书城自然天上下起了七彩雨:你不知道的自然地理
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第8章 天上为什么会下雨(1)

用通俗的话来说,它是指发生在天空中的风、云、雨、雪、霜、露、虹、晕、闪电、打雷等一切大气的物理现象等。那么让我们了解一下有关气象的几个术语:天气是一定区域短时段内的大气状态(如冷暖、风雨、干湿、阴晴等)及其变化的总称。气候是长时间内气象要素和天气现象的平均或统计状态,时间尺度为月、季、年、数年到数百年以上。气候以冷、暖、干、湿这些特征来衡量,通常由某一时期的平均值和离差值表征。气象是指大气的状态和现象等,阅读本章,你会知道更多。

一、云是什么变的 依次顺序号

天上的云可真是千姿百态,变幻无穷。有时黑云滚滚,气势磅礴,壮观万分;有时蓝色天空白云飘,云淡天青。云能反映高空大气的运动情况,有的云还能预示未来天气的变化。因此,有人把云视作天气的招牌。

大气中到底有多少种云彩呢?云是一个大家族,通常把云按外形、结构特点和云高加以分类。云可分成族10属29类。

第一族叫高云,第二族叫中云,第三族叫低云。一看就知道是按云的高度分的,因为不同高度的云在性质上有很大差别。

1.高云

高云以卷云为代表,包括卷云、卷层云和卷积云。卷云的云底高度一般为4.5~10千米。在寒冷或高原地区可低到2千米以下。卷云的厚度为几百米到5~7千米,一般为1.5~2千米。水平范围从几千米到上千千米。

卷云的温度在-2~-60℃之间甚至在-60℃以下。卷云由冰晶构成,具有丝缕状结构,有蚕丝般的光泽,薄而透明,是一种分离散乱的云。云体通常为白色,无阴影。阳光通过高云时,地面物体的影子清楚可见。形如丝条状、钩状、团簇状、片状或砧状等。

这种云不会带来坏天气。蓝蓝的天上白云飘,实际上就是卷云在飘。卷云有毛卷云、密卷云、伪卷云和钩卷云四类。

民谚说:“天上钩钩云,地上雨淋淋。”这说的是钩卷云。钩卷云的钩表示那里有较强的上升气流,并可形成斜降的雨丝。这当然不算什么坏天气。但钩卷云是要下雨的云即将到来的前奏,它常出现在锋面附近。而与锋区相联系的下雨云到来的时候,地上就要雨淋淋了。

2.中云

中云有高积云和高层云两属。高积云云块较小,轮廓分明,常呈扁圆形、瓦块状、鱼鳞片状或水波状的密集云条。

高层云带有条纹或丝缕结构的云幕,有时较均匀,云体通常为灰白色或灰色,有时微带蓝色。云层较薄的部分可以看到昏暗不清的日月轮廓,就像隔了一层毛玻璃一样。厚的高层云,底部阴暗,看不到日月。云底高度一般为2.5℃4.5千米,有时可达6千米,厚度超过1千米。高层云有的由冰晶和水滴混合组成,有的由冰晶或水滴单独组成。可以降连续或间歇性的雨雪。

.低云

低云包括积云、积雨云、层积云、层云和雨层云,云高通常在2500米以上。

层云是低云的一个属。层云、层积云和雨层云基本为层状结构,其中层积云还具有团块状。层云的云底低,像雾但不接地,呈灰色或灰白色,非常均匀,看起来灰蒙蒙一片。层云的云底高度一般为50~100米,平均厚度0.~0.7千米。水平范围从几千米到上千千米。

层云大多由直径较小的水滴组成。寒冷季节时有可能是冰晶和过冷却水的水滴组成的混合云。在个别情况下,层云由冰晶组成。层云一般没有降水。但当云厚超过1千米时,有时能降毛毛雨,也会落下小雪。

积云也是低云的一个属。一般的积云是垂直向上发展的,顶部呈圆弧形重叠凸起,底部几乎是水平的云块。云体界限分明,垂直厚度和水平宽度相当。云底高度一般为600~2000米。这种积云由水滴组成,可产生阵雨。

积云的发展在一日内受地面温度变化的影响,上午先出现碎积云,以后发展为比较稳定的淡积云,云顶高度一般为2~千米。发展旺盛的成为浓积云,云顶高度可达6~7千米。

再进一步发展,就成为云体庞大,垂直发展强烈,远看像耸立高山的积云叫积雨云。这时候它就成为低云的另一个属了。积云、积雨云的基本特征为孤立分散的云块。

积雨云的云顶有白色毛丝般光泽的丝缕结构,常呈铁砧状或马鬃状。云底阴暗混乱,起伏明显,有时呈悬球状结构。乌云压城城欲摧,说的就是积雨云。

积雨云上部由冰晶组成,下部为水滴,或由冰晶与水滴混合组成。积雨云是发展最为旺盛的积云,云顶高度可达20千米。积雨云的温度一般在-20℃以下。云中含水量大,常发生雷暴、阵雨或雪、冰雹等,有时还会出现龙卷风。

低云中还有一个属是雨层云。雨层云是降水云层,水平范围分布很广,云层厚而均匀,能完全遮蔽阳光,通常降连续性雨或雪。有时在云底还会出现下垂的拖曳物,称为雨幡。它是由云中下降的雨滴,在未到达地面之前被蒸发掉所致。

别看云在天上飘来飘去,其实它并不是什么神秘莫测的东西,它是由飘浮在空中的无数小水滴、小冰晶或者由两者混合组成的可见聚合体。如果云触及地面,那就变成雾了。

天空的云有的像奔腾的马尾,有的像起伏的山峦,有的像龟背,有的像鱼鳞,那它们的形成原因一定很复杂吧?这倒不假,云的形成原因的确比较复杂。但不管云的形态有多少种,它们在形成原因上却存在着共同的因素。

根据气象学家的研究,形成云的最基本条件有两个:一是要有充足的水汽,二是要有使水汽凝结的空气冷却。倘若空气十分干燥,即使空气冷却,也形成不了云;相反,如果空气很潮湿,但没有空气冷却,那也不会凝结成云。由此可见,这两个条件的确是最基本的,是云形成的共同因素。

有了大量的水汽,有了空气冷却,这时还需要的另一个条件是凝结核。在空气中含有大量的微小粒子,这些粒子可以是盐粒、烟粒、尘埃等,它们在水汽凝结成水滴的过程中起着凝结的核心作用。气象上称这些微小的粒子为凝结核。在自然界中,凝结核是大量存在的,因此,也就不列为最基本条件了。

凝结核是很小的,它比起云滴(云中水滴或冰晶)、雨滴要小得多。通常,雨滴半径为1毫米,云滴为1/100毫米,而凝结核只有1/10000~1/1000毫米,人的头发丝半径约为5/100毫米。从这些数字可以得出比较直观的印象,即凝结核比人的头发还要细得多。

当具备了充足的水汽,具备了使空气冷却的上升运动和凝结核以后,云就水到渠成地形成了。倘若空气的上升运动是不稳定气层的对流运动,则形成的云呈孤立分散、垂直发展的外形,如积雨云、积云,统称为积状云。若上升运动是稳定气层大范围的缓慢上升运动,则形成的云呈均匀幕状的外形,如雨层云、高层云等等,统称为层状云。如果上升运动是一种波动所致,则形成的云呈波浪起伏的云层,如卷积云、高积云、层积云等,统称为波状云。

积状云和层状云不仅外形、形成原因各异,而且在降水上也有很大差别,积状云是阵性降水,层状云是连续性降水。波状云一般是稳定天气,俗话说:“瓦块云、晒死人”就是这个意思。有时也有例外,当波状云后面跟着一大片层状云时,将有风雨来临。“鱼鳞天,不雨也风颠”指的就是这种情况。

雾从哪里来

雾跟云从本质上讲并没有什么区别,都由悬浮在靠近地面大气中的大量微细水滴和小冰晶组成。雾和云的区别仅仅在于是否触及地面。云飘在天上,不触及地面;而雾则靠近地面形成。因此说“云是天上的雾,雾是地上的云”。雾中相对湿度一般为100%。

气象上规定,当悬浮在近地面气层的水汽凝结物——小水滴或小冰晶使水平能见距离在1千米以内的称为雾。

有时,在水平面气层中飘浮的并不是水汽凝结物,而是灰尘、烟粒、盐粒等杂质,它们也会使水平能见距离变小,当小于1千米时,称为霾。霾不同于雾,有霾时,能见距离小,但空气中水分却很少,相对湿度也小。我国北方常可见此现象。空中有霾不仅增加了空气的浑浊度,而且对远处物质的颜色也有影响,一般远处的物体呈浅蓝色,天空呈微黄色。

秋天的早晨,常可在江、河、湖面上见到飘浮着的缕缕白烟,这在气象上称为蒸发雾。这种雾的形成原因主要是冷空气流经暖水面,由于暖水面的蒸发,使得冷空气中的水分增加,再由于空气比较冷,因而凝结成雾。

在北冰洋上,蒸发雾特别频繁。当北冰洋的冷空气流经暖水面时,便产生蒸发雾,它好像炊烟缭绕,忽隐忽现,有”北冰洋烟雾”之称。

当暖湿空气流经较冷的地区上空时,低层的暖湿空气就会降温冷却,最终凝结成雾。由于它是大规模空气水平流动所产生的,因此称为平流。春、夏季节,在我国沿海地区产生的雾,大多为平流雾。冬季由于夜长,辐射冷却较强,容易形成雾,这种雾称为辐射雾,一般陆地上出现较多,尤其在山谷和洼地常见。我国的著名雾都——重庆,常出现辐射雾。

辐射雾一般在夜里形成,日出后消失,范围和厚度都不大。而平流雾在任何时候都可出现,范围与厚度均较大。

雨是云“变”的吗

雨是由云“变”来的。雨滴的体积约是云滴体积的100万倍。也就是说,要100万个云滴才能构成一个雨滴。这就提出了一个很有趣的问题,究竟是什么过程会使云滴像吹肥皂泡一样地长大呢?在湿空气中,因冷却而凝结出的云滴,一开始它们的增长速度是极快的,但到一定大小之后,增长速度就迅速减慢。

显然,单靠凝结是长不到比它自身大100万倍雨滴的,一定还存在别的重要过程。原来,对于云体温度高于0℃的暖云来说,云中存在大小不同的云滴,大云滴下降速度快,上升速度慢;小云滴下降速度慢,上升速度快。于是,由于大小云滴相对速度的差异,使得大云滴有机会与小云滴相撞,结果小云滴就合并到大云滴中去了。这样,大云滴不断地增大,又因为上升气流分布不均匀,大云滴可以在云中多次上下运动,再加上云内的湍流作用,大云滴增大的机会就增加,于是大云滴越来越大,直到上升气流托不住它,掉下来成为雨滴。

气象上对降雨的大小常用降水量来表示,它是指水平上积累降雨量的深度,单位为毫米。广播中,天气预报讲到的小雨、中雨、大雨等,一般是按下列标准来划分的;一天的降雨小于10毫米的,称为小雨;大于10毫米的,称为中雨;大于25毫米的,称为大雨;大于50毫米的,称为暴雨;大于100毫米的,称为大暴雨;大于200毫米的,称为特大暴雨。世界上24小时暴雨极值为1870毫米,出现在印度洋的留尼旺岛上。

1975年8月5日在我国河南林庄,一天的降雨量为1060毫米;1967年10月17日在台湾省新寮,一天的降雨量为1672毫米,都接近“世界冠军”值。

在我国干旱地区也出现过少见的特大暴雨,如在内蒙古乌审旗的木多才当,10小时降雨量竟达1400毫米。我国暴雨强度之大由此可见一斑。

雨听起来很简单,说起来很复杂。雨太重要了,还得适当说一说。

1.按雨量分类

从雨量讲,雨可分为小雨、中雨、大雨和暴雨。大气科学规定,24小时降水少于5毫米为小雨,5~25毫米为中雨,25~50毫米为大雨,超过50毫米为暴雨,超过100毫米为大暴雨,超过200毫米为特大暴雨。

看了这些规定,你就对大雨、小雨之类的级别有了初步认识。我国幅员辽阔,南北东西气候差异很大。夏天在南方24小时下50毫米的雨是常有的事。但是在西北地区,这样的雨是很少见的,一旦发生,它的影响就相当于南方100毫米以上的大暴雨了。因此,在实际应用中,各地气象台也不完全死抠上面所说的统一规定。

2.按形态分类

从形态讲,雨可分为雨、毛毛雨、阵雨、雪和冰雹等。

①雨。这似乎不用解释,不过,大气科学家中所说的雨单指强度变化缓慢的滴状液态降水,以便与毛毛雨、阵雨和雪相区别。雨滴清晰可辨,落在水面上会溅起波纹和水花,落在干地上会留下湿斑。

②毛毛雨。毛毛雨是稠密、细小而十分均匀的液态降水。毛毛雨的直径为0.2~0.5毫米。毛毛雨一般降自低的层云和浓雾中。

③阵雨。阵雨开始和停止都较突然,强度变化大。阵雨是由降雨性质而不是由雨量决定的。阵雨常伴有雷暴、冰雹和气象要素的显著变化。

④雪。雪是白色不透明的冰晶(称为雪晶)和其聚合物(称为雪团或雪花)组成的降水。在不太冷的天气里,雪晶常聚合成团,状如棉絮,叫做雪花。在气温高于0℃时,雪晶和雪花开始溶化。半溶化的叫湿雪,全溶化的成雨。

雨和雪同时下落的叫雨夹雪。雪和雨一样,也有阵性的,叫阵雪。当然还有降陛雨夹雪。降雪量和降水量一样,以毫米为单位,是用雪溶化成雨之后的深度来量的。常常下了很长时间的鹅毛大雪,大家认为这下下了不少雪了,事后气象台却报告说,降雪量为一二毫米。只有超过了10毫米的雪才叫暴雪。

有时强风把地面积雪吹起,水平能见度会降到1千米以下,这就叫吹雪。大量的雪被强风裹挟只好随风而行,水平能见度降到1千米以下,弄得不能判定当时天空是否有降雪,这就叫雪暴。雪暴常使天空不可辨,甚至淹没道路,造成严重的雪灾。

雪暴与暴雪,二者不可混同。

⑤冰雹。冰雹是从积雨云中降落下来的坚硬固态降水,形状有球状、圆锥状和其他不规则形状。冰雹颗粒一般称为雹块,其直径在0.5~厘米之间,密度比水小,约为0.7~0.8克/厘米。常见的冰雹如豆粒大小,但也有如鸡蛋大小甚至超过鸡蛋的,有时是几个冰粒的融合体,常伴有雷暴出现。冰雹以春夏或夏秋之交为多。一般山区冰雹多于平原,内陆多于沿海,中纬度地区多于高、低纬度地区。

史料上记载,清朝曾出现过直径16厘米、碗口大小、重约1千克的大冰雹,但现在已无法证实了。我国曾观测到4.5千克重的雹块,印度也曾有重达.千克重的雹块。

雹块最大的特征是多层结构,中心有一个核,通常称为雹胚,外面交替地包着透明层和不透明层,一般有~5层,多的可达20多层。

雹块较大,下降速度迅猛,破坏力极大,往往造成农作物、房屋建筑的毁坏,更有甚者,还会击毙人畜。在美国,每年因冰雹造成的损失可达亿美元。

我国也是一个多雹的国家。早在《前汉书》中已有记载,书中写道:“元封三年(公元前108年)十二月,雷、雨雹,大如马头。宣帝地节四年(公元前66年)五月,山阳齐阴雨雹,如鸡子,深二尺五寸,杀二十人,蜚鸟皆死。”

1995年5月16日,北京发生风雹灾害,瞬时风速10级,大兴、通州、房山县有26个乡镇受灾面积达0.5万多公顷,刮倒树木1479棵,毁坏民房工棚869间,直接经济损失9千多万元。

据统计,雹灾遍及我国700多个县(市),每年平均受灾面积约1万多公顷,粮食损失达几十亿千克。

雨还有霰、米雪、冰粒、冰针等名目,这里就不分别介绍了。