霧,冰,雪,霧凇,露水,冰雹的形成機理是什麼

2021-03-04 01:01:49 字數 5313 閱讀 6810

1樓:宥雛

露的形成和消失   在溫暖季節的清晨,人們在路邊的草,樹葉及農作物上經常可以看到的露珠,露也不是從天空中降下來的。露的形成原因和過程與霜一樣,只不過它形成時的溫度在0°c以上罷了。   在0°c以上,空氣因冷卻而達到水汽飽和時的溫度叫做"**溫度"。

在溫暖季節裡,夜間地面物體強烈輻射冷卻的時候,與物體表面相接觸的空氣溫度下降,在它降到"**"以後就有多餘的水汽析出。因為這時溫度在0°c以上,這些多餘的水汽就凝結成水滴附著在地面物體上,這就是露。   露和霜一樣,也大都出現於天氣晴朗、無風或微風的夜晚。

同時,容易有露形成的物體,也往往是表面積相對地大的、表面粗糙的、導熱性不良的物體。有時,在上半夜形成了露,下半夜溫度繼續降低,使物體上的露珠凍結起來,這叫做凍露。有人把它歸入霜的一類,但是它的形成過程是與霜不同的。

  露一般在夜間形成,日出以後,溫度公升高,露就蒸發消失了。   在農作物生長的季節裡,常有露出現。它對農業生產是有益的。

在我國北方的夏季,蒸發很快,遇到缺雨乾旱時,農作物的葉子有時白天被曬得捲縮發幹,但是夜間有露,葉子就又恢復了原狀。人們常把"雨露"並稱,就是這個道理。 霜的形成和消失   在寒冷季節的清晨,草葉上、土塊上常常會覆蓋著一層霜的結晶。

它們在初公升起的陽光照耀下閃閃發光,待太陽公升高後就融化了。人們常常把這種現象叫"下霜"。翻翻日曆,每年10月下旬,總有"霜降"這個節氣。

我們看到過降雪,也看到過降雨,可是誰也沒有看到過降霜。其實,霜不是從天空降下來的,而是在近地面層的空氣裡形成的。   霜是一種白色的冰晶,多形成於夜間。

少數情況下,在日落以前太陽斜照的時候也能開始形成。通常,日出後不久霜就融化了。但是在天氣嚴寒的時候或者在背陰的地方,霜也能終日不消。

  霜本身對植物既沒有害處,也沒有益處。通常人們所說的"霜害",實際上是在形成霜的同時產生的"凍害"。   霜的形成不僅和當時的天氣條件有關,而且與所附著的物體的屬性也有關。

當物體表面的溫度很低,而物體表面附近的空氣溫度卻比較高,那麼在空氣和物體表面之間有乙個溫度差,如果物體表面與空氣之間的溫度差主要是由物體表面輻射冷卻造成的,則在較暖的空氣和較冷的物體表面相接觸時空氣就會冷卻,達到水汽過飽和的時候多餘的水汽就會析出。如果溫度在0°c以下,則多餘的水汽就在物體表面上凝華為冰晶,這就是霜。因此霜總是在有利於物體表面輻射冷卻的天氣條件下形成。

  另外,雲對地面物體夜間的輻射冷卻是有妨礙的,天空有云不利於霜的形成,因此,霜大都出現在晴朗的夜晚,也就是地面輻射冷卻強烈的時候。   此外,風對於霜的形成也有影響。有微風的時候,空氣緩慢地流過冷物體表面,不斷地**著水汽,有利於霜的形成。

但是,風大的時候,由於空氣流動得很快,接觸冷物體表面的時間太短,同時風大的時候,上下層的空氣容易互相混合,不利於溫度降低,從而也會妨礙霜的形成。大致說來,當風速達到3級或3級以上時,霜就不容易形成了。   因此,霜一般形成在寒冷季節裡晴朗、微風或無風的夜晚。

  霜的形成,不僅和上述天氣條件有關,而且和地面物體的屬性有關。霜是在輻射冷卻的物體表面上形成的,所以物體表面越容易輻射散熱並迅速冷卻,在它上面就越容易形成霜。同類物體,在同樣條件下,假如質量相同,其內部含有的熱量也就相同。

如果夜間它們同時輻射散熱,那末,在同一時間內表面積較大的物體散熱較多,冷卻得較快,在它上面就更容易有霜形成。這就是說,一種物體,如果與其質量相比,表面積相對大的,那麼在它上面就容易形成霜。草葉很輕,表面積卻較大,所以草葉上就容易形成霜。

另外,物體表面粗糙的,要比表面光滑的更有利於輻射散熱,所以在表面粗糙的物體上更容易形成霜,如土塊。   霜的消失有兩種方式:一是昇華為水汽,一是融化成水。

最常見的是日出以後因溫度公升高而融化消失。霜所融化的水,對農作物有一定好處。 冰雹是怎樣形成的   冰雹和雨、雪一樣都是從雲裡掉下來的。

不過下冰雹的雲是一種發展十分強盛的積雨雲,而且只有發展特別旺盛的積雨雲才可能降冰雹。   積雨雲和各種雲一樣都是由地面附近空氣上公升凝結形成的。空氣從地面上公升,在上公升過程中氣壓降低,體積膨脹,如果上公升空氣與周圍沒有熱量交換,由於膨脹消耗能量,空氣溫度就要降低,這種溫度變化稱為絕熱冷卻。

根據計算,在大氣中空氣每上公升100公尺,因絕熱變化會使溫度降低1度左右。我們知道在-定溫度下,空氣中容納水汽有乙個限度,達到這個限度就稱為「飽和」,溫度降低後,空氣中可能容納的水汽量就要降低。因此,原來沒有飽和的空氣在上公升運動中由於絕熱冷卻可能達到飽和,空氣達到飽和之後過剩的水汽便附著在飄浮於空中的凝結核上,形成水滴。

當溫度低於攝氏零度時,過剩的水汽便會凝華成細小的冰晶。這些水滴和冰晶聚集在一起,飄浮於空中便成了雲。   大氣中有各種不同形式的空氣運動,形成了不同形態的雲。

因對流運動而形成的雲有淡積雲、濃積雲和積雨雲等。人們把它們統稱為積狀雲。它們都是一塊塊孤立向上發展的雲塊,因為在對流運動中有上公升運動和下沉運動,往往在上公升氣流區形成了雲塊,而在下沉氣流區就成了雲的間隙,有時可見藍天。

  積狀雲因對流強弱不同出一轍形成各種不同雲狀,它們的雲體大小懸殊很大。如果雲內對流運動很弱,上公升氣流達不到凝結高度,就不會形成雲,只有幹對流。如果對流較強,可以發展形成濃積雲,濃積雲的頂部像椰菜,由許多輪廓清晰的凸起雲泡構成,雲厚可以達4-5公里。

如果對流運動很猛烈,就可以形成積雨雲,雲底黑沉沉,雲頂發展很高,可達10公里左右,雲頂邊緣變得模糊起來,雲頂還常擴來,形成砧狀。一般積雨雲可能產生雷陣雨,而只有發展特別強盛的積雨雲,雲體十分高大,雲中有強烈的上公升氣體,雲內有充沛的水分,才會產生冰雹,這種雲通常也稱為冰雹雲。   冰雹雲是由水滴、冰晶和雪花組成的。

一般為三層:最下面一層溫度在0℃以上,由水滴組成;中間溫度為0℃至-20℃,由過冷卻水滴、冰晶和雪花組成;最上面一層溫度在-20℃以下,基本上由冰晶和雪花組成。   在冰雹雲中氣流是很強盛的,通常在雲的前進方向,有一股十分強大的上公升氣流從雲底進入又從雲的上部流出。

還有一股下沉氣流從雲後方中層流入,從雲底流出。這裡也就是通常出現冰雹的降水區。這兩股有組織上公升與下沉氣流與環境氣流連通,所以一般強雹雲中氣流結構比較持續。

強烈的上公升氣流不僅給雹雲輸送了充分的水汽,並且支撐冰雹粒子停留在雲中,使它長到相當大才降落下來。   在冰雹雲中冰雹又是怎樣長成的呢?在冰雹雲中強烈的上公升氣流攜帶著許多大大小小的水滴和冰晶運動著,其中有一些水滴和冰晶並合凍結成較大的冰粒,這些粒子和過冷水滴被上公升氣流輸送到含水量累積區,就可以成為冰雹核心,這些冰雹初始生長的核心在含水量累積區有著良好生長條件。

雹核a在上公升氣流攜帶下進入生長區後,在水量多、溫度不太低的區域與過冷水滴碰並,長成一層透明的冰層,再向上進入水量較少的低溫區,這裡主要由冰晶、雪花和少量過冷水滴組成,雹核與它們粘並凍結就形成乙個不透明的冰層。這時冰雹已長大,而那裡的上公升氣流較弱,當它支托不住增長大了的冰雹時,冰雹便在上公升氣流裡下落,在下落中不斷地並合冰晶、雪花和水滴而繼續生長,當它落到較高溫度區時,碰並上去的過冷水滴便形成乙個透明的冰層。這時如果落到另一股更強的上公升氣流區,那麼冰雹又將再次上公升,重複上述的生長過程。

這樣冰雹就一層透明一層不透明地增長;由於各次生長的時間、含水量和其它條件的差異,所以各層厚薄及其它特點也各有不同。最後,當上公升氣流支撐不住冰雹時,它就從雲中落下來,成為我們所看到的冰雹了。 霧的成因   霧和雲都是由浮游在空中的小水滴或冰晶組成的水汽凝結物,只是霧生成在大氣的近地面層中,而雲生成在大氣的較高層而已。

霧既然是水汽凝結物,因此應從造成水汽凝結的條件中尋找它的成因。大氣中水汽達到飽和的原因不外兩個:一是由於蒸發,增加了大氣中的水汽;另一是由於空氣自身的冷卻。

對於霧來說冷卻更重要。當空氣中有凝結核時,飽和空氣如繼續有水汽增加或繼續冶卻,便會發生凝結。凝結的水滴如使水平能見度降低到1千公尺以內時,霧就形成了。

  另外,過大的風速和強烈的擾動不利於霧的生成。   因此,凡是在有利於空氣低層冷卻的地區,如果水汽充分,風力微和,大氣層結穩定,並有大量的凝結核存在,便最容易生成霧。一般在工業區和城市中心形成霧的機會更多,因為那裡有豐富的凝結核存在。

霧凇、雨凇   在自然界裡,地面物體上形成的冰晶和水滴並不都是霜和露。有一些貌似霜、露的現象,卻是由其他氣象條件造成的。   例如,某地區原來溫度較低,各種地面物體的溫度也就較低。

遇到天氣急遽變暖(例如溫度急公升10°c),有些大而重的物體卻不能一下子變得和周圍的空氣一樣暖,這樣,在空氣和這些物體之間便形成乙個比較大的溫差。如果這時溫度在0°c以下,便會在物體上形成冰晶,它叫做"硬凇"。如果溫度在0°c以上,便會在物體表面凝結成水滴,叫做"水凇"。

冬天玻璃窗上的"窗霜"和"呵水"的形成就與此相似。   硬凇和水凇與霜、露都是由於空氣和地面物體之間存在著溫度差而形成的。但是,形成硬凇和水凇的溫度差是由天氣變暖而引起的,形成霜、露的溫度差卻是由於地面物體輻射冷卻所引起的。

所以,它們所反映的天氣條件不同,附著的物體也不盡一樣,它們是不同的天氣現象。   初冬或冬末,有時會出現一種奇怪現象:從空中掉下來的液態雨滴落在樹枝、電線或其它物體上時,會突然凍成一層外表光滑晶瑩剔透的冰層,這就是"雨淞"。

這種滴雨成冰的現象是怎麼回事呢?實際上這裡的雨滴不是一般的雨滴,而是過冷雨滴。這種情形並不常見,多在冷暖空氣交鋒,而且暖空氣勢力較強的情況下才會發生。

這是靠近地面一層的空氣溫度較低(稍低於攝氏零度),而其上又有溫度高於攝氏零度的空氣層或雲層,再往上則是溫度低於攝氏零度的雲層,從這裡掉下來的雪花通過暖層時融化成雨滴,接著當它進入靠近地面的冷氣層時,雨滴便迅速冷卻,由於這些雨滴的直徑很小,溫度雖然降到攝氏冷度以下,但還來不及凍結便掉了下來,當其接觸到地面冷的物體時,就立即凍結,變成了我們所說的"雨淞"。   另外,在有過冷卻霧的時候,特別有利於冰晶在地面物體上增長。這時在電線上、樹枝上形成了白色的冰花,叫做"霧凇"。

在有霧而溫度又高於0°c的時候,霧滴沾附、匯聚在樹葉或其他物體上,叫做"霧凝",這在森林中最常見。 它們也都不是霜和露,因為形成的原因不同。 雪的形成和種類   我們都知道,雲是由許多小水滴和小冰晶組成的,雨滴和雪花是由這些小水滴和小冰晶增長變大而成的。

那麼,雪是怎麼形成的呢?   在水雲中,雲滴都是小水滴。它們主要是靠繼續凝結和互相碰撞並合而增大成為雨滴的。

  冰雲是由微小的冰晶組成的。這些小冰晶在相互碰撞時,冰晶表面會增熱而有些融化,並且會互相沾合又重新凍結起來。這樣重複多次,冰晶便增大了。

另外,在雲內也有水汽,所以冰晶也能靠凝華繼續增長。但是,冰雲一般都很高,而且也不厚,在那裡水汽不多,凝華增長很慢,相互碰撞的機會也不多,所以不能增長到很大而形成降水。即使引起了降水,也往往在下降途中被蒸發掉,很少能落到地面。

  最有利於雲滴增長的是混合雲。混合雲是由小冰晶和過冷卻水滴共同組成的。當一團空氣對於冰晶說來已經達到飽和的時候,對於水滴說來卻還沒有達到飽和。

這時雲中的水汽向冰晶表面上凝華,而過冷卻水滴卻在蒸發,這時就產生了冰晶從過冷卻水滴上"吸附"水汽的現象。在這種情況下,冰晶增長得很快。另外,過冷卻水是很不穩定的。

一碰它,它就要凍結起來。所以,在混合雲裡,當過冷卻水滴和冰晶相碰撞的時候,就會凍結沾附在冰晶表面上,使它迅速增大。當小冰晶增大到能夠克服空氣的阻力和浮力時,便落到地面,這就是雪花。

  在初春和秋末,靠近地面的空氣在0℃以上,但是這層空氣不厚,溫度也不很高,會使雪花沒有來得及完全融化就落到了地面。這叫做降"濕雪",或"雨雪並降"。這種現象在氣象學裡叫「雨夾雪」。

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