嗟乎,这棉花糖般的云朵背后,蕴藏着何等奥秘!我们每日仰望天空,目睹云层漂浮于空中,自然知晓其中蕴水汽,而地球也拥有强大的引力。为何这些云朵却不会坠落呢?
当水分子在地表因受热而生成水蒸气时,由于水分子轻于空气中的其他分子(水分子质量为18,相较之下,空气的主要成分如氧气与氮气等分子量更大),水蒸气由于相对密度小的特性及气压高且相对低温等因素会迅速向上推进。逐渐由不饱和状态转变成过饱和水汽后,再与空中微小颗粒(云凝结核)碰撞后,将凝聚成无数的小水滴。倘若温度降至零点以下,那么就形成晶莹剔透的冰晶。众多的水滴和冰晶于同一片天际集结,形成了我们所见的云朵。
云凝结核种类繁多,所需的过饱和程度各不相同。而云凝结核的浓度与水汽的过饱和度息息相关。过饱和度增加时,原本无法凝结的微粒上也能发生凝结作用,这就解释了为何有些云朵显得高远而有些则较为低垂。
有些人在雨天喜欢沐浴在雨滴中,感受那份清凉与滋润。若是在张嘴接雨时,或许能品尝到不少杂质。在化工区域或空气污染严重的地区形成的酸雨,其下的雨滴则可能含有化学成分。
水的饱和蒸汽压与温度之间存在正比关系。温度越高,空气容纳水汽的能力就越强,这使得不易达到饱和状态。空气中的水汽含量升高或者温度下降到一定范围后都会引起过饱和现象的发生,继而产生凝结作用。
太阳光穿过地球的大气层和地球自生的热量对流层(通常99.99%的云活动于此)以及上方的平流层之间形成了平衡。云在对流层顶端的特殊情况下会停止上升。这也就解释了为何民航飞机需在平流层飞行以避开云层。尽管如此,仍有特殊的云会在更高的地方出现,这一话题将在后续的篇章中进一步探讨。
在古代名著《西游记》中描绘的神仙们穿梭于对流层之上的云朵间。如办公的凌霄宝殿就是坐落在一层层美丽如珍珠般高远之处。这些优美的想象性场景描绘虽富有神秘色彩,但也间接证明了云的流动特性。
在云中,小水滴会相互碰撞并逐渐融合。但这一过程是缓慢的,当其质量超过浮力时就会下沉。若遇到上升浮力大于当前水滴质量时则会停止下沉甚至继续上升。若遇到高温且富含不饱和水汽的上升气流时,还会将云内过饱和的水滴蒸发为不饱和小水汽并继续上升。
尤其在秋季干燥时,我们常会看到乌云而来,但雨点稀疏后便逐渐飘散。这其实是地面蒸发的高温不饱和水汽打破了云和水汽的平衡所致。同时受影响的大气过饱和水滴重新蒸发析出并形成小水滴甚至回归不饱和水汽状态再次上升至更高空域。
地球的温差、昼夜变化、以及纬度差异都造成了不同地区温度的差异。这种差异促使高压区向低压区形成气流。当气流遇到地形的起伏、地球自转及公转等因素影响时就会产生空气的水平移动并推动云的迁移。
正是由于各种复杂因素的作用和相互作用,我们得以看到那如诗如画的云朵在天空中自由飘动。