
云的形狀與相雨
“城堡云,有雨臨”
云是雨的孕育之所,自然成為古人相雨的重要標志。“城堡云,有雨臨”這句諺語講的是云的外形對雨的指征。“城堡云”是指堡狀層積云或堡狀高積云。它是如何形成的?為什么它是下雨的征兆呢?
一般而言,氣溫是隨著高度增加而降低的,但在空氣下沉、輻射冷卻、鋒面抬升、近地層擾動等因素的影響下,也會出現氣溫隨高度增加而升高的情況。我們把這種“越高越暖”的氣層稱為逆溫層。
如今,我們可以通過氣象探空這一手段來探測高空大氣中任意高度上氣象要素的瞬時分布狀況,這些氣象要素包括溫度、氣壓、濕度、風速、風向等。通過其中的溫度廓線,我們可以快速發現逆溫層的蹤跡。右圖是昆明站2024年8月23日上午8時的探空曲線圖,其中橫坐標是氣溫(℃),縱坐標是氣壓(hPa),藍色線是溫度曲線。從圖中可以看到,在600~700hPa(相當于海拔3000~4000米),存在氣溫隨高度增加而升高的情況,這里就是逆溫層的“棲息之地”。
眾所周知,溫度越高,空氣越輕、越容易上升;溫度越低,空氣越重、越容易下沉。當云在上升過程中遇到逆溫層時,由于云內的氣溫常常低于逆溫層的氣溫,所以云無法在逆溫層中繼續上升。也就是說,逆溫層就好像一個巨大的玻璃蓋,把云罩住,阻止云的上升、抑制云的發展,云只好在逆溫層的下面向四周平鋪開來,形成層狀云。不過,逆溫層并不是堅不可摧的。如果逆溫層底部的擾動、對流加強,層狀云中的部分區域便會突破逆溫層,向上發展為積狀云,即堡狀層積云或堡狀高積云。因此,當“城堡云”出現時,意味著大氣中低層有對流擾動產生且逆溫層比較薄,如果情況繼續維持或加強,那么云就會進一步發展成積雨云,從而產生降雨。這就是諺語“城堡云,有雨臨”背后的科學道理。
下圖拍攝于2024年8月23日下午2時25分,拍攝地點為昆明市斗南濕地公園。從照片中堡狀層積云的高度和發展程度看,高度較高的云體應該已經穿透了逆溫層,駛入了向積雨云發展的“快車道”。監測數據顯示,當天下午14:50—15:50,堡狀層積云所在的昆明市晉寧區確實出現了陣雨。由此可見,堡狀層積云與降雨呈現良好的對應關系,并且可以提前約半小時預測雨的來臨。“城堡云,有雨臨”是有科學依據的。
“坷垃云,曬煞人”
這句諺語是指當天空出現漏光高積云、透光高積云時,未來不會下雨。其中的“坷垃”是山東方言,土塊的意思。漏光高積云、透光高積云也被形象地稱作“鯉魚斑”“瓦塊云”,所以也有“天上鯉魚斑,明日曬谷不用翻”的諺語。漏光高積云、透光高積云的特征是云體潔白明亮,一塊塊整齊地排列于天空中,云體與云體之間的縫隙比較明顯,人們可以透過縫隙看到藍天。
那么,漏光高積云、透光高積云為何是不下雨的征兆呢?
根據前述逆溫層與云層發展的關系可知,漏光高積云、透光高積云的出現也說明中高空存在明顯的逆溫層(云體無法垂直發展),逆溫層底部以下存在一定的水汽并伴有一些波動,使得水汽在波峰處凝結成云,而在波谷處則是下沉氣流,云體會蒸發消散,因此云體是一塊兒一塊兒的,人們能從云體間的縫隙看到藍天。
與堡狀層積云、堡狀高積云不同的是,漏光高積云、透光高積云出現時,中低空空氣整體比較干燥、上升運動沒那么強烈、層結不穩定性也沒那么強。由于缺乏充足的水汽條件,因此即便被逆溫層“壓制”,云體也不會像層積云那樣在逆溫層下面大范圍地平鋪開來。又由于上升運動沒那么強烈、層結不穩定性沒那么強,因此云體很難突破逆溫層向上發展;待波動過后,大氣層重歸平靜,云體終將消散。這就是“坷垃云,曬煞人”背后的科學道理。不過,如果云塊隨著時間的推移逐漸變大、連成一片,則意味著中低層大氣的水汽條件和動力抬升條件都很好,陰雨天氣即將來臨。因此,需辯證分析這句諺語,不可拘泥于成法。
“魚鱗天,不雨也風顛”
這里的“魚鱗”指的是卷積云。高積云雖然名中有“高”,但實際是中云;卷積云才是高云,因為高度高,所以云體看上去小一些。
高空出現卷積云,說明近地層有一部分水汽被較強的上升運動帶到了高空。能產生這種較強上升運動的一般是低值天氣系統(如地面的氣旋、低空的低渦、高空的冷渦、低壓槽等),而低值天氣系統一般會產生陰雨天氣,所以古人常把“魚鱗”云看作陰雨天氣的信使。
不過,“魚鱗天,不雨也風顛”這句諺語雖然有一定的科學性,但也有點武斷,需要具體情況具體分析。因為卷積云的出現確實意味著低值天氣系統的靠近,但僅憑卷積云就判斷一定會降雨,條件并不充分。比如2024年8月29日傍晚,北京市的天空中出現了卷積云,但此后兩天當地并沒有出現明顯降雨。這是為什么呢?
經查閱天氣圖發現,當天在內蒙古東部地區上空確實有高空槽過境,北京市天空中的這些卷積云應該是由高空槽底部的偏西氣流激發的,不過由于副熱帶高壓(簡稱副高)的阻擋,高空槽未能順利南下,而是被迫向東移動。北京市剛好處于高空槽的南部、副高的北緣,中低空比較干燥,雖有一定的動力抬升條件,但水汽條件不足,故而并未產生降雨。
云的顏色與相雨
顏色也是云的一個重要特征。云本身并不會發光,云的顏色是光線在云滴中經過散射、折射、衍射等過程形成的。那么,兆雨的云都是什么顏色呢?
首先來看看白色的云。如果云體比較薄,陽光會穿透云,因此云看上去發亮;如果云滴比較小,陽光經過云滴時會發生米散射,散射的光也是白色的。以上兩點就是云看上去發亮、發白的原因。在光照強度不變的情況下,隨著云滴的增大、云體的變厚,云體吸收的光會越來越多,進入人眼中的光就變得越來越少,于是云的顏色會經歷由白到灰再到黑的轉變。一般而言,云越黑,下雨的可能性越大;云越白,下雨的可能性越小。如果云體由黑轉白,則意味著降雨已經接近尾聲,故而有“白云趕黑云,天氣要變晴”的說法。
再來看看黑色的云。自然界中最黑的云非積雨云莫屬。積雨云的垂直高度可超過20千米,用直沖霄漢來形容一點兒也不過分。厚重的云墻如銅墻鐵壁一般,讓陽光有來無回(在氣象學上,這種現象被稱為消光),因此積雨云的云底通常呈黑色。積雨云是造成強對流天氣的“罪魁禍首”,常會把狂風、暴雨、雷電、冰雹、下擊暴流甚至龍卷等惡劣天氣一起“招過來”,這就是“黑云惹人怕”的原因。
最后來看看黃色的云和紅色的云。在諺語“紅云夾黃云,冰雹后面跟”中,“黃云”和“紅云”指的都是積雨云。積雨云中的粒子種類比較復雜,最頂部是冰晶,往下是霰粒、過冷水滴、冰雹、雨滴。積雨云中的粒子不僅種類多、數量多,吸收陽光的能力也很強。積雨云發展成熟之時常常已經接近傍晚,此時日已西墜,根據光的散射原理,陽光的顏色會出現由白到黃再到紅的變化。由于積雨云的云體比較高,當陽光傾斜地照向云體時,云的頂部就會呈現黃色或紅色,因此黃色、紅色的積雨云是強對流天氣的重要指征。如果云的顏色由紅轉黑,說明積雨云底部已經移到人們頭頂上了,距離下雨、降雹也就是分分鐘的事兒,故而諺語“紅云變黑云,一定大雨淋”的準確性也不容置疑。看來,古人將白、灰、黑、黃、紅五種顏色的云跟冰雹、大雨等惡劣天氣聯系到一起是十分明智的,它們確實能兆雨。
以云相雨的氣象諺語還有許多,下次我們一起去了解云的出現時間和相雨之間的關系。