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[杂谈]看烟识天气

大气之象  · 知乎专栏  ·  · 2016-04-14 12:11

正文

为什么气象学家们需要关注天上的云?这看似不需要回答,因为这是气象啊!

大气作为一种流体,它不像水一样可以稍微直观的去观察。它就在我们身边,无影无形,但又确实存在。云作为大气运动的产物,忠实的反映了大气的状态,可以说云是反应大气状态最好的信标。

积雨云是大气强烈对流的生动写照,图上为鬃积雨云,拍摄者见水印。


不过,从厚重的低云平均千米的高度,到缥缈的卷云动辄万米的高度,这对于生活在地面上的人类来说,似乎高了些。对生活在 大气边界层 中的我们来说, 自由大气 中的事情似乎离我们太远。

那,还剩下什么呢?啊,对了,烟囱。作为工业化的标志,越来越多的烟囱竖立在底层的大气中,源源不断的向大气排放着工业的残渣。而这也促进了大气科学的分支—— 污染气象学 的蓬勃发展。

烟云的扩散,就可以间接地反应边界层内大气的运动情况,例如, 风速 就可以通过烟云的状态观察出来。

下面列举几种最为常见的烟云模式

一、稳定条件下的烟云

稳定层结的条件下,大气的状态是比较稳定的,在这样的环境下,风小,大气的稀释能力比较弱,烟囱排出的烟云在垂直方向上扩散能力比较弱, 烟云只能在一个较窄的层次内水平扩散。

这种烟云状态又被称为 扇形烟云。


并没有找到太好的扇形烟云的图片,可能并不太受摄影师的喜爱吧。

下面这张图片是简图。

注:图左侧的虚线的 斜率的相反数 为干绝热减温率,右侧的实线的 斜率的相反数 为温度减温率。当 \gamma <\gamma _{d} 时,大气层结稳定, \gamma =\gamma _{d} 大气层结中性, \gamma >\gamma _{d} 大气层结不稳定。

在这样的环境下,虽然处于逆温的条件下,但较高的烟囱排出的烟云 并不是大气污染物的主要来源。 因为上面也说过,烟云只能在一个较窄的层次内扩散。而地面的污染物很可能就来 源于地面(地面源) ,例如低矮的烟囱、汽车的尾气,焚烧垃圾、焚烧秸秆等等。并且由于逆温,很不利于地面污染物扩散。

二、层结中性条件下的烟云

这种条件下形成的烟云又被称为 锥形烟云 。多出现在阴天或大风的条件下,烟云的形状就像一个被拉长的圆锥。

锥形烟云,烟云的垂直尺度稍被限制。沿轴线呈现较对称的状态。

三、不稳定条件下的烟云

这种烟云又被称为 环形烟云 或者 波浪形烟云 或者 链条形烟云 。这是在大气层结不稳定的时候出现的。由于大气不稳定,存在尺度较大的湍流,使得烟流曲折、破碎,常出现在夏季的午后。







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