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1、云 海 奇 观,据美国连线杂志报道，云非常迷人，这是因为它们的形状千姿百态，而且变幻莫测。从地球上观测云团会给你带来无穷乐趣，但是一些最令人惊叹的云团图案，要在太空才能欣赏到。在卫星和飞船上拍到的一张图片，可以覆盖地表数千英里范围，它们捕捉到的那些非常复杂和美丽的云团图案，是我们在地球上永远也无法看到的。,( 力学园地据孝文稿件改编 ),智利塞尔扣克岛冯卡门涡街众多漩涡形成一个“串”,1. 冯卡门涡街,上图中形状怪异的云团，可能是在太空里可以看到的最古怪的云团构造。这种图案被称作冯卡门涡街，它是以西奥多冯卡门的名字命名的。这位流体动力学家首次在实验室里注意到这种流动图像：当有粘性的流体流过，遇
2、到圆柱形物体时，就会在圆柱后产生成串的漩涡，称作冯卡门涡街。 在上面这张图片里，智利近海的亚历让德罗塞尔扣克岛就像一个圆柱体。该图是“陆地7”号卫星在1999年9月拍到的。一条美丽的漩涡街搅乱了层积云，这层云距离该岛很近，以致受到了它的影响。塞尔扣克岛比海平面高出大约1英里(1.61公里)。 从下图可以看到，在其他小岛的影响下形成的同样奇特、美丽的涡街。,2000年“陆地7”号卫星拍到的瓜德罗普岛上空的涡街，它位于加利福尼亚州近海大约21英里(33.80公里)的地方。,航天飞机宇航员2001年拍到的位于日本海北部的利尻岛上空的涡街,2008年8月美国宇航局的“阿卡”号卫星拍到的弗兰格尔岛，在北
3、极圈东北的西伯利亚上空，是较小的杰拉德岛影响下形成的一个涡街。,2. 西非砧状云,在特殊环境下，高耸、蓬松的白云积雨云会逐渐变平，形成砧状云。下图中的砧状云是国际空间站上的宇航员在2008年2月经过西非上空时拍到的。从地面升起的太阳热量给空气加温时，就会形成积雨云。如果含有水汽的温暖空气遇到冷空气，云团里的水汽就会凝结形成水滴。随着压强和温度降低，继续上升的空气会不断冷却和扩大体积。与此同时，水汽转变成水珠释放出来的热量，加热了空气。温度更低的空气想往下降，温度更高的空气想向上升，形成的对流单体为高高的云团提供动力，这种情况经常会引发雷暴雨。 在热带地区，这些云团能长到12英里(19.31公里
4、)高，升至对流层顶。对流层顶是大气层里对流层和平流层之间的分界线。超过对流程顶后，上升的气流不再降温，云团遇到阻力，开始四下散开，沿着这个分界线形成扁平的砧状云。,国际空间站上的宇航员在2008年2月经过西非上空时拍到的砧状云,航天飞机宇航员1984年在巴西上空拍到的几个积雨云和砧状云,3. 印度洋重力波云,这张图片里的重力波云，看起来有点像积雨云(位于重力波云下面)上的一个指纹。当下面的空气垂直运动，扰乱了一个稳定的云层，产生连锁反应时，就会产生这种奇特图案。下面的地形，例如山脉等，会产生这种干扰，不过位于印度洋上空的这个重力波云，看起来更像是由雷雨天气或其他反常大气造成的垂直上升气流引起的
5、。 可能需要在太空，才能找到观察这一现象的最好视角。这张本色图是美国宇航局“土地”卫星上的多角度影像观测仪在2003年10月拍到的。,印度洋重力波云,阿姆斯特丹岛波浪云,4. 阿姆斯特丹岛波浪云,这张图片是“土地”卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)在2005年12月拍到的。从地面上看，荚状云(有时又被称作波浪云)看起来经常很像飞碟或连续不断的架子。 阿姆斯特丹岛只有13英里(20.92公里)长，但它上面的火山却比印度洋面高出大约2844英尺(866.85米)，足以对它上面的云团产生干扰作用。在上面这张图里，该岛创作了一连串荚状云，这种类型的云有时又被称作波浪云。风遇到该岛，在火山的迫使下
6、垂直上行，产生波浪云。气流在上升过程中不断冷却，水汽遇冷浓缩，形成云。然后这股气流在火山的另一侧下降，云团消失。气流经过该岛，云团图案不断交替，形成这种类似船后留下的波浪的云团。 下图里是层状云经过南大西洋里的桑德韦奇群岛上的火山山峰时，产生的波浪云。波浪云的规模与每座山峰的海拔有关，它们的高度从620英尺(188.98米)到4500英尺(1.37公里)不等。该图是由美国宇航局“阿卡”卫星上的中分辨率成像光谱仪在2004年1月拍到的。,南大西洋桑德韦奇群岛火山上空的波浪云,南大西洋气旋,5. 气旋,上面这张图片里的漩涡图案，是南大西洋上空两个扭结在一起的极地气旋。这样的气旋经常是由寒冷、开阔水
7、域的低压系造成的。左上方的绿色斑点是非洲南端近海的水体。该图是美国宇航局“土地”卫星上的中分辨率成像光谱仪在2009年4月拍到的。 下图是已记录的最大的大西洋热带气旋之一比尔飓风，最大直径可达到460英里(约合740公里)。这幅比尔飓风照片由宇航局Terra卫星拍摄于2009年8月20日，当时比尔飓风抵达波多黎各东北部，持续风速已达到每小时120英里(约合每小时193公里)。,比尔飓风,白令海峡云街：照片由美国宇航局Terra地球观测卫星的中分辨率成像光谱仪(以下简称MODIS)于2010年1月在白令海峡上空拍摄 。,6. 云街,在穿过白令海峡的海冰时，风的温度降低。抵达开放海域后，这股冷空气
8、便会形成一排排平行的云，被称之为“云街”。云街是干冷风与暖湿气流在水面上相互作用的结果。暖空气上升并被冷风冷却，导致里面的水蒸汽凝结成云。与此同时，冷空气则下沉，形成长长的旋转柱体气流，云在上方形成，下方的空气则保持清澈。这就形成了照片中所呈现的长长的云排和晴空景象。,由Terra卫星于2006年1月20日拍摄，展示了白令海峡上空出现的云街 。,白令海峡云街照于第二天拍摄,由宇航局的Aqua卫星于2006年8月拍摄，展现了南极洲埃默里冰架上空形成的云街和气旋。,在扬马延岛产生的岛屿效应影响下，格陵兰海上空的平行云街内正形成壮观的卡门漩涡。与其他图片中的岛屿一样，扬马延岛也在干扰气流，导致流动的
9、云层在尾流处形成反向漩涡。下面这幅照片由宇航局Aqua卫星的MODIS于2009年2月拍摄，格陵兰岛海岸和突出的海冰出现在照片的左上方。,格陵兰海岛屿效应（云街和云街里的涡街）,7. 太平洋船舶轨迹,照片中展现的云流好似一个迷宫，由船舶发动机排放的尾气所致。当水汽在尾气中的颗粒上凝结，这种云便会形成。水汽凝结过程充当了云的“种子”。船舶轨迹亮度之所以超过其他云的原因在于它们由更多更小的颗粒构成。,太平洋船舶轨迹：由宇航局Terra卫星的MODIS于2009年3月在阿拉斯加州南部太平洋海域上空拍摄 。,由Terra卫星于2002年4月在同一地区上空拍摄的船舶轨迹照,船舶轨迹照由Aqua卫星于20
10、08年1月在北美洲西北海岸附近的太平洋海域上空拍摄。,8. 开放和封闭胞状云、爆米花云,第一幅照片中的蜂房图案由开放胞状和封闭胞状层积云构成，前者好似被薄薄的云包围的空洞，后者则像被带状空间包围的棉球。开放胞状云在封闭胞状云开始下小雨时出现。我们很难从地面上看到这些胞状云。如果有机会到太空一游，你将看到非常壮观的景象。 在第二幅照片中，开放和封闭胞状云与放射状云亲密接触。放射状云出现在照片中部附近，所形成的“射线”好似叶脉。 第三幅图里显示的亚马逊河雨林上空分布均匀的大量小云团，是由植物快速生长造成的。在干旱季节，森林里的植物得到的光照更多。这使它们的光合作用更强，生长更快。这一过程释放的水汽
11、，经蒸发进入空中。温暖、湿润的空气在上升过程中冷却，水汽凝结形成白色絮状小云团，看起来很像爆米花，尤其从下面近距离观察时更像。这张图片是美国宇航局“阿卡”卫星上的中分辨率成像光谱仪在2009年8月19日拍到的，由于河流不能像陆地一样释放出那么多热量，加热上方的空气，促使云团形成，因此这层爆米花云在河流处中断了。,美国宇航局Aqua卫星的MODIS于2010年4月17日在秘鲁附近太平洋海域上空拍摄的胞状云,美国宇航局Terra卫星的MODIS于2005年9月在南美洲西岸上空拍摄的胞状云,巴西爆米花云 ( Popcorn Clouds ),胞状云是密度较低的地表湿热空气向高空飘浮，因热对流失稳而发
12、生的有趣现象。1900年贝纳尔在两个水平平板间盛满鲸脑油，均匀加热下板，当上下板温差达到一定值时，平板间鲸脑油出现规则的胞状流态（见照片）。在每一个胞状结构中，流体自中心至边缘形成环流，处于一种对流状态。瑞利首先分析了贝纳尔发现的流体由于上下温差引起的对流，找到了出现胞状流动的条件。后来人们用 “热对流稳定性” 解释大气对流引起的某些气象现象，胞状云就是其中之一。,胞状云是云团的一种常见的结构，人们常说的“云朵”就是云的一个胞状结构。如果你再看一遍这部幻灯，就会注意到在涡街、波浪云、气旋、云街、反日华等太空照片中还有十四张都存在胞状云。,贝纳尔用鲸脑油所做热对流 实验中呈现的胞状结构,9.下加
13、利福尼亚州“反日华”现象,两幅照片展现了一种壮观的被称之为“反日华”的现象。反日华是指一种彩虹般的环形图案，由直径不超过50微米并且体积大致相同的小水滴构成的云层散射太阳光所致。两幅照片是卫星直接在太阳和云层之间穿过时拍摄的。 第一幅照片由宇航局的Terra卫星于2007年6月拍摄，所呈现的反日华现象相对不明显。与此同时，瓜达鲁普岛后方出现了卡门涡街现象。第二幅照片由宇航局Aqua卫星的MODIS于2008年5月拍摄，反日华出现在照片中部。这条彩色带宽度在大约37英里(约合60公里)左右，红色和橙色最为明显。在照片的右上方，我们还可以看到由瓜达鲁普岛同样导致的卡门涡街现象。,下加利福尼亚州“反
14、日华”现象,下加利福尼亚州“反日华”现象,10. 咸海与五大湖的湖泊效应,第一幅照片由宇航局的Aqua卫星于2009年3月拍摄。在咸海的影响下，上空形成的波浪云呈现出与众不同的外形。波浪云本身并不特别罕见，但它们通常在高海拔(类似山脉)或者强上升气流扰动云层时形成。咸海沿岸显然对云层产生扰动，可能是空气流向光滑湖面时风速突然上升的结果，或者由岸线地带因咸海不断萎缩高出水面高度越发增大所致。 第二幅照片由“地理眼”公司“海星”卫星搭载的SeaWiFS(宽视场海洋观测传感器的引文缩写)于2000年12月拍摄，展现了北美五大湖地区出现的一种更为典型的湖泊效应。随着冷空气向西北部流动，穿过相对较暖的尼皮贡湖(左上方)、苏必利尔湖和密歇根湖，暖湿空气上升并与冷干风汇合，形成层积云。随着这一过程的继续，云层中的水滴可能冻结并形成雪花，有时还会产生大规模暴风雪。,咸海的湖泊效应,五大湖更为典型的湖泊效应,谢谢观赏,探知迷人美景背后的科学奥秘， 才能体会到一种 “感性的自然美” 与 “理性的科学美” 紧密结合所产生的 深邃、动人、永恒的美。,丁雁生、李树山改编 2010.5.,
