问过楼主关于这些奇异云彩的生成原因

好壮观啊 真想亲眼看看 但又不要遭到恶劣天气 学习了

好神秘好神秘

好神奇好壮观好美！

多谢楼主的帖子，好象我以前问过楼主关于这些奇异云彩的生成原因
阿波罗神 发表于 2009-10-10 18:03

                               
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我也不太懂这个，只是对这方面的内容感兴趣！

幻美无言.......

so beautiful~如此美景

用艺术的眼光看待

好漂亮的云，大部分都没亲眼见过。
楼主的一楼文字与图不配，能否编辑一下，把7楼的一张图移动一楼去，而乳房云的图都搬到2楼去。

还是莫生气能用心去看图，该是附件时搞错了，俺也经常这样！

——精彩、漂亮，不顶不行...

好漂亮的云，大部分都没亲眼见过。
楼主的一楼文字与图不配，能否编辑一下，把7楼的一张图移动一楼去，而乳房云的图都搬到2楼去。
gohomeman1 发表于 2009-10-11 16:43

                               
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好，知道了！现在上网时间太紧张。如果没有修改还请星友理解！