2016年2月3日

在天空中作畫— 夜光雲與貝母雲

作者/王國英(臺灣大學大氣科學系學士、碩士,英國劍橋大學化學系博士,現為中央大學大氣科學系特聘教授。專長為大氣觀測和模擬研究)

大氣裡雲的現象主要是出現在對流層範圍(從地面到10~15公里高度),我們所熟悉的夏季積雨雲、冬季層雲、天空晴朗時看到的卷雲等皆出現在對流層裡,或是對流層頂附近的區域。雲的形成與消散是大氣一個非常重要的過程,雲的主要化學成份是水氣分子(H2O),而水氣分子的主要來源是來自近地面的水氣分子,隨著空氣的上升運動,由溫度較高的低對流層進到溫度較低的中高對流層時,由於溫度下降,飽和水氣壓降低使得水氣分子開始釋放凝結潛熱,而凝結成雲滴或冰晶。因此低溫區域的出現,是空氣塊在運動過程中,空氣塊裡面的水氣分子凝結成液態雲滴,或是結冰成細小顆粒的冰晶的充分必要條件。高溫時有利於水氣分子以氣態的方式存在,低溫時則有利於水氣分子進行狀態的改變,形成液態的雲滴或是固態的冰晶。

從以上的討論得知,雲形成的要件有二:要有水氣分子的來源,及要有足夠的低溫使得水氣分子能夠達到飽和而凝結。雲的物理過程在對流層是如此,那麼此物理機制也可用來理解離開對流層的其他大氣區域中,所發生其它雲的現象的主要理解工具。

大氣的垂直熱力結構
地球大氣和地表受到來自太陽的短波輻射加熱,以及大氣分子在垂直方向的分佈特徵,使得大氣背景溫度的垂直熱力結構產生非常有趣的分佈。即便空氣的流動是沒有邊界的,不像是固體的分隔物將流體分開,但是垂直上熱力的結構特徵,使得大氣在垂直上呈現分層現象,就像是被有形的物質分開了一般。......【更多內容請閱讀科學月刊第554期】