基本气象要素(二)
1. 云
1.1 概述
云是天气变化的征兆,在古老的年代里,农夫与渔夫常藉云之观测以预报天气。
好天气的时候常出现一朵朵白色圆顶平底的云,云底高度约在一公里左右,我们称它们为晴天积云,这时在3公里及6公里左右的上空,也可分别伴有花菜状或絮状的白色云块,我们分别称它们为高积云和卷积云。当这些积状云出现时,空气非常平稳,云淡风清,为良好天气征兆。
冬天的恶劣天气多半与锋面或低气压移近有关,那时天空出现的云,多为向水平方向,大范围展开的云,我们称它为层状云,层状云按出现的高度可分为卷层云、高层云、雨层云、层云。最高的卷层云存在约 6公里高空,为冰晶所组成,这种云成晶莹的白色,光线穿过云层时在太阳及月亮周围,常出现彩色的光环,称为晕。谚语有云:“日晕风,月晕雨”,就是表示已经有锋面或低气压自远方接近,为天气转坏的前兆。
当低气压逐渐接近,就有高层云出现,平均高度约在 3公里左右。这种云由冰晶与水滴混合组成,云层比较厚,水平伸展至数百里,足以遮蔽日光,有雨滴可自云中降下。雨层云,在低气压附近出现,高度在 800公尺左右,呈暗黑色云幕低垂,有连续性降雨的现象。
夏天午后最常出现的云为积雨云,在闷热的下午,雷雨来临之前,天空常出现高耸灰暗的云块。这表示云层内有旺盛上升气流,气流上升速度每分钟最高可达 600公尺,不消十分钟,就可使云柱伸展至 6000 公尺高空。
云柱中含有冰晶与水滴,接近云顶的冰晶,常随风拖曳成砧状,这就是积雨云。积雨云因为对流强烈,在刚下雨时,常因冷空气之急速向下冲产生阵风,短时间内风力常达八、九级,所以大雷雨发生时常有强烈的风变。
此种积雨云在春季亦常伴随冷锋出现,惟其成因与夏天之情况不同,是因为暖湿空气被锋面抬升而造成的。
云层高度图(来源:搜狐)
1.2 云的形成
人们常常看到天空有时碧空无云,有时白云朵朵,有时又是乌云密布。为什么天上有时有云,有时又没有云呢?云究竟是怎样形成的呢? 它又是由有什么组成的?
漂浮在天空中的云彩是由许多细小的水滴或冰晶组成的,有的是由小水滴或小冰晶混合在一起组成的。有时也包含一些较大的雨滴及冰、雪粒,云的底部不接触地面,并有一定厚度。
云的形成主要是由水汽凝结造成的。
我们都知道,从地面向上十几公里这层大气中,越靠近地面,温度越高,空气也越稠密;越往高空,温度越低,空气也越稀薄。
另一方面,江河湖海的水面,以及土壤和动、植物的水分,随时蒸发到空中变成水汽。水汽进入大气后,成云致雨,或凝聚为霜露,然后又返回地面,渗入土壤或流入江河湖海。以后又再蒸发(升华),再凝结(凝华)下降。周而复始,循环不已。
水汽从蒸发表面进入低层大气后,这里的温度高,所容纳的水汽较多,如果这些湿热的空气被抬升,温度就会逐渐降低,到了一定高度,空气中的水汽就会达到饱和。如果空气继续被抬升,就会有多余的水汽析出。如果那里的温度高于0°C,则多余的水汽就凝结成小水滴;如果温度低于0°C,则多余的水汽就凝化为小冰晶。在这些小水滴和小冰晶逐渐增多并达到人眼能辨认的程度时,就是云了。
1.3 十大基本云属
云在天气预报和警报中起着关键作用。 它们协助推动了水循环和整个气候系统。 纵观历史,它们启发了艺术家、诗人、音乐家、摄影师和无数的其他爱好者。
当前基于拉丁语的国际云分类体系可以追溯到1803年,业余气象学家卢克·霍华德(Luke Howard)于当年发表了“论云的变形”。
该《国际云图集》目前确认了10大基本云属,它们是根据其在天空中的位置及其近似外观来定义的。
高云通常指云底在约5000米(16500英尺)以上;中云的云底通常在2000至7000米(6500至23000英尺)之间;低云的云底通常高约2000米(6500英尺)。
(英语中)大多数云的名称包含了拉丁文前缀和后缀,其组合给出了云的特征。它们包括:
- Stratus/strato(层云):水平、分层并光滑
- Cumulus/cumulo(积云):堆积、蓬松
- Cirrus/cirro(卷云):羽状、小束
- Nimbus/nimbo(雨云):蕴藏着雨
- Alto:中层(虽然拉丁语中alto为高)
这10个属又按形状和内部结构细分成不同的种类,并按云的透明度和排列细分成不同的变种。总共有约100种组合。
该《国际云图集》包括了一个新的种类,Volutus(拉丁语意为滚动),即滚云。
它还提出了一些新的“特殊”云,如Homogenitus(拉丁语homo意指人而genitus指生成或制造)。这类云的一个例子是Contrails(凝结尾迹的简称),有时由飞机引擎尾气产生。
特别要提到的是Asperitas(拉丁词,指粗糙、不均)-一种看起来像在向上激烈翻腾的海面-近年来调动了公众的想象力。这种云在图集中列为补充。
1.4 不同类型云的特征
积云|Cumulus
晴天里形成的棉花糖
当孩子们刚刚开始画房子是,常常会在房子的上空画上几朵蓬松的、漂浮的、想一堆堆亮白的花椰菜一样的云。这就是是最常见的一种云——积云。当我们想起云时,脑海里面浮现的很可能就是这一朵朵棉花般的积云。在晴朗的午后,慵懒地躺在满天棉花般的积云下,看云卷云舒,多么令人心旷神怡呀。
积云的学名是Cumulus[ˈkju:mjələs],在拉丁语里是“堆积”的意思,意味着这种云的形状多层重叠。
积云是顶部呈山丘状、圆弧形或塔形垂直向上发展的云块,云底较低且平坦,云体庞大,云块之间多不相连。积云上部像西兰花,接受太阳光反射后云体亮白,但当太阳在云层后时则云体阴暗。积云一般零散地布满天空。
|典型高度:600~900米,低云
|形成区域:世界各地,南极除外(地表温度太低,无法形成上升热气流)
|降水情况:一般无降水。浓积云产生的短时阵雨除外
积雨云|Cumulonimbus
高耸得令人魂飞胆颤的雷雨云
蓬松绵软的云是我们的好朋友,只有一种云除外:积雨云。巨大的积雨云通常出现在热带地区,云底离地600米左右,云顶可达约18000米的高空。当积雨云完全形成时,其高度远远高出珠穆朗玛峰。而且,这种积雨云蕴含的能量相当于广岛原子弹的10倍。我们可以积雨云比作云中的黑暗武士,它就像《星球大战》中的反派人物达斯.维达(DarthVader),与它相比,晴天的积云看起来就像影片中的天行者卢克(LukeSkywalker)那样的奶油小生。巨大的积雨云经常伴随着猛烈的倾盆大雨、雹暴、暴风雪、闪图、狂风、龙卷风以及飓风。
积雨云的学名是Cumulonimbus[ˌkju:mələʊˈnɪmbəs],Nimbus是“雨云”的意思。
积雨云是一种非常高的雷雨云,通常能达到对流层,然后以冰粒的形态扩散开来,呈现平滑的纤维状或者条纹状。积雨云云底阴暗,会产生降雨,通常带有冰雹并伴随打雷和闪电。
|典型高度:600~14000米,直展云
|形成地区:热带和温带
|降水形态:暴雨,透通常伴有冰雹
层云|Stratus
低厚而朦胧的云雾毛毯
层云是一种平坦、朦胧、灰色的云,外形没有什么特色。它只不过是一天阴暗的面纱,使天空笼罩在单调沉闷、毫无生气之中。层云是个沉闷的家伙,它似乎不愿意淋洒下它的水分,最多不过是毛毛细雨或一场小雪。它悠哉地到来,但通常一来就会待上很久,惹人生厌,天空中的那片层云甚至会让人的心情非常沉重。我们一定对“乌云罩顶”或“愁云密布”不陌生。然而,层云就像是魔术师手中的丝巾,在我们以为美景都消失时,它突然被掀掉,天空的奇观景象又再次展现给我们!
层云的学名是Stratus[ˈstreɪtəs],alargedarklowcloud,一大片灰色的低云。
层云是灰色的层状或片状云,边缘有弥漫扩散感。在10种云属中,层云的形成高度最低,有时会出现在地面上,即我们所称的雾或霾。
|典型高度:0~2000米,低云
|形成区域:世界各地,沿岸和山林附近常见
|降水形态:最多不过偶尔下毛毛雨、小雪或雪粒
层积云|Stratocumulus
低而蓬松肥大的云层
上一刻,层云让我们感压抑、窒息,下一刻又能成为激励我们梦想的源泉。有谁不曾抬头仰望天空的城堡,想象着那是一个远离尘世烦恼的世界?当层云变成层积云时,片片蓝天便一点一点显露在人们的眼前。
层积云的学名是Stratocumulus[ˌstrætəʊˈkju:mjələs],层云Stratus和积云Cumulus的合体。
层积云是一种低层的云,由片状、团状或条状的云组成。外形看起来像积云,有时分散的云块会融合成一整片连续的云层,有时云块间有缝隙,看起来就像是“棉花糖机忘记了关闭开关”。无论是连续的还是有缝隙的,层积云的颜色比层云更变化多端,而且云底一般有很清晰的轮廓。颜色从亮白至蓝灰。
|典型高度:600~2000米,低云
|形成地区:世界各地,是一种非常常见的云
|降水形态:偶尔下小雨、小雪或雪丸
高积云|Altocumulus
天空中一层层的面包卷
前面我们认识了三种低云,它们是“积云、层云和层积云”。现在我们来说说中云有哪些。或许你有点困惑。高积云既然属于中云,为什么名字中有“高”呢?如果换成“中”作为前缀,叫“中积云”是不是更合理。但是你别忘了,云属、云类的名称更多取决于云的外观和形成的典型高度。而“高积云”这个名字是1855年法国圣莫尔和蒙苏里公园气象台主任埃米利安.雷诺提议使用的,到了19世纪70年代,这个名字被气象学领域被认可。
高积云的学名是Altocumulus[ˌæltəʊˈkju:mjʊləs],属于中云,形状和积云一样,也是一团一团的,但并不是指它的形成方式与积云一样,因为二者的形成方式截然不同。
高积云是由许多小云块组成的一整层或一整片云,呈圆块状、卷轴状或者杏仁/透镜状。颜色为白色或灰色,背光的侧边色彩较暗。高积云通常由小水滴组成,但也可能包含冰晶。
|典型高度:2000~5500米
|形成区域:世界各地
|降水情况:偶尔下小雨
高层云|Altostratus
高度中等的“无趣的云”
高层云是一种高度中等的云层,与稍低的层云一样,它并不是以美丽著称的。典型的高层云是平凡无奇的云,通常延展开来布满整个天空。要辨识高层云是一大挑战,因为它既有层云的特征,还具有更高的卷层云的特征。它是介于两者之间的云。而有一种辨识高层云和圈层与的方法不是抬头望天,而是低头看地。透过卷层云(更高的云)的阳光通常很强,赏云者可以在地面上看到自己的影子,而阳光透过高层云则看不到自己的影子,就像小飞侠彼得.潘一样。
但是,每一种云都有出头的一天。即便是最单调沉闷的云,在日出和日落的光辉中都会变得格外绚丽多彩。我们肯定看到过落日时被太阳光照**的金黄色的云。低垂的太阳给云彩涂抹的颜色便成了测量云彩高度的密码:最高的云是亮白色的,中等的云是金黄色的,低云则是红色的。
不管别人多么沉闷、乏味,我们最**度一些,记住他们闪光的时刻。赏云者应该记住高层云在日出和日落时分短暂的绚丽多姿。高层云会给我们上一堂意义深远的课。约翰.罗斯金(JohnRuskin)也曾非常深刻地表达过这一观点:“把每一个个黎明当做你生命的开始,把每一个黄昏做你生命的小结。”
高层云的学名是Altostratus[ˌæltəʊˈstrɑ:təs],属于中云,呈灰色,外观或平凡无奇,或呈纤维状,一般延伸覆盖近几万平方千米的天空,常由小水滴和冰晶混合构成。
某些部分云层较簿,可显露出太阳或月亮。透过它看太阳或月亮像隔着一层磨砂玻璃。高层云可在太阳或月亮周围形成白色或彩色(云层非常薄时)的“冕”或“华”。
|典型高度:2000~7000米
|形成区域:世界各地,中纬度地区更常见
|降水情况:通常不产生降雨,但偶尔会有小雨或小雪
雨层云|Nimbostratus
浓厚的灰色云毯,不停地下雨、下雨、下雨!
雨层云没有积雨云特有的令人影响深刻的高耸云塔,它是一种不壮观的云,且云体很厚,颜色阴暗,形状不规则,却可以横向延展,覆盖数千千米的天空。
雨层云的学名是Nimbostratus[ˌkju:mələʊˈnɪmbəs],nimbus是“雨云”的拉丁文,被用来命名雨层云(Nimbostratus),原因在于雨层云是一种产生持续降雨的云。当然,“nimbus”一次也被用在积雨云(Cumulonimbus)中,但二者的相似之处仅限于两者都是降雨云。它们产生降雨的方式相差甚远。积雨云是急性子,下的是猛烈的暴风雨,它**惯将云中的水分倾泻而出,几分钟内便能云散天清;而雨层云是个慢性子,它经常悠哉游哉地释放水分,淅淅沥沥地下好几个小时。
积雨云大名鼎鼎,家喻户晓,但若是问你雨层云,那你一定会茫然不知何物。这是因为雨层云并不是漂亮的云。如果站在成长中的雨层云下,赏云们看到的只不过是它平淡无奇的云底不断变暗、持续下沉,令人有不祥之感。
辨识雨层云很简单,赏云者只需要判断两点:1)云底。云底是否参差不齐、朦胧不清且呈深灰色;2)降雨。产生的降雨或降雪是否持续的中到大雨(雪)。若答案是肯定的,那这片云一定是雨层云。
|典型高度:600~5500米
|形成地区:世界各地,中纬度地区更常见
|降水形态:形成中到强降雨或降雪(稳定而持久)
卷云|Cirrus
冰晶降落时形成的精致条纹
在最常见的云中,卷云的高度最高,也应该是最漂亮的,完全由冰晶组成。卢克.霍华德将卷云描述成“仿佛用铅笔画在天上似的”,而且它们精致的白色云丝常不易被地面上的人注意到,可能是它们不能带来显著的天气变化。卷云总是看起来在天空静止不动,而不像低云族的积云那样随风漂移。但是你可别忘了,物体距离我们越远,我们就越难察觉其移动。事实上,卷云的漂移速度远比积云快,只不过它比积云高得多而不易被人觉察。
卷云的学名是Cirrus[ˈsɪrəs],源自拉丁文,意为“一缕头发”,因为它们是一缕缕高挂于天空的精致亮白的冰丝。
卷云是10种云属中高度最高的云,降落的冰晶形成了精致的细条纹状、斑块状或宽带状。云与云之间相互分离,外观光滑细腻,呈纤维状或丝绸状。
|典型高度:5000~14000米
|形成区域:世界各地
|降水情况:无
卷积云|Cirrocumulus
无数小云朵组成的云层,俗称”鱼鳞云“
卷积云是10种云属中最难捕捉到踪影的一种云。它形成在约5000~14000米的高空。由于高度如此之高,云块看起来极其微小,仿佛小盐粒。它是卷云的缕缕云丝和乳白平滑的卷层云之间的过度,小盐粒状的云块很快就会消散。
卷积云的小云块相互分离,这表明云层所在高度的大气不稳定,呈波浪起伏状。如果天空中只出现一两块卷积云,并不意为着天气即将变化。但有时候卷积云也会像层层涟漪般布满大片天空,这样的云有个好记又好听的名字,叫”鱼鳞云“。这个名字大概是海上的水手们创造的。很长时间以来,人们把这种云视作暴风雨即将到来的预警。
卷积云的学名是Cirrocumulus[ˌsɪrəʊˈkju:mjələs],是Cirro“卷云”和积云”Cumulus“的合体,是高积云还要高的一种云。
卷积云是高度很高的云块,或由无数小云朵组成的云层,看起来像白色颗粒。即使位于太阳的背光面,云块也不会出现阴影。这些小云朵一般均匀分布于天空,常排列成涟漪状,称作卷积云的波状变种。
|典型高度:5000~14000米
|形成地区:世界各地
|降水形态:无
1.5 云的颜色
云为什么有不同的颜色
光与云的美
仰望蓝天,有时我们会发现天空中的云,除了形状变化万千之外,颜色也是各不相同。有的洁白如絮,有的乌黑一块,有的灰蒙蒙一片,有的发出红色和紫色的光彩。这不同颜色的云究竟是怎么形成的呢?
在蓝天的映衬下,云朵洁白如絮
(1)厚度
事实上,我们所看见到的各种云的厚薄程度相差很大,厚的可达七八公里,薄的只有几十米。有满布天空的层状云,孤立的积状云,以及波状云等许多种。
很厚的层状云,或者积雨云,太阳和月亮的光线很难透射过来,看上去云体就很黑;稍稍薄一点的层状云和波状云,看起来一般就是灰色的。特别是波状云,云块边缘部分,色彩更为灰白;很薄的云,光线容易透过,特别是由冰晶组成的薄云,云丝在阳光下显得特别明亮,带有丝状光泽。天空即使有这种层状云,地面物体在太阳和月亮光下仍会映出影子。
暗灰的积雨云
有时云层薄得几乎看不出来,但只要发现在太阳或月亮附近有一个或几个大光环,仍可断定云的存在,这种云叫做“薄幕卷层云”。孤立的积状云,因云层比较厚,向阳的一面,光线几乎全部反射出来,因而看来是白色的;而背光的一面以及它的底部,光线就不容易透射过来,看起来比较灰黑。
(2)光的照射
日出和日落时,由于太阳光线是斜射过来的,穿过很厚的大气层,空气的分子、水汽和杂质,使得光线的短波部分大量散射,而红、橙色的长波部分,却散射得不多,因而照射到大气下层时,长波光特别是红光占着绝对的多数,这时不仅日出、日落方向的天空是红色的,就连被它照亮的云层底部和边缘也变成红色了。
由于云的组成有的是水滴,有的是冰晶,有的是两者混杂在一起的,因而日月光线通过时,还会造成各种美丽的光环或虹彩。
夕阳西下,映红了云朵
1.6 看云识天气
长期的观测和实践表明,云的产生和消散以及各类云之间的演变和转化,都是在一定的水汽条件和大气运动的条件下进行的。人们看不见水汽,也看不见大气运动,但从云的生消演变中可以看到水汽和大气运动的一举一动,而水汽和大气运动对雨、雪、冰、雹等天气现象起着极为重要的作用。
千百年来,我国劳动人民在生产实践中根据云的形状、来向、移速、厚薄、颜色等的变化,总结了丰富的"看云识天气"的经验,并将这些经验编成谚语。我们在这里将这些有关"看云识天气"的谚语汇总在一起,有兴趣的朋友不妨留心作一些观察对照。
"天上钩钩云,地上雨淋淋":钩钩云指钓卷云,这种云的后面,常有锋面(特别是暖锋)、低压或低压槽移来,预兆着阴雨将临;
"炮台云,雨淋淋":炮台云指堡状高积云或堡状层积云,多出现在低压槽前,表示空气不稳定,一般隔8-10小时左右有雷雨降临。
"云交云,雨淋淋":云交云指上下云层移动方向不一致,也就是说云所处高度的风向不一致,常发生在锋面或低压附近,所以预示有雨,有时云与地面风向相反,则有"逆风行云,天要变"的说法。
"江猪过河,大雨滂沱":江猪指雨层云下的碎雨云,出现这种云,表明雨层云中水汽很充足,大雨即将来临。有时碎雨云被大风吹到晴天无云的地方,夜间便看到有象江猪的云飘过"银河"'也是有雨的先兆。
"棉花云,雨快临":棉花云指絮状高积云,出现这种云表明中层大气层很不稳定,如果空气中水汽充足并有上升运动,就会形成积雨云,将有雷雨降临。
"天上灰布悬,雨丝定连绵":灰布云指雨层云,大多由高层云降低加厚蜕变而成,范围很大、很厚,云中水汽充足,常产生连续性降水。
"云往东,车马通;云往南,水涨潭;云往西,披蓑衣;云往北,好晒麦":根据云的移动方向来预测阴晴,云向东、向北移动,预示着天气晴好;云向西、向南移动,预示着会有雨来临。云的移动方向,一般表示它所在高度的风向。这一谚语说明,云在低压内不同部位的分布情况。它适用于密布全天、低而移动较快的云。
"鱼鳞天,不雨也风颠":鱼鳞天指卷积云,出现这种云,表明高层大气层不稳定,如果云层继续降低、增厚,说明本地区已处于低压槽前,很快会下雨或刮风。
"天上鲤鱼斑,明日晒谷不用翻":鲤鱼斑指透光高积云,往往处在由冷变暖的变性高压气团控制下,云层如果没有继续增厚,短期内仍是晴天。
"乌云接落日,不落今日落明日":指太阳落山时,西方地平线下升起一朵城墙似的乌云接住太阳,说明乌云东移,西边阴雨天气系统正在移来,将要下雨。一般来说,如接中云,则当夜有雨;如接高云,则第二天有雨。但如西边的乌云呈条块状或断开,或本地原来就多云,那就不是未来有雨的征兆了。
"西北开天锁,明朝大太阳":指阴雨天时,西北方向云层裂开,露出一块蓝天,称"天开锁"。这说明本地已处在阴雨天气系统后部,随着阴雨系统东移,本地将雨止云消,天气转好。
"太阳现一现,三天不见面":指春、夏时节,雨天的中午,云层裂开,太阳露一露脸,但云层又很快聚合变厚,这表明本地正处在准静止锋影响下,准静止锋附近气流升降强烈、多变。上升气流增强时,云层变厚,降雨增大;上升气流减弱时,云层变薄,降雨减小或停止;中午前后,太阳照射强烈,云层上部受热蒸发,或云层下面上升气流减弱,天顶处的云层就会裂开。随着太阳照射减弱,或云层下部上升气流加强,裂开的云层又重新聚拢变厚。因此,"太阳现一现"常预示继续阴雨。'这句谚语和"太阳笑,淋破庙"、"亮一亮,下一丈"等谚语类同。
"日落射脚,三天内雨落":指太阳从云层的空隙中照射下来,称"日射脚",傍晚出现日射脚,说明对流作用强烈,预示有雨。
"早霞不出门,晚霞行千里":早晨东方无云,西方有云,阳光照到云上散射出彩霞,表明空中水汽充沛或有阴雨系统移来,加上白天空气一般不大稳定,天气将会转阴雨;傍晚如出晚霞,表明西边天空已放晴,加上晚上一般对流减弱,形成彩霞的东方云层,将更向东方移动或趋于消散,预示着天睛。
"久晴大雾阴,久阴大雾晴":指的是久晴之后出现雾,说明有暖湿空气移来,空气潮湿,是天阴下雨的征兆;久阴之后出现雾,表明天空中云层变薄裂开消散,地面温度降低而使水汽凝结成辐射雾,持到日出后雾将消去,就会出现晴天。
在暖季的早晨,如天边出现了堡状云,表示这个高度上的潮湿气层已经很不稳定,到了午间,低层对流一旦发展,上下不稳定的层次结合起来,就会产生强烈的对流运动,形成积雨云而发生雷雨。所以有"清早宝塔云,下午雨倾盆"的谚语。
另外,有天气预兆的云在演变过程中,往往具有一定的连续性、季节性和地方性。当天空中的云按照卷云、卷层云'高层云、雨层云这样的次序从远处连续移来,而且逐渐由少变多,由高变低,由薄变厚时,就预兆很快会有阴雨天气到来;相反,如果云由低变高、由厚变薄、由成层而崩裂为零散状的云时,就不会有阴雨天气。在暖季早晨,天空如出现底平、顶凸、孤立的云块(淡积云),或移动较快的白色碎云(碎积云),表明中低空气层比较稳定,天气睛好。
此外,云的颜色也可预兆一定的天气,如冰雹云的颜色先是顶白底黑,而后云中出现红色,形成白、黑、红色乱绞的云丝,云边呈土黄色。黑色是阳光透不过云体所造成的;白色是云体对阳光无选择散射或反射的结果;红黄色是云中某些云滴(直径在千分之一到百分之一毫米之间)对阳光进行选择散射的现象。有时雨云也呈现淡黄色,但云色均匀,不乱翻腾。还有不少谚语是从云色和云形来预兆要下冰雹的。例如,内蒙古有"不怕云里黑,就怕云里黑夹红,最怕黄云下面长白虫"等谚语,山西有"黄云翻,冰雹天;乱搅云,雹成群;云打架,雹要下"、"黑云黄云土红云,反来复去乱搅云,多有雹子灾严重"等谚语。还有"午后黑云滚成团,风雨冰雹一齐来"、"天黄闷热乌云翻,天河水吼防冰蛋"等说法,这些都说明当空气对流强盛,云块发展迅猛,像浓烟一股股地直往上冲,云层上下前后翻滚时,就容易下冰雹。
2. 降水
2.1 液态
成因不同的雨
对流雨
大气对流运动引起的降水现象,习惯上也称为对流雨。近地面层空气受热或高层空气强烈降温,促使低层空气上升,水汽冷却凝结,就会形成对流雨。对流雨来临前常有大风,大风可拔起直径50厘米的大树,并伴有闪电和雷声,有时还下冰雹。
对流雨主要产生在积雨云中,积雨云内冰晶和水滴共存,云的垂直厚度和水汽含量特别大,气流升降都十分强烈,可达20~30米/秒,云中带有电荷,所以积雨云常发展成强对流天气,产生大暴雨,雷击事件,大风拔木,暴雨成灾常发生在这种雷暴雨中。
淡积云云层薄,含水量少,一般有雨落到地面。浓积云在中高纬度地区很少降水,但是在低纬度地区,因为含水量丰富,对流强烈,有时可以产生降水。
对流雨以低纬度最多,降水时间一般在午后,特别是在赤道地区,降水时间非常准确。早晨天空晴朗,随着太阳升起,天空积云逐渐形成并很快发展,越积越厚,到了午后,积雨云汹涌澎湃,天气闷热难熬,大风掠过,雷电交加,暴雨倾盆而下,降水延续到黄昏时停止,雨后天晴,天气稍觉凉爽,但是第二天,又重复有雷阵雨出现。在中高纬度,对流雨主要出现在夏季半年,冬半年极为少见。
地形雨
气流沿山坡被迫抬升引起的降水现象,称地形雨。地形雨常发生在迎风坡。在暖湿气流过山时,如果大气处于不稳定状态,也可以产生对流,形成积状云;如果气流过山时的上升运动,同山坡前的热力对流结合在一起,积云就会发展成积雨云,形成对流性降水。在锋面移动过程中,如果其前进方向有山脉阻拦,锋面移动速度就会减慢,降水区域扩大,降水强度增强,降水时间延长,形成连阴雨天气,持续可在10~15天以上。
在世界上,最多雨的地方,常常发生在山地的迎风坡,称为雨坡;背风坡降水量很少,成为干坡或称为"雨影"地区。如挪威斯堪的那维亚山地西坡迎风,降水量达1000~2000毫米,背风坡只有300毫米。又如,我国台湾山脉的北、东、南都迎风,降水都比较多,年降雨量2000毫米以上,台北火烧寮达8408毫米,成为我国降水量最多的地方。一到西侧就成为雨影地区,降水量减少到1000毫米左右,夏威夷群岛的考爱岛迎风坡年降水量12040毫米,成为世界年降雨量最多的地方。印度的乞拉朋齐年降水量11418毫米,也是因为位于喜马拉雅山南麓的缘故。
锋面雨
锋面活动时,暖湿空气中上升冷却凝结而引起的降水现象,称锋面雨。锋面常与气旋相伴而生,所以又把锋面雨称为气旋雨。锋面有系统性的云系,但是并不是每一种云都能产生降水的。
锋面雨主要产生在雨层云中,在锋面云系中雨层云最厚,又是一种冷暖空气交接而成的混合云,其上部为冰晶,下部为水滴,中部常常冰水共存,能很快引起冲并作用,因为云的厚度大,云滴在冲并过程中经过的路程长,有利于云滴增大,雨层云的底部离地面近,雨滴在下降过程中不易被蒸发,很有利于形成降水。雨层越厚,云底距离地面越近,降水就越强。
高层云也可以产生降水,但卷层云一般是不降水的。因为卷层云云体较薄,云底距离地面远,含水量又少,即使有雨滴下落,也不易达到地面。
锋面降水的特点是:水平范围大,常常形成沿锋而产生大范围的呈带状分布的降水区域,称为降水带。随着锋面平均位置的季节移动,降水带的位置也移动。例如,我国从冬季到夏季,降水带的位置逐渐向北移动,5月份在华南,6月上旬到南岭-武夷山一线,6月下旬到长江一线,7月到淮河,8月到华北,从夏季到冬季,则向南移动,在8月下旬从东北华北开始向南撤,9月即可到华南沿海,所以南撤比北进快得多。
锋面降水的另一个特点是持续时间长,因为层状云上升速度小,含水量和降水强度都比较小,有些纯粹的水云很少发生降水,有降水发生也是毛毛雨。但是,锋面降水持续时间长,短则几天,长则10天半个月以上,有时长达1个月以上,"清明时节雨纷纷",就是我国江南春季的锋面降水现象的准确而恰当的描述。
台风雨
台风活动带来的降水现象,称为台风雨。台风不但带来大风,而且相伴发生降水。台风云系有一定规律,台风中的降水分布在海洋上也很有规律,但是在台风登陆后,由于地形摩擦作用,就不那么有规律了。例如风中有上升气流的整个涡旋区,都有降水存在,但是以上升运动最强的云墙区降水量最大,螺旋云带中降水量已经减少,有时也形成暴雨,台风眼区气流下沉,一般没有降水。
台风区内水汽充足,上升运动强烈,降水量常常很大,台风到来,日降水量平均在800毫米以上,强度很大,多属阵性,台风登陆常常产生暴雨,少则200~300毫米,多则在1000以上。我国台湾新寮在1967年11月17日,由于6721号台风影响,一天降水量达1672毫米,两天总降水量达2259毫米,台风登陆后,若维持时间较长,或由于地形作用,或与冷空气结合,都能产生大暴雨。我国东南沿海,是台风登陆的主要地区,台风雨所占比重相当大。
2.2 固态
2.2.1 雪的形成和种类
我们都知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的,雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的。那么,雪是怎么形成的呢?
在水云中,云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大成为雨滴的。
冰云是由微小的冰晶组成的。这些小冰晶在相互碰撞时,冰晶表面会增热而有些融化,并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次,冰晶便增大了。另外,在云内也有水汽,所以冰晶也能靠凝华继续增长。但是,冰云一般都很高,而且也不厚,在那里水汽不多,凝华增长很慢,相互碰撞的机会也不多,所以不能增长到很大而形成降水。即使引起了降水,也往往在下降途中被蒸发掉,很少能落到地面。
最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候,对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华,而过冷却水滴却在蒸发,这时就产生了冰晶从过冷却水滴上"吸附"水汽的现象。在这种情况下,冰晶增长得很快。另外,过冷却水是很不稳定的。一碰它,它就要冻结起来。所以,在混合云里,当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候,就会冻结沾附在冰晶表面上,使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时,便落到地面,这就是雪花。
在初春和秋末,靠近地面的空气在0℃以上,但是这层空气不厚,温度也不很高,会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面。这叫做降"湿雪",或"雨雪并降"。这种现象在气象学里叫“雨夹雪”。
同样雪的大小也按降水量分类. 雪可分为小雪,中雪和大雪三类, 具体见表1.
表1. 各类雪的降水量标准
种类 | 小雪 | 中雪 | 大雪 |
24小时降水量 | 2.5以下 | 2.6-5.0 | 大于5.0 |
12小时降水量 | 1.0以下 | 1.1-3.0 | 大于3.0 |
2.2.2 冰雹
冰雹的形成是一个复杂的过程,一般冰雹降落的同时,往往还有 “雷暴”天气与之相伴。冰雹是从发展强盛的积雨云中降落的直径达5毫米以上的固态降水物,有球状、锥状、和不规则形状等。冰雹云个体高大,很像耸立的高山。冰雹云是雷雨云进一步发展而成的。它的云层一般很厚,云中对流很强,云顶高度可达10000米以上的高空,温度一般低至零下30—40℃。云体的下部是暖云,距地面1000米左右,温度较高,多为水滴;云体的中、上部是冷云,主要由冰晶、小雪花和过冷水滴混合组成。冰雹云中上升气流很强,它将云下部不断增长的水滴送到云的中部成为过冷水滴。云中的下沉气流可将上部的冰晶、雪花带到中部,过冷水滴与冰晶或与雪花碰撞在一起,逐渐增长而形成霰或自然冻结成冻滴。冻滴和霰就是冰雹的核心。由于云中含水量较为丰富,上升和下沉气流在云中不断地起伏运动,大量的过冷水在冻滴上或霰上冻结或凝华,冰雹核就形成了。冰雹核在云中0℃层随上升和下沉气流不断升降、运动和增大,就像“滚雪球”越来越大,当上升气流再也托不住不断增大的冰雹时,便降落到地面,成为我们所看到的冰雹了。冰雹形成的时间很短,一般仅有5—10分钟左右。其直径一般为5—50毫米,大的可达30厘米以上。
2.3 降雨量和分级
降水量是用来衡量降水多少的一个概念,它是指雨水(或融化后的固体降水)既不流走,也不渗透到地里,同时也不被蒸发掉而积聚起来的水的深度,通常以毫米为单位。降雨量可以用雨量器来测量,同时还可以用雨量计来自动记录雨势的变化和雨量的大小,有关雨量的测量我们在后面会详细介绍。
在气象上通常用某一段时间内降水量的多少来划分降水强度。最常用的对降雨的分类方法是按降水量的多少来划分降雨的等级。根据国家气象部门规定的降水量标准,降雨可分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨六种
但是,由于各地具体情况不同,各地气象预报部门对于当地各类降水的标准也有些自己的规定。例如,在广东,24小时内下50-70毫米雨的机会较多,当地气象部门规定24小时降水量在80毫米以上的雨才算作暴雨。在新疆、甘肃、宁夏、内蒙等地,24小时内下50毫米雨的机会极少,则规定24小时降水量在30毫米以上的雨都可算作暴雨。
各类雨的降水量标准
种类 | 24小时降水量(毫米) | 12小时降水量(毫米) |
小雨 | 小于10.0 | 小于5.0 |
中雨 | 10.0-24.9 | 5.0-14.9 |
大雨 | 25.0-49.9 | 15.0-29.9 |
暴雨 | 50.0-99.9 | 30.0-69.9 |
大暴雨 | 100.0-249.0 | 70.0-139.9 |
特大暴雨 | 250.0以上 | 140.0以上 |
在没有测量雨量的情况下,我们也可以从当时的降雨状况来判断降水强度:
小雨:雨滴下降清晰可辨;地面全湿,但无积水或积水形成很慢。
中雨:雨滴下降连续成线,雨滴四溅,可闻雨声;地面积水形成较快。
大雨:雨滴下降模糊成片,四溅很高,雨声激烈;地面积水形成很快。
暴雨:雨如倾盆,雨声猛烈,开窗说话时,声音受雨声干扰而听不清楚;积水形成特快,下水道往往来不及排泄,常有外溢现象。
按降水的性质划分,降水还可分为:
连续性降水:雨或雪连续不断的下,而且比较均匀,强度变化不大,一般下的时间长,范围广,降水量往往也比较大。
间断性降水:雨或雪时下时停,或强度有明显变化,一会儿大一会儿小,但是这个变化还是比较缓慢的,下的时间有时短有时长。
阵性降水:雨或冰雹常呈阵性下降,有时也可看到阵雪。其特点是骤降骤停或强度变化很突然,下降速度快,强度大,但往往时间不长,范围也不大。如果在阵雨的同时还伴有闪电和雷鸣,这便是雷阵雨。