揭秘奇異雲朵成因：乳房雲預示暴風雨降臨

 2009年10月10日 08:58:38 　來源：新浪科技

 據《連線》雜志報道，今年8月，《連線》雜志刊載了一張名為“陣晨風雲”的雲朵照片，但當時並未解釋這種罕見而奇異的雲朵的形成原因。事後，該雜志請教了從事奇異雲朵形成研究的德國慕尼黑大學氣象學家羅格·史密斯(Roger Smith)。史密斯說：“過去幾年，我們對它們的理解日趨深入。這不再是一個謎，但它們仍同以前一樣壯觀。”

    之所以出現“陣晨風”現象，皆因約克角半島(處于澳大利亞偏遠地區)陸地和海洋的獨特構造。約克角半島不斷向北延伸，夾在卡本特利亞海灣和珊瑚海中間，卡本特利亞海灣在西，珊瑚海在東，而約克角半島一路下來越來越窄——從大約350英裏(560公裏)減至60英裏(96公裏)。白天，東面的信風將海風吹到整個半島，傍晚時分遇到從西岸刮過來的海風。

    東西兩個方向的海風碰撞，產生波狀擾動，從內陸向西南方向移動。西南方恰恰是形成陣晨風雲的一個重要區域。當潮濕的海洋空氣被吹到波狀擾動的上方，它會冷卻、凝聚形成雲。有時，形成的雲只有一波，有時，一連串多達十波。他說：“如果你看天上的雲朵，感覺好像是在向後翻滾。事實上，雲在最前邊不斷形成，在最後面又不斷消失。這給人一種雲總在不停滾動的感覺。”

    這些雲也會形成于別的地方，包括慕尼黑，但在那裏形成的頻率是大約十年一次。約克角之所以獨特，是因為陣晨風雲經常在秋天出現在柏克鎮上空。它們還在那裏給人留下深刻印象，綿延600英裏(約合960公裏)，每年飛經這些地區的飛行員都希望看到壯觀的雲朵。研究奇異雲朵的科學家並不多，因為它們極為罕見，對于從事降雨量和氣候變化研究的科學家而言，它們的重要性便大打折扣。所以，人們對奇異雲朵的形成往往知之甚少。

    美國加州大學聖克魯斯分校物理學家帕特裏克·莊(Patrick Chuang)說：“去研究那些好看的現象，我們很難獲得經費。”以下是最奇特、最壯觀的幾種雲朵，同時，專家還給我們解釋了它們的形成過程。

　　1.乳房雲

乳房雲

    這些奇異的雲朵被稱為“乳房雲”，它們的出現常常預示著暴風雨的降臨。我們可以在很多地方看到乳房雲奇特的身姿，比如美國中西部。物理學家帕特裏克·莊說：“它們是一些外觀奇異的雲彩。”有些科學家對乳房雲的形成也有不同的見解。美國國家大氣研究中心物理學家丹尼爾·布裏德(Daniel Breed)表示，空氣的浮力和對流是形成乳房雲的關鍵。布裏德說：“這好像是上下顛倒的對流。”

    對流就好比有浮力的氣泡。以乳房雲為例，在雲中的空氣冷卻過程中，蒸發作用會引起大量負浮力(negative buoyancy)，這使得縷縷雲彩向下而不是像積雲一樣向上移動，最終，它們看上去就像上下顛倒的氣泡一樣。乳房雲移動平緩的原因在于它們下面的溫度結構。據布裏德介紹，在對流層中，溫度會隨高度增加而有所降低，這稱為“直減率”(lapse rate)，變化的速度必須接近于中值。

    換言之，如果溫暖的小氣泡出現在某個區域，溫度根本不會出現變化——沒有熱量進出。這是暴風雨所特有的溫度結構。若沒有這些外部條件，形成的雲外觀更加普通，不是高低不平，就是縷縷輕煙。布裏德說：“只要有暴風雨的地方，肯定會看到乳房雲。若是沒有暴風雨，你要想看到乳房雲，則一定要有令雲浮起所需的大氣條件。”

2.莢狀雲

    莢狀雲通常由引力波形成，有時被誤認為不明飛行物。帕特裏克利用減震器形象地描述了引力波。他說：“想象一下，你駕駛奶奶的卡迪拉克穿過一個減速帶，汽車自然會在非常短暫的時間內上下顛簸。由于地球引力的存在，汽車會向下移動，在此之後，懸架上的彈簧又將汽車彈起。”

    就莢狀雲來說，充當減速帶的通常是包括山脈在內的一些地貌，它們阻礙了空氣流動。在沿山體一側向下移動過程中，空氣往往顯得過于“衝動”隨後又被彈起。空氣會在短暫時間內上演類似震蕩，隨著上升氣體逐漸冷卻，引力波向上部分便形成了雲。帕特裏克說：“雲出現在振動幅度最大的區域。”

    除了地貌這個減速帶外，其它一些減速帶也會導致莢狀雲形成，例如較高的雷雨雲。由于經常在山脈順風面形成，莢狀雲又被稱之為“背風雲”、“波浪雲”或者“背風波浪雲”。山脈能夠形成一係列長波浪雲，但如果這個減速帶處于更加孤立的狀態，例如只是一個單一的山脈，便會形成外形類似不明飛行物的橢圓形雲。

    有時候，多個橢圓形雲一同出現，在外觀上給人一種好似一堆飛碟的感覺。布裏德說：“我個人非常喜歡波浪雲，因為我經常會看到它們在天空中出現。我有很多喜歡的東西，但作為屏幕保護程序的卻只有莢狀雲。”

3.開爾文-赫姆霍茲波浪

    它們是在兩個密度不同的空氣層或者液體層以不同速度彼此穿過對方時在分界線上被“剪”出來的。

    這些雲外形很像破碎的海浪。當頂部的水以遠超過底部的水移動時，海浪就會發生斷裂。

    這些瘋狂的雲朵被稱之為“開爾文-赫姆霍茲波浪”，外形好似一層層海浪。它們是在兩個密度不同的空氣層或者液體層以不同速度彼此穿過對方時在分界線上被“剪”出來的。帕特裏克說：“它們就好像是油和醋，彼此不能相容。在海洋，頂部海水較為溫暖，底部海水則溫度極低，就好像一個大水坑上面飄著一層薄薄的油。”

    當兩個層彼此穿過對方時，好似波浪的開爾文-赫姆霍茲不穩定性便會出現。部分分界向上移動，部分向下移動。由于其中一個層的移動速度高于另一個層，穿越過程會導致波浪頂部水平移動，所形成的雲好似衝刷沙灘的海浪。帕特裏克說：“這些雲外形很像破碎的海浪。當頂部的水以遠超過底部的水移動時，海浪就會發生斷裂。”

　　4.帽狀雲

    這張引人注目的照片展示了6月12日日本東北部千島群島的薩裏切夫火山噴發。照片中最令人感興趣的並不是火山噴發本身，而是噴發時形成的一個帽狀雲。穿過上方雲層時，火山灰柱似乎戴上了一頂光滑的白帽子，從而形成照片中的帽狀雲。

    帽狀雲由迅猛的上升運動所致，其中包括快速擴張的雷雨雲砧、火山噴發甚至于核爆炸。在每一種情況下，一些物質都會將溫濕氣體快速向上推動。布裏德說：“在雷暴上方，帽狀雲非常常見，這是因為空氣移動速度太快，致使上方氣流處于混亂狀態。一旦溫度降至足以形成雲的程度，你就能看到這些雲帽。”

    帕特裏克表示，帽狀雲與有時在積雲頂部出現的光滑“帽子”類似，但後者實際上是冰帽。“如果出現強對流，氣體便會被快速推向高空，從而形成冰雲，這是因為所在高度足以讓晶體凍結。凍結過程並無稀奇之處，與普通的物體凍結沒什麼兩樣。”

5.夜光雲

    夜光雲從兩極擴散的原因或者或者為什麼越來越多的夜光雲出現在極地，而且越來越亮的原因至今還不清楚

    《連線》雜志曾報道過夜光雲，這種奇怪的發光的雲7月開始出現在美國和歐洲的上空，這裏比它們通常出現的高緯度地區偏南很多。

    夜光雲由地球大氣和空間邊界處的冰形成，夜光雲距地面的高度一般在80公裏左右。它們發光是因為它們很高，以致太陽在地平線下都能照亮它們。夜光雲從兩極擴散的原因或者或者為什麼越來越多的夜光雲出現在極地，而且越來越亮的原因至今還不清楚。沒有人知道這是為什麼，不過一些人懷疑是因為全球溫室氣體排放增加導致的。

    夜光雲在約零下230華氏度下形成，由下而上吹起或從太空落下的灰塵為水汽提供了凝縮凍結的表面。現在，北半球正處于夏季，大氣升溫膨脹。在大氣的外邊緣，因為大氣已經遠遠地延伸到太空，這意味著它正變得越來越冷。美國航天局正在進行的衛星飛行任務研究雲團的首席研究員、漢普頓大學大氣學家詹姆士·拉塞爾說：“流行的理論和最可能的解釋是，二氧化碳在80公裏之上累積會造成溫度下降。”但是，他警告，氣溫觀察仍是非決定性的。但是，事實可能更復雜，關于夜光雲還有很多其他理論。

    6.陣晨風雲

    陣晨風雲是一種特殊的更為罕見的滾軸雲，滾軸雲較為常見，通常不會很長。滾軸雲通常出現在暴風雨來臨前。上升的暖氣流推動冷空氣向上，然後冷空氣沿上升氣流的邊緣流下。之後向下降冷氣流會彈起形成波浪狀結構。

    在上升過程中，冷空氣形成雲團。雲的蒸發造成邊緣的下降氣流，侵蝕雲團，形成卷軸狀。如波浪繼續形成，一係列滾軸雲就會形成。(孝文)

相關新聞

十大奇異雲彩：滾軸雲預示暴風雨到來(組圖)