人們常常看到天空有時(shí)碧空無(wú)云,有時(shí)白云朵朵,有時(shí)又是烏云密布.為什么天上有時(shí)有云,有時(shí)又沒有云呢?云究竟是怎樣形成的呢? 它又是由有什么組成的?
漂浮在天空中的云彩是由許多細(xì)小的水滴或冰晶組成的,有的是由小水滴或小冰晶混合在一起組成的.有時(shí)也包含一些較大的雨滴及冰、雪粒,云的底部不接觸地面,并有一定厚度.
云的形成主要是由水汽凝結(jié)造成的.
我們都知道,從地面向上十幾公里這層大氣中,越靠近地面,溫度越高,空氣也越稠密；越往高空,溫度越低,空氣也越稀薄.
另一方面,江河湖海的水面,以及土壤和動(dòng)、植物的水分,隨時(shí)蒸發(fā)到空中變成水汽.水汽進(jìn)入大氣后,成云致雨,或凝聚為霜露,然后又返回地面,滲入土壤或流入江河湖海.以后又再蒸發(fā)(升華),再凝結(jié)(凝華)下降.周而復(fù)始,循環(huán)不已.
水汽從蒸發(fā)表面進(jìn)入低層大氣后,這里的溫度高,所容納的水汽較多,如果這些濕熱的空氣被抬升,溫度就會(huì)逐漸降低,到了一定高度,空氣中的水汽就會(huì)達(dá)到飽和.如果空氣繼續(xù)被抬升,就會(huì)有多余的水汽析出.如果那里的溫度高于0°C,則多余的水汽就凝結(jié)成小水滴；如果溫度低于0°C,則多余的水汽就凝化為小冰晶.在這些小水滴和小冰晶逐漸增多并達(dá)到人眼能辨認(rèn)的程度時(shí),就是云了.
人們常?？吹教炜沼袝r(shí)碧空無(wú)云,有時(shí)白云朵朵,有時(shí)又是烏云密布.為什么天上有時(shí)有云,有時(shí)又沒有云呢?云究竟是怎樣形成的呢? 它又是由有什么組成的?
漂浮在天空中的云彩是由許多細(xì)小的水滴或冰晶組成的,有的是由小水滴或小冰晶混合在一起組成的.有時(shí)也包含一些較大的雨滴及冰、雪粒,云的底部不接觸地面,并有一定厚度.
云的形成主要是由水汽凝結(jié)造成的.
我們都知道,從地面向上十幾公里這層大氣中,越靠近地面,溫度越高,空氣也越稠密；越往高空,溫度越低,空氣也越稀薄.
另一方面,江河湖海的水面,以及土壤和動(dòng)、植物的水分,隨時(shí)蒸發(fā)到空中變成水汽.水汽進(jìn)入大氣后,成云致雨,或凝聚為霜露,然后又返回地面,滲入土壤或流入江河湖海.以后又再蒸發(fā)(升華),再凝結(jié)(凝華)下降.周而復(fù)始,循環(huán)不已.
水汽從蒸發(fā)表面進(jìn)入低層大氣后,這里的溫度高,所容納的水汽較多,如果這些濕熱的空氣被抬升,溫度就會(huì)逐漸降低,到了一定高度,空氣中的水汽就會(huì)達(dá)到飽和.如果空氣繼續(xù)被抬升,就會(huì)有多余的水汽析出.如果那里的溫度高于0°C,則多余的水汽就凝結(jié)成小水滴；如果溫度低于0°C,則多余的水汽就凝化為小冰晶.在這些小水滴和小冰晶逐漸增多并達(dá)到人眼能辨認(rèn)的程度時(shí),就是云了.
霧和云都是由浮游在空中的小水滴或冰晶組成的水汽凝結(jié)物,只是霧生成在大氣的近地面層中,而云生成在大氣的較高層而已.霧既然是水汽凝結(jié)物,因此應(yīng)從造成水汽凝結(jié)的條件中尋找它的成因.大氣中水汽達(dá)到飽和的原因不外兩個(gè)：一是由于蒸發(fā),增加了大氣中的水汽；另一是由于空氣自身的冷卻.對(duì)于霧來(lái)說(shuō)冷卻更重要.當(dāng)空氣中有凝結(jié)核時(shí),飽和空氣如繼續(xù)有水汽增加或繼續(xù)冶卻,便會(huì)發(fā)生凝結(jié).凝結(jié)的水滴如使水平能見度降低到1千米以內(nèi)時(shí),霧就形成了.
另外,過(guò)大的風(fēng)速和強(qiáng)烈的擾動(dòng)不利于霧的生成.
因此,凡是在有利于空氣低層冷卻的地區(qū),如果水汽充分,風(fēng)力微和,大氣層結(jié)穩(wěn)定,并有大量的凝結(jié)核存在,便最容易生成霧.一般在工業(yè)區(qū)和城市中心形成霧的機(jī)會(huì)更多,因?yàn)槟抢镉胸S富的凝結(jié)核存在.
在寒冷季節(jié)的清晨,草葉上、土塊上常常會(huì)覆蓋著一層霜的結(jié)晶.它們?cè)诔跎鸬年?yáng)光照耀下閃閃發(fā)光,待太陽(yáng)升高后就融化了.人們常常把這種現(xiàn)象叫"下霜".翻翻日歷,每年10月下旬,總有"霜降"這個(gè)節(jié)氣.我們看到過(guò)降雪,也看到過(guò)降雨,可是誰(shuí)也沒有看到過(guò)降霜.其實(shí),霜不是從天空降下來(lái)的,而是在近地面層的空氣里形成的.
霜是一種白色的冰晶,多形成于夜間.少數(shù)情況下,在日落以前太陽(yáng)斜照的時(shí)候也能開始形成.通常,日出后不久霜就融化了.但是在天氣嚴(yán)寒的時(shí)候或者在背陰的地方,霜也能終日不消.
霜本身對(duì)植物既沒有害處,也沒有益處.通常人們所說(shuō)的"霜害",實(shí)際上是在形成霜的同時(shí)產(chǎn)生的"凍害".
霜的形成不僅和當(dāng)時(shí)的天氣條件有關(guān),而且與所附著的物體的屬性也有關(guān).當(dāng)物體表面的溫度很低,而物體表面附近的空氣溫度卻比較高,那么在空氣和物體表面之間有一個(gè)溫度差,如果物體表面與空氣之間的溫度差主要是由物體表面輻射冷卻造成的,則在較暖的空氣和較冷的物體表面相接觸時(shí)空氣就會(huì)冷卻,達(dá)到水汽過(guò)飽和的時(shí)候多余的水汽就會(huì)析出.如果溫度在0°C以下,則多余的水汽就在物體表面上凝華為冰晶,這就是霜.因此霜總是在有利于物體表面輻射冷卻的天氣條件下形成.
另外,云對(duì)地面物體夜間的輻射冷卻是有妨礙的,天空有云不利于霜的形成,因此,霜大都出現(xiàn)在晴朗的夜晚,也就是地面輻射冷卻強(qiáng)烈的時(shí)候.
此外,風(fēng)對(duì)于霜的形成也有影響.有微風(fēng)的時(shí)候,空氣緩慢地流過(guò)冷物體表面,不斷地供應(yīng)著水汽,有利于霜的形成.但是,風(fēng)大的時(shí)候,由于空氣流動(dòng)得很快,接觸冷物體表面的時(shí)間太短,同時(shí)風(fēng)大的時(shí)候,上下層的空氣容易互相混合,不利于溫度降低,從而也會(huì)妨礙霜的形成.大致說(shuō)來(lái),當(dāng)風(fēng)速達(dá)到3級(jí)或3級(jí)以上時(shí),霜就不容易形成了.
因此,霜一般形成在寒冷季節(jié)里晴朗、微風(fēng)或無(wú)風(fēng)的夜晚.
霜的形成,不僅和上述天氣條件有關(guān),而且和地面物體的屬性有關(guān).霜是在輻射冷卻的物體表面上形成的,所以物體表面越容易輻射散熱并迅速冷卻,在它上面就越容易形成霜.同類物體,在同樣條件下,假如質(zhì)量相同,其內(nèi)部含有的熱量也就相同.如果夜間它們同時(shí)輻射散熱,那末,在同一時(shí)間內(nèi)表面積較大的物體散熱較多,冷卻得較快,在它上面就更容易有霜形成.這就是說(shuō),一種物體,如果與其質(zhì)量相比,表面積相對(duì)大的,那么在它上面就容易形成霜.草葉很輕,表面積卻較大,所以草葉上就容易形成霜.另外,物體表面粗糙的,要比表面光滑的更有利于輻射散熱,所以在表面粗糙的物體上更容易形成霜,如土塊.
霜的消失有兩種方式：一是升華為水汽,一是融化成水.最常見的是日出以后因溫度升高而融化消失.霜所融化的水,對(duì)農(nóng)作物有一定好處.
我們已經(jīng)知道,云是由許多小水滴和小冰晶組成的,雨滴和雪花就是由它們?cè)鲩L(zhǎng)變大而成的.那么,小水滴和小冰晶在云內(nèi)是怎樣增長(zhǎng)變大的呢?
在水云中,云滴都是小水滴.它們主要是靠繼續(xù)凝結(jié)和互相碰撞并合而增大的.因此,在水云里,云滴要增大到雨滴的大小,首先需要云很厚,云滴濃密,含水量多,這樣,它才能繼續(xù)凝結(jié)增長(zhǎng)；其次,在水云內(nèi)還需要存在較強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng),這樣才能增加多次碰撞并合的機(jī)會(huì).而在比較薄的和比較穩(wěn)定的水云中,云滴沒有足夠的凝結(jié)和并合增長(zhǎng)的機(jī)會(huì),只能引起多云、陰天,不大會(huì)下雨.
在各種不同的云內(nèi),其云滴大小的分布是各不相同的,造成云滴大小不均的原因就是周圍空氣中水汽的轉(zhuǎn)移以及云滴的蒸發(fā).使云滴增長(zhǎng)的因素是凝結(jié)過(guò)程和碰撞并和過(guò)程,在只有凝結(jié)作用的情況下,云滴的大小是均勻的,但由于水汽的補(bǔ)充,使某些云滴有所增長(zhǎng),再加上并和作用的結(jié)果,就使較大的云滴繼續(xù)增長(zhǎng)變大成為雨滴.雨滴受地心引力的作用而下降,當(dāng)有上升氣流時(shí),就會(huì)有一個(gè)向上的力加在雨滴上,使其下降的速度變慢,并且一些小雨滴還可能被帶上去.只有當(dāng)雨滴增大到一定的程度時(shí),才能下降到地面,形成降雨.