雨、雪、云、雾、露、霜、雹是怎么形成的?
天空中漂浮的云是由许多微小的水滴或冰晶组成的,有些是由小水滴或冰晶混合在一起组成的。有时它还包含一些大的雨滴、冰雪颗粒。云的底部不接触地面,有一定的厚度。
云的形成主要是水汽凝结造成的。
众所周知,离地面越近,距离地面十公里以上的大气中温度越高,空气越稠密。海拔越高,温度越低,空气越稀薄。
另一方面,江河湖海的水面,以及土壤、动植物的水分,随时蒸发到空气中,变成水蒸气。水汽进入大气层后,变成云引起降雨,或凝结成霜露,然后返回地面,渗透土壤或流入江河湖海。后来蒸发(升华)凝结(冷凝)滴落。它一直在继续,一直在继续。
水汽从蒸发面进入低层大气后,这里温度高,含水汽多。如果湿热的空气被抬升,温度会逐渐降低,当达到一定高度时,空气中的水汽会达到饱和。如果空气继续被抬升,就会有多余的水蒸气。如果那里的温度高于0℃,多余的水蒸气就会凝结成小水滴;如果温度低于0℃,多余的水蒸气就会凝结成小冰晶。当这些小水滴、小冰晶逐渐增多,达到人眼可以识别的程度时,就是云。
人们常常看到,天空时而蔚蓝无云,时而白云朵朵,时而乌云密布。为什么天上有时候有云,有时候没有云?云是如何形成的?它是由什么制成的?
天空中漂浮的云是由许多微小的水滴或冰晶组成的,有些是由小水滴或冰晶混合在一起组成的。有时它还包含一些大的雨滴、冰雪颗粒。云的底部不接触地面,有一定的厚度。
云的形成主要是水汽凝结造成的。
众所周知,离地面越近,距离地面十公里以上的大气中温度越高,空气越稠密。海拔越高,温度越低,空气越稀薄。
另一方面,江河湖海的水面,以及土壤、动植物的水分,随时蒸发到空气中,变成水蒸气。水汽进入大气层后,变成云引起降雨,或凝结成霜露,然后返回地面,渗透土壤或流入江河湖海。后来蒸发(升华)凝结(冷凝)滴落。它一直在继续,一直在继续。
水汽从蒸发面进入低层大气后,这里温度高,含水汽多。如果湿热的空气被抬升,温度会逐渐降低,当达到一定高度时,空气中的水汽会达到饱和。如果空气继续被抬升,就会有多余的水蒸气。如果那里的温度高于0℃,多余的水蒸气就会凝结成小水滴;如果温度低于0℃,多余的水蒸气就会凝结成小冰晶。当这些小水滴、小冰晶逐渐增多,达到人眼可以识别的程度时,就是云。
雾和云是由漂浮在空中的小水滴或冰晶组成的水汽凝结体,但雾产生于大气的近地层,而云产生于大气的更高层。既然雾是水汽凝结,那就要从引起水汽凝结的条件去寻找它的原因。大气中的水汽饱和有两个原因:一是蒸发增加了大气中的水汽;另一个是空气本身的冷却。降温对雾更重要。当空气中有凝结核时,如果水汽继续增加或融化掉,饱和空气中就会发生凝结。当凝结的水滴使水平能见度降低到小于1公里时,就形成了雾。
此外,风速过大、扰动强烈也不利于雾的形成。
因此,在有利于低层空气层冷却的地区,如果水汽充足,风温和,大气层结稳定,有大量凝结核,最容易产生雾。一般来说,在工业区和城市中心有更多的机会形成雾,因为那里有丰富的凝结核。
寒冷季节的清晨,草叶和土块上往往覆盖着一层霜晶。它们在初升的太阳下闪闪发光,在太阳升起时融化。人们通常称这种现象为“结霜”。翻翻日历,每年从10结束,总有“初霜”这个节气。我们见过雪和雨,但没人见过霜。其实霜不是从天上掉下来的,而是在近地面的空气中形成的。
霜是一种白色冰晶,多在夜间形成。在少数情况下,它也可以在日落前太阳倾斜时开始形成。通常,霜会在日出后很快融化。但是当天气寒冷或者在阴凉的地方,霜冻会持续一整天。
霜冻本身对植物既无害也无害。人们通常所说的“冻害”,其实就是霜冻形成时的“冻害”。
霜的形成不仅与当时的天气条件有关,还与附着物体的性质有关。当物体表面温度很低,但物体表面附近的空气温度相对较高时,空气与物体表面存在温差。如果物体表面与空气的温差主要是由物体表面的辐射冷却引起的,当较暖的空气接触物体表面时,空气就会冷却,当水蒸气过饱和时,多余的水蒸气就会析出。如果温度低于0℃,多余的水蒸气在物体表面凝结成冰晶,这就是霜。因此,霜总是在有利于物体表面辐射冷却的天气条件下形成的。
此外,云层阻碍了夜间地面物体的辐射降温,天空中的云层也不利于霜的形成。所以霜冻多出现在晴朗的夜晚,也就是地面辐射降温强烈的时候。
此外,风对霜的形成也有影响。当有微风时,空气缓慢流过过冷物体表面,不断供给水汽,有利于霜的形成。但风大的时候,因为空气流动快,接触冷物体表面的时间太短。同时,风大时,上下两层的空气容易相互混合,不利于降温,也会阻碍霜的形成。一般来说,当风速达到3级以上时,不易结霜。
因此,霜冻通常在寒冷季节阳光充足、微风或无风的夜晚形成。
霜的形成不仅与上述天气条件有关,还与地面物体的性质有关。霜是在辐射冷却的物体表面形成的,所以物体表面越容易辐射热量,冷却越快,就越容易在上面结霜。相似的物体,在相同的条件下,如果质量相同,热量相同。如果它们在夜间同时辐射和散热,表面积大的物体散热更多,同时降温更快,其上更容易结霜。也就是说,如果一个物体的表面积相对于它的质量来说比较大,就很容易在上面形成霜。草叶很轻,但表面积大,容易在上面结霜。另外,物体的粗糙表面比光滑表面更有利于散热和散热,所以粗糙表面更容易结霜,比如土块。
霜的消失有两种方式:一种是升华成水蒸气,一种是融化成水。最常见的是日出后因气温升高而融化消失。霜冻融化的水对庄稼有好处。
我们已经知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的,雨滴和雪花也是由它们组成的。那么,小水滴和小冰晶是如何在云中变大的呢?
在水云中,所有的水滴都是小水滴。它们主要是通过继续凝聚和相互碰撞而增加的。因此,在水云中,如果云滴要增大到雨滴的大小,首先,云需要厚、密、富含水分,这样才能继续凝结生长;其次,水云中需要有强烈的垂直运动,这样才能增加多次碰撞和合并的机会。在更薄、更稳定的水云中,云滴没有足够的机会凝结成长在一起,只能造成阴天多云,不太可能下雨。
在不同的云中,云滴大小的分布是不同的,云滴大小不均匀的原因是周围空气中水汽的输送和云滴的蒸发。使云滴增长的因素是凝结过程和碰撞合并过程。在只有凝结的情况下,云滴的大小是均匀的,但由于水汽的补充,部分云滴增长,合并的结果是更大的云滴继续增长,成为雨滴。雨滴在重力的作用下下落。当有上升气流时,雨滴会受到一个向上的力,使其下落速度变慢,一些小雨滴可能会被带起。只有雨滴增加到一定程度,才能落到地面,形成降雨。