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第7章 云和风(1)

一、怎样划分阴晴

云量表示目力估计云遮蔽天空的成数。将天空划分为十成,云遮蔽天空的成数就是云量,因为是目测,当然并不十分准确,但是也没有更好的办法,所以全世界的气象站至今还是用这种目测方法估计云量。天气预报广播中的晴、少云、多云和阴,这就根据云量的多少划分的。天空无云,或者虽有零星云层,但云量不到两成时称为晴;低云量在八成以上称为阴;中、低云的云量为三成以下,高云的云量为四五成时,称为少云;中、低云的云量为四至七成,高云的云量为六至十成时,称为多云。这样做提供了一个判断天气的数量标准,和过去的习惯稍有不同。例如,习惯上以雨停而云散,或有云仍见太阳光为晴;以天空云层密布,阳光罕见,或天色阴暗时为阴。

二、云也是大家族

云状是云的外部形状,云状与云的高度有很大关系。云高是指云底到地面的距离。1956年世界气象组织按云底高度和云的形状将云分为四族十属,可以做为识别云状的根据。

第一族是高云,是云底离地面最高的云,云底高度在6000米以上,包括卷云、卷积云和卷层云三属。

卷云由冰晶组成,呈白色狭条状,细丝状或碎片状,具有纤维或柔丝般或头发般的光泽外形。

卷积云由冰晶组成,呈白色鱼鳞状或层状,由颗粒状或波纹状等很小的单元组成。排列很有规律,很像轻风吹拂水面引起的小波纹。

卷层云也是由冰晶组成,云体均匀成层,布满大部分或全部天空,具有细微结构的淡白色云幕。透过卷层云可以清楚地见到日、月轮廓,常伴有日晕或月晕现象。

第二族是中云,云底离地面2000~6000米,包括高积云和高层云两属。

高积云由水滴组成,云块较小,呈白色或灰白色,形状有扁圆形、瓦块状、鱼鳞状、棉花状等多种形状,单体成行或成波状排列,很有规律,透过高积云看日、月,周围常伴有华出现。

高层云由水滴和冰晶组成,呈浓密的灰白色或灰色的均匀成层的云体,常布满大部分或全部天空,多属系统性云,可产生连续性降水。

第三族是低云族,呈灰或灰白色,并总带有阴暗部分的云块,或是呈波状结构有规律排列的云层。

层云由水滴组成,呈灰色,云层相对均匀,有时下毛毛雨,是稳定天气条件下的云,常由辐射雾在日出后升离地面而形成。层云是一种地方性云,有明显日变化,偶尔有毛毛雨发生,但雨量不大。

雨层云由水滴组成,呈暗灰色,无一定形状,常伴有连续性降水,有空中水库之称,是一种系统性云。

第四族称为直展云,云底高度100~1500米,云顶有时可伸展很高的高度。包括积云和积雨云两属。

积云是一种对流云,在对流开始阶段形成,底部平整,可垂直发展达数千米,顶部凸出,常呈孤立云块,低纬度全年可见到,但中高纬度则以夏季常见。在发展初期称淡积云,云块较小,多呈馒头状,飘浮在天空,出现在晴天午后,对流旺盛时发展成浓积云,呈灰色或灰黑色,个体很高,由于云内气流上下翻滚,形成多重圆弧叠嶂,云顶呈花椰菜状,变如高山耸立。“春雨满四泽,夏云多奇峰”,前一句指的是雨层云降水情况,后一句指的就是浓积云。

积雨云是从浓积云发展而来,云体庞大浓厚,形如高山,垂直发展旺盛,可达对流层顶,顶部呈砧状,可见丝缕状冰晶结构,如果积雨云移到观测上空,会感到漆黑一团,天空十分阴暗。积雨云常伴有雷电,大风,阵雨,也会在冰雹或龙卷风出现。

三、产生云的两个条件

大气中水汽凝结,就产生云雾,但是云、雾又有不同。雾是近地层大气发生冷却而产生的凝结现象,大量细小水滴或冰晶悬浮在近地层大气中,其底部贴近地面,云是由于空气上升运动而发生在高空的水汽凝结现象,云的底部是脱离地面的。

可见,只要大气中有充分的水汽,并有一定力量推动空气产生上升运动,上升气流就会冷却而发生凝结现象,产生许多悬浮的小水滴和冰晶,于是形成各种各样的云。不过上升运动有不同情况,大气中的云也就有不同的形状。

在地表受热不均匀的情况下,某地面受热剧烈,其上面空气膨胀上升,周围冷而重的空气便下降补充,这就是对流上升运动。在高层大气强烈降温的情况下,也可以促使地面湿热而轻的低层空气上升,使水汽冷却凝结成云,地方性云多在这种情况下发生。这是一种热力上升运动。

有时候,当冷空气来到暖湿地区,或暖湿气流来到冷干地区,暖湿气流比较轻,冷干气流比较重,所以冷干气流从下层契入,暖湿气流被迫抬升。或者是暖湿气流在运动中受山脉阻挡,气流就只好沿着山坡被迫上升,这两种上升称为动力抬升运动。

有时候,热力和动力两种上升运动同时存在,在山的迎风坡,热力对流和地形强迫抬升就可能相继发生,上升运动可以十分剧烈。

热力对流上升运动常常导致积状云形成。积状云的云底和凝结高度一致,对流运动超过这一高度,就有凝结过程产生,开始形成淡积云,对流发展强盛,云体迅速增大,就形成为浓积云,对流发展愈演愈烈,云体继续增大,上层直达对流层顶,形成积雨云。

动力作用往往使整层空气抬升,形成大范围的层状云。例如,当冷暖空气相遇时形成锋面,暖空气沿锋面滑升,这时候云底沿锋面倾斜,云顶却近于水平。这样,在锋面的不同部位,云高、云厚和云状都有很大差别,在冷空气一侧,先是卷云,依次是卷层云,高层云,靠近暖空气一侧是雨层云。这些云是伴随着某一天气系统而出现的,是具有一定规律性的云系统。上面讲的云系属于暖锋云系,如果是冷锋到来,云系的次序基本上相反,由于云系具有一定规律,可以指示冷暖空气的移动。

四、看云识天气

天空状况千变万化,有时晴空万里,有时阴云密布,有时白云朵朵,有时絮状斑斑。天空状况就是指云量、云高、云状等等大气状况。云是天气的表情,不同的云状常伴随着一定的天气出现,常常成为指示未来天空变化的征兆。现在气象台就是根据卫星拍摄下来的云图做天气预报,即使在没有气象资料的海洋和青藏高原腹地,都可以准确地做出预报。

在夏天,早晨见到浓积云,说明大气状况已很不稳定,很可能在正午或午后发展成积雨云,形成降雨。相反,在傍晚出现层积云,说明积状云在消散,大气稳定,到了夜晚,层积云就会完全消散,说明将会连续出现晴天。可见,利用热力对流形成的积云演变的规律,能直接判断未来天气的短期变化。

缓慢发展布满天空的层状云,是一种系统性云,说明大气中有大范围的缓慢的上升运动。卷层云出现还经常伴随着日、月晕,卷层云出现后,随后将移来雨层云,并产生降水。所以,天空有卷层云并出现晕,是将要下雨的征兆。“日枷雨,月枷风”“日晕三更雨,月晕午时风”“大晕雨将来”,都是指这种情况。

实际上,在锋面移来时,各种云将按一定顺序出现,根据云的顺序先后,就可判断锋的性质和未来天气,暖锋云系的顺序是:卷云→卷层云→高层云→雨层云。看见卷云卷层云相继出现,就预示暖锋移来,将会有雨。“鱼鳞天,不雨也风颠”,就是指这种情况。如果云的顺序是:雨层云→高层云→卷层云→卷云,说明有冷锋移过,晴天将来临。另外,高积云或透光层积云的出现,表明大气状况稳定,“瓦块云,晒死人”“天上鲤鱼斑,晒谷不用翻”,就是指这种情况。日常生活中还有很多这样的例子。

五、风向与风速

地球大气在不停地运动,有垂直运动,也有水平运动。垂直运动有上升运动,也有下沉运动;水平运动称为风。风不但有速度,而且有方向,必须同时用方向和速度来表示风的特征。

风向是指风的来向,常以8个或16个方位表示,记录的文字和符号是:北(N),北北东(NNE),东北(NE),东北东(ENE),东(E),东南东(ESE),东南(ES),南南东(SSE),南(S),南南西(SSW),西南(SW),西南西(WSW),西(W),西北西(WNW),西北(NW),北北西(NNW)。如果用角度表示,则以0°表示北,然后顺时针转,每一方位加22.5°,这样,90°为东,180°为南,270°为西。

风速是指单位时间内空气运动所经过的距离,常以米/秒、公里/时或海里/时表示。它们之间的换算关系是:

1米/秒=3.60公里/时=1.94海里/时

1公里/时=0.54海里/时=0.28米/秒

1海里/时=0.51米/秒=1.85公里/时

通常也根据风对地面(或海面)物体影响的程度,确定一种风力等级,英国人蒲福于1805年拟定了风力等级表,1946年以来又有修改,共有18级,现在人们仍然采用。

六、空气运动的起动力

为什么会有风?空气在什么力量的推动下才发生运动?

这是一个非常复杂的问题,通常有四种力是必考虑的。

这就是气压梯度力、地转偏向力、摩擦力和惯性离心力。它们对空气运动,即对风的方向和速度都有作用,风是它们综合作用的结果。

气压梯度力是由于气压分布不均匀,空气就从气压高的地方向气压低的地方流动,“水往低处流”,空气也是这样。因为高、低压差,使得它们之间形成一种力,气压差越大,这种力也就越大。就像物体从楼梯上滚下来,楼梯越高越陡,物体就滚得越快。所以,这种力称为气压梯度力。显然,气压梯度力的大小与气压梯度成正比,与空气密度成反比,力的方向是从高压指向低压,在大气温度为0°,大气压力为1013.25百帕的标准温压条件下,空气密度是1.293千克/米3。这时候,如果出现1百帕/赤道度的气压梯度,就能产生7×10-4牛顿/千克的气压梯度力。不要小看这个力,只要经过一定时间,就能产生很大的速度。例如,3小时后,就能使风速从零增大到7.6米/秒。持续10小时,就会使风速增大到25米/秒。这就说明,气压梯度力是形成风的原动力。不过在事实上,在空气开始运动后,会有其他动力来与气压梯度力相平衡,以达到空气的常速运动。所以,尽管比较小的气压梯度,也可以引起很大的风速,而各种力的相互平衡作用,能使风速不可能无限地增大。

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