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我眼里的夏天,是「白云悠悠,蓝天依旧」

Bidgee / CC BY

[探云]夏季探云指南——积云篇(下)

漠北,大气科学/强风暴物理学

上篇我们说到,积云作为对流层中最具活力的系统,是一个强风暴系统的起点,一个积云的生命历程需要经历从碎积云至淡积云的过程,然而这远远不是终结,而是一个崭新风暴的开始,在下篇中我会给各位介绍积云发展的接下来的两种形式——中积云和浓积云。在文章的最后,还会给各位介绍特殊的积云形式。

鉴于在上篇中有小伙伴指出我的图注不太好,我决定在下篇中采用通用的索引方法。这是我能想到又不占篇幅,又不破坏图片的最好方法了。

图注都统一按照左边的那样标注,例如我要说一朵碎积云,就会在括号里标注坐标 (3,1),各位小伙伴只需要找到图上面或下面的 3 箭头,再找到图左边和右边的 1 箭头。再按照右边的方找到相交点,就可以知道我在说的那朵云了。

这样既不会破坏图片的美感,又可以方便的话让大家知道我在说哪朵云。

例如:淡积云 (1,1),碎积云 (2,2),碎积云 (3,1)

这个标注法唯一的不好就是我比较费工夫了,要一个一个标出来,眼睛快瞎了。不过只要小伙伴看的开心就可以~

接着上篇的序号,我们的探云之旅还在继续~

3、中积云

中积云(Cumulus mediocris是介于淡积云和浓积云之间的云体,它的水平尺度和垂直尺度相接近,或者水平尺度稍大一点也是可以的。例如上图中的 (1,1),(2,2),(2,4) 都为刚刚由淡积云发展而来的中积云。(1,3),(1,4),(1,5) 则都为淡积云,他们的水平尺度与垂直尺度相比明显较大。

中积云在《中国地面观测规范中》为了便于预报员的观测进行了简化,刚刚生成的被归类至了淡积云,而发展成型和较好的则被归入了浓积云中。如上图的 3 朵中积云按照《规范》都应该被归入淡积云。但是按照 WMO 及下属的国际云图都认为中积云应作为一个独立的云属,所以我特地指出了,以免有气象专业的小伙伴误解。

出现在太阳附近的中积云 (2,1),(3,2),(4,1),图上除了有中积云外,还有成层状的透光层积云(stratocumulus stratiformis translucidus,低云族 - 层积云属)(4,3) 存在。(1,1) 为成群的碎积云。

如同方块一般的中积云 (1,1),边缘因为湍流发展强烈而出现了明显的撕扯状,也有部分水汽脱离了云体,将会形成碎积云。

方块状的中积云 (2,1),(3,4),这张图片是积云的全家福,既有碎积云 (2,4),也有淡积云 (3,2),还有浓积云 (1,3)。这与当的热力条件分布不均有关系,各个云体的发展程度也不一样。

4、浓积云

浓积云(Cumulus congestus是积云发展的最后阶段了,它的垂直尺度已经远远大于水平尺度了。发展较好的浓积云体型庞大,出现了会出现类似于花菜的顶端,但是不像积雨云属下的云体顶部出现的象征着冰晶化的丝缕状外观。上图中的浓积云 (2,2) 就是比较好的例子。在远方的天空中,还存在有高层云(中云族 - 高层云属)(1,1)。

浓积云的花菜状云顶 (1,1),象征着云内存在较强的上升气流,新的云塔 (2,2) 正在生成。当太阳高度角不高时,浓积云的云体上会出现对比强烈的白色与厚重的阴影。

出现在天际线附近的浓积云云塔群 (2,1),(3,2),(4,2),(5,3)。左侧也有成群的淡积云 (1,3)。

夕阳的光线会在浓积云的云体上留下金黄色的外观 (2,3),除了两朵浓积云外,还有许多的碎积云 (1,4),(3,2),(3,5)。图左上角为高积云 (1,1)。

有的时候,阳光从浓积云等云体后射出,出现了明显的带状的阴影(1,1),被称为反云隙光

浓积云 (2,3) 和其它云体共存,(4,4) 为高积云,(1,2) 为卷积云。(2,1),(3,2) 为密卷云。(3,1) 为毛卷云。

到了这里,积云的生命历程已经告一段落了,从碎积云一路发展至浓积云的历程,是大气中热力学、动力学过程的体现。就像毛虫结茧化蝶一样,结茧远远不是终点,而是为了新的征程。浓积云将会逐渐发展成为贯穿具有整个对流层能量的积雨云。下面的探云指南将会为各位小伙伴介绍直展云族 - 积雨云属的成员。不要走开哦~

三、作为拖更的彩蛋

本来分为上下篇就不该长时间拖更的,奈何……你懂得……所以作为赔礼,再给小伙伴们讲讲特殊的积云现象~

1、积云线

即积云排排站的现象,这种线性的排列被称为辐奏状 (radiatus),例如上图就被称为辐奏状碎积云(Cumulus fractus radiatus)辐奏状淡积云(Cumulus humilis radiatus),中间还混杂着中积云。

积云线经常出现在海洋上,但并不代表着大陆上不可以出现。这就是在陆地上新生的积云线,主要有碎积云和较小的淡积云组成。

乘坐飞机的时候也可以看见线状的排列,但请一定要注意高度。例如上图就不是低云族的积云,与上面的一对比,连影子都看不见,不是属于积云族的,而是中云族高积云属絮状高积云。这种云暗示着大气成层的不稳定,例如如果飞行器靠近这种云体的所在层次过近,会很颠,真的。

这则是积云线,云体有着明显的积状云的性质。

在地面上观察时,就会有一种白云漫天,蓝天悠悠的奇妙感官,真的看起来很舒服~

在卫星云图上会看见的更明显,有的时候这种云系又被称为细胞云系,常常出现在冷锋进入海洋的后面。

作为积云线的成因,这可能与流体力学中的贝纳热对流有关系。对经过滞弹性近似(只考虑热膨胀而忽略压缩性的)的布西内克斯流体方程组进行推导,得到了贝纳热对流的闭合方程组。

原本准备放一些公式的,不过想想看貌似画风不太对,就把推导结束的最后一个公式放出来吧。

有兴趣的小伙伴可以参考流体力学中热对流相关知识。因篇幅有限详细的解释我可能会另开一个答案或者在[杂谈]中进行解释,这涉也及到了大气物理中的选择性不稳定,即积云代表着热力过程,热力过程代表着大气的不稳,按理说积云发展的越旺盛,大气就越不稳定。但有时候积云越多大气反而会趋向于稳定。究其原因也都在上面的闭合方程组中。敬请期待~

2、管状积云和马蹄状积云

管状积云(Cumulus tube)是比较罕见的积云类型,它与龙卷没有什么直接的关联,是受到局地热力对流以及和风切变形成了切向力,加大了热力对流的涡度而形成的云体

图片来源于 Science Photo Library。

马蹄状积云其实并不罕见,但是持续时间太短,不容易被人看见。

马蹄状积云(Cumulus hoof的的形成与大气中的湍流涡有着密不可分的联系,最终倒 U 形的连接处会断裂然后消散。

3、幡状积云

幡状云通常是由于重力作用云中的冰晶或水汽从云体脱离而降落,但并没有接地形成降水。在云下阴影的作用下会形成黑色的痕迹。

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