论文部分内容阅读
蔚蓝的天空就像一个巨大的舞台，太阳、月亮是永恒的主角，云则是兢兢业业的配角，每天上演着精彩的“奇幻”秀。
一场精彩的秀中主角固然重要，但好的配角也必不可少。很多出彩的配角甚至能抢走主角的风头呢。我们现在来盘点一下，天空“奇幻”秀中的那些奇云吧！
大气物理视阈下的“云”
从大气物理学上来讲，云是指停留在空中的水滴或冰晶胶体的集合，它是地球上水循环的结果。太阳照在地球表面，水蒸发成水蒸气。一旦水汽过饱和，水分子会聚集在空气中的微尘（凝结核）周围。由此产生水滴或冰晶将阳光散射到各个方向，这就产生了云的外观。
云因为反射和散射所有波段的电磁波，所以颜色呈灰度色。云层较薄时呈白色，云层太浓厚连阳光都无法穿透时，它们呈灰色或黑色。除了地球外，其他星球也有云甚至闪电。但外星云的主要成分未必是水。例如，金星上空就布满了硫酸云。
由于大气变幻莫测的运动，再加上峰峦起伏的地形，甚至加上一些人类的活动（主要是高空飞行），使得云呈现千变万化的外形。
云的分类
科学上云的分类最早是由法国博物学家让·巴蒂斯特·拉马克（Jean-Baptiste Lamarck）于1801年提出。但最早将云分类的，却是由有着“气象之父”之称的英国科学家卢克·霍华德（Luke Howard）于1803年所创议。
1929年国际气象组织以卢克·霍华德制定的分类法为基础，按云的形状、组成、形成原因等将云分为四族十属。目前中国云图上的分类，按照云的底部距地面的高度将云分为低、中、高三级，再按云的宏观特征、物理结构、成因等将云划分成十属二十九类。
火烧云
火烧云是日出或日落时出现的赤色云霞。它出现时整个天空都染得红彤彤的，仿佛它是天地间唯一的色彩。
为什么会出现火烧云？太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光混合而成，不同颜色光的波长不一样，红色光波最长，橙色光波次之，紫色最短。空气里飘浮着无数细小的灰尘、水滴和一些大分子，它们都能将太阳的各色光线分散开来，这叫散射作用。
太阳光中紫色、蓝色的波长越短的光波越容易被散射;像红色、橙色波长越长的光波越不容易被散射。早晨或傍晚的阳光是斜射的，它通过空气层的路程较长，因散射削弱得很厉害，最多的是紫色光，最少的是红色或橙色光。这些减弱后的彩色阳光照射云层后，就形成了鲜艳夺目的火烧云。火烧云除了美丽之外，还可以预测天气哦。民间流传的谚语“早烧不出门，晚烧行千里”，就是说火烧云出现在早晨，天气可能会变坏;出现在傍晚第二天准是个好天气。
雨幡洞云
雨幡洞云又叫穿洞云，当云层中的部分水滴冻结成冰晶体，从云层中降落，在云中形成一个直径约数百米的云洞便叫雨幡洞云。
雨幡洞云状如科幻大片《独立日》中外星飞船入侵地球时的场景，且其形成原因数十年得不到解释。这些天空中神秘的裂口成为业余天文爱好者、飞碟爱好者、气象科学家们无比着迷的研究对象。
这种诡异奇幻的场景是如何形成的？ 2010年6月18日《每日邮报》的报道，给出了雨幡洞云奇观的合理解释：当螺旋桨飞机或喷气式飞机从合适的大气状况下穿过。它们会令液态水珠凝结，立即如雪花般纷纷落下，形成一个圆形裂口。研究表明，某些特定高度的高空云层中包含了冰晶体和低于0℃却仍处于液态的过冷水滴。如果有物体（飞机）迅速穿过这样的云层时，会使过冷水滴迅速冷却下落变成雪花，在云层中形成一个圆洞，雨幡洞云就出现啦！
据美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）研究发现：当飞机升高进入这种云层时，推进器或机翼周围空气产生的向后作用力会引起空气膨胀。这种膨胀可以冷却穿洞云的圆形部分，直至许多水滴结冰形成冰晶，随着冰晶增多并向外扩散，常常形成一种紧凑、约持续半小时的暴风雪，而云层中间则有一个圆形裂口。研究表明，只要云层温度够低并出现适时的扰动（飞机）就能再现雨幡洞云的奇景。
没想到雨幡洞云这一自然界奇幻场景，竟是人类和自然共同作用的结果。相信不久科学家就能人工再现这一奇迹，为生活增添更多色彩。
帽子云
帽子云是自然界的一个奇异现象，其云彩外形像一顶顶造型奇特的帽子。这些洁白、巨大、飘逸的帽子占据了整个天空，好像为主角准备好的精美服饰。
当稳定的气流上升、越过高山时，云层便出现冷却过程，会形成类似帽子的奇特形状。实际上帽状云是由迅猛的上升运动所致，并不完全取决于地形，如快速扩张的雷雨云砧、火山喷发甚至核爆炸中都会形成帽子云。每一种情况下，一些物质都会将温湿气体快速向上推动，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，就能看到帽子云了。
虽然帽子云多由地形迅速抬高造成，但其他剧烈地抬升运动也能形成帽子云。如2009年6月12日，日本东北部千岛群岛的萨里切夫火山喷发时就形成了一个帽状云，非常奇幻美丽。
滚轴云
滚轴云是向下气流中一种水平管状云，一般在大型山脉顶部的下风方向形成，大型滚轴云能绵延数千米，十分壮观。滚轴云看起来很平静，但实际上非常危险，其内部有剧烈的上升下沉运动。科学家曾测量到它产生的上升气流和下沉气流的速度每分钟超过了1500米。
当寒冷的快速下沉的气流袭击陆地表面时，它所形成的强烈空气流能够抵达非常远的距离。该冷气流将滑落在热气流层下面，然后被暴风的垂直上升气流抽吸起来，之后滚轴云将冷凝热气流中的蒸汽形成云层，扩展开来就形成滚轴云。最终滚轴云将与暴风的主体云层相脱离，形成独立的类似轴承的独立云团。
积雨云
积雨云也叫雷暴云，由积云演变而来，云底高度为400～1000米，但云顶可高达对流层顶（8000～12000米），整个云体庞大如高山一般。积雨云诞生过程中在大气电场及温差起电效应、破碎起电效应的作用下，会在云与云之间或云与地之间发生放电（闪电）。积雨云通常伴随着倾盆大雨、电闪雷鸣。那一刻，它是天地间唯一的主角。
积雨云是在强烈垂直对流过程中形成的云，它几乎总会带来强降水，包括雷电、阵性降水、阵性大风、冰雹等天气现象，有时也伴有龙卷风，在特殊地区甚至产生强烈的外旋气流乃至下击暴流（一种极端危险的对流，对飞机影响很大，会造成机毁人亡，是民航和空军极力避免的灾害性天气之一）。
云其实一直与人类的日常生活息息相关。从气候上说，云白天能够反射太阳光线降低地表温度;夜晚则像一个厚毯子，吸收地面的长波辐射提高地表温度。云让地球上白天不会太热，夜晚不会太冷，而地球日夜温差大将不适合生物生存。
从气象角度看，云能预测天气。我国民间很早就认识到，可以观云来测天气。早在1803年，英国博物学家卢克·霍华德提出了著名的云的分类法，将云分为积云、层云和卷云。这三类云加上高度和降雨等变量，就产生了云的十种基本类型。
目前，根据这些云相，我们已掌握了较可靠的预测未来12个小时天气变化的经验。如绒毛状的积云，若分布地非常分散，可预测是个好天气;若云块扩大或有新的发展，则预示着暴雨将至等。
积雨云形成三要素
大量的不稳定能量。产生对流天气，先要大气层结构不稳定。储存有大量不稳定能量的大气，一旦受到足够的冲击力，不稳定能量就会释放，变为空气上升运动的动能;
充足的水汽。充沛的水汽是其形成的必要条件，如果没有充沛的水汽，即使发生了对流，也不可能产生高大的积雨云。所以它多出现在水汽充沛的时间或地区;
足够的冲击力。它的形成还需要有足以使空气上升，到达自由对流高度以上的冲击力，这样释放出不稳定能量，上升气流才能迅猛发展形成积雨云。
一场精彩的秀中主角固然重要，但好的配角也必不可少。很多出彩的配角甚至能抢走主角的风头呢。我们现在来盘点一下，天空“奇幻”秀中的那些奇云吧！
大气物理视阈下的“云”
从大气物理学上来讲，云是指停留在空中的水滴或冰晶胶体的集合，它是地球上水循环的结果。太阳照在地球表面，水蒸发成水蒸气。一旦水汽过饱和，水分子会聚集在空气中的微尘（凝结核）周围。由此产生水滴或冰晶将阳光散射到各个方向，这就产生了云的外观。
云因为反射和散射所有波段的电磁波，所以颜色呈灰度色。云层较薄时呈白色，云层太浓厚连阳光都无法穿透时，它们呈灰色或黑色。除了地球外，其他星球也有云甚至闪电。但外星云的主要成分未必是水。例如，金星上空就布满了硫酸云。
由于大气变幻莫测的运动，再加上峰峦起伏的地形，甚至加上一些人类的活动（主要是高空飞行），使得云呈现千变万化的外形。
云的分类
科学上云的分类最早是由法国博物学家让·巴蒂斯特·拉马克（Jean-Baptiste Lamarck）于1801年提出。但最早将云分类的，却是由有着“气象之父”之称的英国科学家卢克·霍华德（Luke Howard）于1803年所创议。
1929年国际气象组织以卢克·霍华德制定的分类法为基础，按云的形状、组成、形成原因等将云分为四族十属。目前中国云图上的分类，按照云的底部距地面的高度将云分为低、中、高三级，再按云的宏观特征、物理结构、成因等将云划分成十属二十九类。
火烧云
火烧云是日出或日落时出现的赤色云霞。它出现时整个天空都染得红彤彤的，仿佛它是天地间唯一的色彩。
为什么会出现火烧云？太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光混合而成，不同颜色光的波长不一样，红色光波最长，橙色光波次之，紫色最短。空气里飘浮着无数细小的灰尘、水滴和一些大分子，它们都能将太阳的各色光线分散开来，这叫散射作用。
太阳光中紫色、蓝色的波长越短的光波越容易被散射;像红色、橙色波长越长的光波越不容易被散射。早晨或傍晚的阳光是斜射的，它通过空气层的路程较长，因散射削弱得很厉害，最多的是紫色光，最少的是红色或橙色光。这些减弱后的彩色阳光照射云层后，就形成了鲜艳夺目的火烧云。火烧云除了美丽之外，还可以预测天气哦。民间流传的谚语“早烧不出门，晚烧行千里”，就是说火烧云出现在早晨，天气可能会变坏;出现在傍晚第二天准是个好天气。
雨幡洞云
雨幡洞云又叫穿洞云，当云层中的部分水滴冻结成冰晶体，从云层中降落，在云中形成一个直径约数百米的云洞便叫雨幡洞云。
雨幡洞云状如科幻大片《独立日》中外星飞船入侵地球时的场景，且其形成原因数十年得不到解释。这些天空中神秘的裂口成为业余天文爱好者、飞碟爱好者、气象科学家们无比着迷的研究对象。
这种诡异奇幻的场景是如何形成的？ 2010年6月18日《每日邮报》的报道，给出了雨幡洞云奇观的合理解释：当螺旋桨飞机或喷气式飞机从合适的大气状况下穿过。它们会令液态水珠凝结，立即如雪花般纷纷落下，形成一个圆形裂口。研究表明，某些特定高度的高空云层中包含了冰晶体和低于0℃却仍处于液态的过冷水滴。如果有物体（飞机）迅速穿过这样的云层时，会使过冷水滴迅速冷却下落变成雪花，在云层中形成一个圆洞，雨幡洞云就出现啦！
据美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）研究发现：当飞机升高进入这种云层时，推进器或机翼周围空气产生的向后作用力会引起空气膨胀。这种膨胀可以冷却穿洞云的圆形部分，直至许多水滴结冰形成冰晶，随着冰晶增多并向外扩散，常常形成一种紧凑、约持续半小时的暴风雪，而云层中间则有一个圆形裂口。研究表明，只要云层温度够低并出现适时的扰动（飞机）就能再现雨幡洞云的奇景。
没想到雨幡洞云这一自然界奇幻场景，竟是人类和自然共同作用的结果。相信不久科学家就能人工再现这一奇迹，为生活增添更多色彩。
帽子云
帽子云是自然界的一个奇异现象，其云彩外形像一顶顶造型奇特的帽子。这些洁白、巨大、飘逸的帽子占据了整个天空，好像为主角准备好的精美服饰。
当稳定的气流上升、越过高山时，云层便出现冷却过程，会形成类似帽子的奇特形状。实际上帽状云是由迅猛的上升运动所致，并不完全取决于地形，如快速扩张的雷雨云砧、火山喷发甚至核爆炸中都会形成帽子云。每一种情况下，一些物质都会将温湿气体快速向上推动，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，就能看到帽子云了。
虽然帽子云多由地形迅速抬高造成，但其他剧烈地抬升运动也能形成帽子云。如2009年6月12日，日本东北部千岛群岛的萨里切夫火山喷发时就形成了一个帽状云，非常奇幻美丽。
滚轴云
滚轴云是向下气流中一种水平管状云，一般在大型山脉顶部的下风方向形成，大型滚轴云能绵延数千米，十分壮观。滚轴云看起来很平静，但实际上非常危险，其内部有剧烈的上升下沉运动。科学家曾测量到它产生的上升气流和下沉气流的速度每分钟超过了1500米。
当寒冷的快速下沉的气流袭击陆地表面时，它所形成的强烈空气流能够抵达非常远的距离。该冷气流将滑落在热气流层下面，然后被暴风的垂直上升气流抽吸起来，之后滚轴云将冷凝热气流中的蒸汽形成云层，扩展开来就形成滚轴云。最终滚轴云将与暴风的主体云层相脱离，形成独立的类似轴承的独立云团。
积雨云
积雨云也叫雷暴云，由积云演变而来，云底高度为400～1000米，但云顶可高达对流层顶（8000～12000米），整个云体庞大如高山一般。积雨云诞生过程中在大气电场及温差起电效应、破碎起电效应的作用下，会在云与云之间或云与地之间发生放电（闪电）。积雨云通常伴随着倾盆大雨、电闪雷鸣。那一刻，它是天地间唯一的主角。
积雨云是在强烈垂直对流过程中形成的云，它几乎总会带来强降水，包括雷电、阵性降水、阵性大风、冰雹等天气现象，有时也伴有龙卷风，在特殊地区甚至产生强烈的外旋气流乃至下击暴流（一种极端危险的对流，对飞机影响很大，会造成机毁人亡，是民航和空军极力避免的灾害性天气之一）。
云其实一直与人类的日常生活息息相关。从气候上说，云白天能够反射太阳光线降低地表温度;夜晚则像一个厚毯子，吸收地面的长波辐射提高地表温度。云让地球上白天不会太热，夜晚不会太冷，而地球日夜温差大将不适合生物生存。
从气象角度看，云能预测天气。我国民间很早就认识到，可以观云来测天气。早在1803年，英国博物学家卢克·霍华德提出了著名的云的分类法，将云分为积云、层云和卷云。这三类云加上高度和降雨等变量，就产生了云的十种基本类型。
目前，根据这些云相，我们已掌握了较可靠的预测未来12个小时天气变化的经验。如绒毛状的积云，若分布地非常分散，可预测是个好天气;若云块扩大或有新的发展，则预示着暴雨将至等。
积雨云形成三要素
大量的不稳定能量。产生对流天气，先要大气层结构不稳定。储存有大量不稳定能量的大气，一旦受到足够的冲击力，不稳定能量就会释放，变为空气上升运动的动能;
充足的水汽。充沛的水汽是其形成的必要条件，如果没有充沛的水汽，即使发生了对流，也不可能产生高大的积雨云。所以它多出现在水汽充沛的时间或地区;
足够的冲击力。它的形成还需要有足以使空气上升，到达自由对流高度以上的冲击力，这样释放出不稳定能量，上升气流才能迅猛发展形成积雨云。