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云彩也冲浪

科普中国网    2021-09-06 16:54

“闲看庭前花开花落,漫观天外云卷云舒。”或许人类对于自然和美最初的认知就是从灿烂的云霞中获得的。在众多形态的云彩中,有一个调皮而美丽的存在,那就是开尔文-亥姆霍兹波,这是多种云均可产生的形态,其特征就是在云的边界处出现卷曲的浪花形波动,远远看起来,就像云彩在冲浪一样。

虽然开尔文-亥姆霍兹波和波状云在形态上很是相似,但人们在观察时很容易把它和波状云相混,其实两者有着一定的区别。

普通的波状云因重力波形成,会在云体或云底出现波纹。波状云可以说是云彩的一个变种,云层的表面或小云块自身的排列发展出了波动起伏的外观。大气中的气流之间存在相互作用,起伏的地形也会对风产生影响,在两者合力之下,很容易出现大范围的气流波动。一般情况下,这种波动无法以直观的形态展示,并被我们捕捉到。但是当波动气流向上发展的部分发生冷却,形成水滴云或者冰晶云,一切就容易被察觉了。因为这些云在下落到波动气流的底部时非常薄,有些甚至是透明的。在这种云层条件中,波会在云层的表面出现,或者成为一个个隔有间隙的云浪,很是显眼。潮起潮落,潮水的运动会在沙滩上留下波纹,同样的,当云层上方和下方的空气流速不一样,或流动方向不一样时,两者切变效应也会使云彩中产生波浪。

和波状云不同,开尔文-亥姆霍兹波则因边界层不稳定形成,且出现在云的顶端边缘处。它轮廓分明,场面壮观,看起来就像岸边破碎的巨大海浪。基本上开尔文-亥姆霍兹波的持续时间都不会超过一两分钟。开尔文-亥姆霍兹波在三个云族(层积云、高积云或者卷云)的云彩中都会出现,可以被看作是波状云这个变种的极其特殊的实例。不过有些时候它和雾之间也颇有缘分,人们能够在雾的顶部边缘上看到它。

那么,是什么神秘力量造就开尔文-亥姆霍兹这种奇特外观呢?从风的切变中寻找答案是最为可行的途径。当云在下方较冷空气层和上方较暖空气层之间突出的边界处开始发展,并且上层空气层比下层移动得快,就会沿着云的表面形成波状云。此时再加上足够的切变,这些波状云就能卷曲起来,形成一连串涡旋,形似冲浪的开尔文-亥姆霍兹波也就出现在人们眼前了。

本文由中国人民大学附属中学第二分校一级教师王和意进行科学性把关。

本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创,转载时务请注明出处。

 

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责任编辑: ZX4147

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人家也是有底线的啦~
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