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May 26, 2022

在气象学中,云(在科学语言中更常称为云)是由凝结水蒸气和/或冰晶的微小颗粒组成的水凝物,由于上升气流或处于浮力状态而悬浮在大气中,通常不与地面接触.降水源自云层,它是水圈中水循环的一个阶段以及水蒸气的凝结。某些类型的云的形状类似于分形,具有典型的自相似性,而云的颜色本质上是由于辐射-物质相互作用或光-水汽(主要是反射、折射和扩散)的光学现象,又是云的密度和厚度的函数。研究云和相关现象的气象学分支称为气象学。

概论

云通常被称为地球表面上方可见的质量,但云也形成在其他行星体或卫星上。星际空间中也可以形成云状结构,但在这种情况下,它们不是水蒸气液滴的簇。在这种情况下,我们说的是星际云。云是雨、雪和冰雹等复杂气象现象的代表,反过来又会引起复杂的气象现象。通过形式类比,该术语还扩展到大气中的烟雾或灰尘、沙子或昆虫的堆积物。从热力学的角度来看,云代表了在称为大气的气态流体中发生的现象的视觉方面;涉及的数量是:温度、湿度、压力。

外貌

云的外观由构成云的粒子和材料的性质、大小、数量、空间分布决定;它还取决于云接收到的光的强度和颜色以及观察者和光源的相对位置。

亮度

亮度是用于光度测量的技术术语,表示给定方向上的光强度与垂直于该方向的平面的发射表面面积的投影的商。在云场中,它是由其组成粒子反射、漫射和透射的光决定的。亮度可以通过介于云本身和观察者之间的雾度以及光晕、冠冕、光晕等光学现象来改变。通常,白天云的亮度可以让您清楚地观察它们,而在夜间,只有当月亮被照亮四分之一以上时才能观察到它们。

颜色

地球上形成的云是由水蒸气产生的,水蒸气凝结时会形成直径通常为 0.01 毫米的小水滴或冰晶。当形成数十亿个这样的液滴的集群时,由于这些液滴表面的光反射能力高(60% 到 85%),云看起来是典型的白色。由于构成云的液滴中光的高度分散,它也可能呈灰色或有时呈深蓝色,几乎是黑色。云的密度越大,厚度越大,它看起来就越暗。这就是为什么雷暴云(通常是积雨云)在底部看起来很暗的原因。在日出和日落时,云可以呈现出与天空相似的颜色,尤其是橙色和粉色。在红外波长附近,云会显得更暗,因为构成它们的水会强烈吸收该波长的阳光。

分类

交叉分类表 在 19 世纪,有一种比现在更复杂、更清晰的分类方法,它提供了云的拉丁名称,也是今天的分类方法的基础。该系统由时年 30 岁的贵格会药剂师和化学家卢克·霍华德 (Luke Howard) 开发(1803 年,伦敦 Askesian 会议)。该分类系统利用了费迪南多二世·德·美第奇和巴伐利亚的卡洛·西奥多先前所做的一些观察。在它们几乎无限的变化中(形状、透明度、高度等),我们可以识别四种基本类型的云,然后使用它们的名称进行更精确的分类:卷云,它看起来像长而白色的细丝;由使它们半透明的冰晶组成,多亏了他们的安排,你可以知道高空的风向。卷状形容词。呈块状或球状的堆(或堆),孤立的或成组的,大小和形状非常不同,被阳光照射时呈白色,在阴凉处呈灰色;超越上升气流;积状形容词。层,通常有相当大的延伸和平坦的形状;层状形容词。云,其底部呈深灰色,是雨水的载体。形容词 nembiform。美国国家航空航天局公布了前四种基本类型的详细说明,他们在其中添加了第五种类型,层积云,以卷或波纹的形式描述云,并将 nembiformes 澄清为 cumulonembiformes,以指定暴风云。产生雷声。在上述基本类型的基础上,建议根据云底距地面的高度将云分为四组十类:高云(cirro-前缀)、中云(高前缀)、低云。云(地层前缀 -)和垂直发展的云(积云 - / nimbus- 前缀)。

基于高度

其他

底部(在温带地区)在 8000 到 14000 米之间的云层是最冷的云,主要由使它们半透明的冰晶组成;从它们的排列可以知道高空风的方向(垂直于条纹,朝向驼峰的方向);它们的特点是前缀“cirro-”。cirri (Ci) -cyrriforme (filaments), cirrocumulus (Cc) -stratocumuliforme (rolls or ripples), 是冰晶云,略呈球状的卷层 (Cs) - 层状形状。

平均数

它们是云底(在温带地区)在 2000 到 8000 米之间的云层。它们基本上由水滴或水滴和冰晶的混合物组成。它们的特点是前缀“高-”。高积云 (Ac) - 层状积云,是在高湿度和低风的情况下形成的云

低的

云底(在温带地区)低于 2000 米,基本上由水滴组成。当低云与地面接触时,称为雾。它们的特点是前缀和后缀“stratum-”。Humilis 种堆 (Cu hum) -cumuliform stratocumulus (Sc) -stratocumuliform 地层 (St) -stratiform

基于厚度和地层

层状云 积状云 对流或垂直云

中等垂直发展

基底低于 3000 m 的地层。它们基本上由水滴组成。积云种平庸 (Cu med) - 积云 Nembostrati (Ns) - 层状

垂直发展大

垂直云的形成。它们是最湍急的云,悬垂在上升气流之上。在它们最大的形式(积雨云)中,它们可以达到巨大的尺寸,覆盖整个地区并带来猛烈的降雨和雷暴。这些类型的云没有按高度与其他云一起分类,因为它们具有很大的垂直发展。充血或高耸的积云 (Tcu) -cumuliforme Cumulonimbus (Cb) -cumulonembiforme 除了各种类型的积云和积雨云外,所有其他类型的云都是水平发育的(即它们的垂直厚度不高)。当一个土丘被上升气流持续供给,垂直生长时,积雨云就会形成。积雨云可以延伸到平流层的下限,在 12 到 15 公里的高度,取决于纬度。

珠光云和夜光云

一些云在对流层上方形成:这些云是珠光云和夜光云。前者形成于海拔 15 至 25 公里的平流层,仅在极地地区;后者位于约 85 公里高度的中间层,通常位于赤道以北和以南 50° 和 60° 之间的纬度。

编队

云是由太阳加热导致地球表面(包含在海洋、湖泊、河流等)上的水蒸发所产生的蒸汽凝结而成的。这种现象虽然复杂,但可以概括如下: 由于太阳辐射,地球表面的温度升高。通过热传导,热土也会加热与其接触的空气。由于暖空气比周围相对寒冷的空气轻,它会上升,产生上升气流并带走其中的水分。上升时,空气绝热冷却,达到水蒸气的饱和点,因此将自身转化为微小的水滴,悬浮在空气中,形成云。如果温度特别低,它们就会变成微小的冰晶。具体来说,发生这种情况的原因如下: 空气被冷却到其饱和点以下。当空气与冷表面接触或绝热冷却时,即当向上移动的空气冷却时,就会发生这种情况。在以下情况下可能会发生这种情况: 沿着天气前沿,炎热或寒冷。在这种情况下,密度较大的冷空气在暖空气下流动,从而形成云团。当空气沿着山坡吹动并随着上升到大气层的较高层而逐渐冷却时。通过对流,当暖空气团因加热而上升时。加热通常是由太阳辐射引起的,但也可能是由火灾引起的。当暖空气与较冷的表面(例如冷水体)接触时。当两团低于饱和点的空气混合时也会形成云,例如吸入冷空气、飞机尾迹或北极“海烟”。典型云中的水质量可达数百万吨.但是,云的体积也很大,容纳水滴的相对温暖的空气的密度低于下面的空气,因此空气在其下方流动并能够使其保持悬浮状态。条件在然而,云内部是不稳定的:液滴(半径约为 10 µm)不断形成和蒸发。液滴主要在尘埃粒子作为凝结核时形成;当过饱和度接近 400% 时,水滴本身可以作为凝结核,但这是一种相对罕见的情况。在饱和条件下生长水滴的过程由梅森方程在数学上描述。水滴只有在它们变得足够大和足够重以从云上掉下来时才能形成降水。这可以通过两种方式发生。主要的,负责中纬度地区最大的降水量,它被称为 Bergeron-Findelsen 过程,其中过冷水滴和云中的冰晶相互作用,形成冰晶的快速堆积:这些晶体从云中落下,并在落下时融化。该过程发生在顶部温度低于 -15 °C (258.15 K) 的云中。第二个过程称为聚结,在热带地区更常见,发生在较暖的云层中,由较大的水滴与较小的水滴碰撞而产生,从而合并在一起。当云具有高密度时,该过程尤其有效。只要云中的气流和下方流动的气流能够使液滴保持悬浮状态,它们就会继续生长;到达云顶,上升气流发散,水滴在重力作用下落下,然后再次上升,形成连续的起伏,这进一步增加了水滴的大小。当它们达到约 200 µm 的尺寸时,上升气流无法再支撑它们,因此它们只能下落:如果云非常高并且击中的液滴数量很高,则液滴的直径可以达到 0.5-2 mm甚至更多,然后它们直接像雨一样落下。这进一步增加了液滴的大小。当它们达到约 200 µm 的尺寸时,上升气流无法再支撑它们,因此它们只能下落:如果云非常高并且击中的液滴数量很高,则液滴的直径可以达到 0.5-2 mm甚至更多,然后它们直接像雨一样落下。这进一步增加了液滴的大小。当它们达到约 200 µm 的尺寸时,上升气流无法再支撑它们,因此它们只能下落:如果云非常高并且击中的液滴数量很高,则液滴的直径可以达到 0.5-2 mm甚至更多,然后它们直接像雨一样落下。

云层中的“沸冰”

除了是用于描述干冰的口语术语之外,“沸腾冰”这个词还用于描述一种令人惊讶的现象,其中水在室温下变成冰,这要归功于每 100 万伏特的电场。米.. 该电场的影响已被建议作为云形成的假设,但产生了相当多的争议,因此该假设并未被广泛接受。

多云

在 okta 中可以测量天空的多云度,范围从 0 到 9;每个等级都可以用一种颜色来识别:

对气候的影响

云覆盖了大约一半的大气表面,因此对太阳 - 地球的能量平衡有显着影响,即使根据云的厚度不同而具有不同的重量:高和分层的云,如卷云和卷层云大气,通过让太阳辐射通过并阻挡长波输出地面辐射;反之亦然,低、密和厚的云层往往通过直接反射入射的太阳辐射来冷却地球表面;总体云平衡尚不清楚,正在新生的“云气候学”中进行研究。试图解释当前全球变暖而不诉诸温室气体强迫的替代理论通过虹膜效应和宇宙射线的影响。

笔记

参考书目

(EN) Basil John Mason,云物理学,牛津,克拉伦登出版社,1957 年,ISBN 0-19-851603-7。Jean Louis Battan,云:应用气象学简介,博洛尼亚,扎尼切利,1981 年。

相关项目

大气物理学 气象学 Nephypsometer Nephanalysis 降水(气象学) 云 牵牛花

其他项目

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外部链接

(EN) Nuvola,在 Encyclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc. (EN) IUPAC Gold Book,“cloud”,goldbook.iupac.org。(EN) Cloud Appreciation Society,位于 cloudappreciationsociety.org。2006 年 6 月 6 日检索(从 2015 年 4 月 4 日的原始网址归档)。