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空中飘过花样的云 精选

已有 3802 次阅读 2022-1-9 19:56 |个人分类:文章|系统分类:科普集锦

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空中的云多姿多彩,同样的类型,在不同的视角下或不同的视野中,也会呈现出多变的形态,且随时空变幻,美妙神奇。特别是有了气象卫星以后,对云的观察更加完整、连续和精细,地面上空不同位置形成的云,都会被“天眼”般的气象卫星捕捉到,一些平时在陆地上难以看到的形态,也可以通过卫星一览无余,既开阔了人们的视野,也为云的认识和研究提供了更为丰富和直观的样本。

 

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美国《发现》杂志在202111月号上登载了一篇关于“车轮状云在太平洋上空盘旋”的文章,介绍了不久前美国国家海洋和大气管理局(NOAA)气象卫星捕捉到类似车轮的云系图像。这一独特的云状也被我国的风云三号D星发现了,从外形上看,似车轮、似花朵,在大陆区域很难见到这样的组织结构。尽管看似奇特,但实际上这类云出现的几率并不算低,特别是通过卫星从外太空对地观测,在广阔的洋面上常能遇到。

 

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美国NOAA卫星发现的辐射状云


风云三D211102.png

风云三号D星云图(202111022135)


上世纪60年代初,NOAA率先成功发射了泰罗斯(TIROS)系列气象卫星,开启了从太空观测地球大气的时代。当时人们印象最深的就是覆盖全球的云图,直观地展示了不同天气系统在地球上空留下的痕迹,锋面、台风、各类强对流天气等不再是抽象的概念,连续的时空演变在卫星云图上展现出了清晰、完整的发展过程,每个系统都通过云系表现出其独特的形态。

 

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1961年,人们通过TIROS卫星观测到了一类有组织的蜂窝状对流系统云系,每个系统由一些直径约50公里到100公里的准六边形对流胞状云组成,后被统称为“中尺度胞状对流”(MesoscaleCellular Convection,简称MCC)系统。需要注意的是,这与另一类晚些被定义但更为流行的MCC(Mesoscale Convective Complex)明显不同。胞状MCC又分为两种基本形态:开放式和封闭式单元,取决于每个胞状单元中心是晴朗天空还是多云状态:开放式中心为晴空,周边被云系包围;封闭式中心有对流云,外围有晴空边界。

 

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1962年,通过卫星再度发现了另一类胞状云系,这就是前面提到的类似车轮状的云了。从外部形态看,其与上述两种MCC有较大差异,因而被划为第三类MCC——1963年美国《每月天气评论》杂志刊文将其确定为辐射状(ActinoformMCC。这个命名还是比较形象的,其外观仿佛是云从花心或车轮中心向外呈辐射状流出,或从外围向中心流入。

 

辐射状MCC的每个胞状单元都呈现出辐射状,很有规则,但人们对其如此之高的自组织形态的形成过程和原理则难以给出合理解释。或许由于这类云系在人们的视野中不多见,在一般的归类中也很少被提及。但随着对卫星云图观察经验的积累,人们发现在某些特定区域这类辐射状MCC的出现并不罕见,如在宽广的洋面上空,常能通过卫星重复发现这类云系的存在。

 

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关于辐射状云系的覆盖面积,从云图上观测,会有不同尺度系统的表现,独立的中尺度MCC云系直径可达数百公里,而有些呈线状的辐射状云长度可延伸至2000公里以上,通过卫星信息测算,其云顶大约在1.5公里的高度。根据天气系统尺度分类,可将其归为中尺度天气系统。

 

对于辐射状MCC的形成,有不少人做过分析,也得到了一些不够确定的成果。有人认为辐射状MCC是开放和封闭型MCC之间的过渡阶段,并得到相关案例的支持,可以认为有些关联,但随后的进一步印证又无法给出确定性结论,因为发现某些辐射状云的出现与两类MCC过渡期演变无关。

 

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另一种分析则认为辐射状MCC的形状与海洋的洋流有关,这与分析开放型和封闭型MCC的形成机制有些类似。曾有分析表明:封闭型胞状对流与大陆西部的冷洋流有关,而开放型MCC往往与较温暖的海域有关。如受智利和秘鲁沿岸的海风影响,形成了向北流动的低盐度凉爽洋流,那里常出现辐射状云。但这一结论也未能得到在更多区域的普遍性检验,只能表明洋流、海温与风存在着复杂的相互作用,但尚难断定辐射状云与洋流之间存在某种确定性联系。

 

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通过云图所做的直接观察,辐射状MCC应是一种很强的自组织云系,每个胞状云体构成了独立的自组织系统,而这些胞状云又受到更大尺度云系的控制,形成完整的天气系统。这种自组织的辐射状MCC常发生在热带海洋区域,如果说是海温、洋流、大气风场运动之间存在某种复杂相互作用的结果,还需要做进一步深入分析。根据目前对辐射状云的跟踪研究结果,尚难以清晰揭示这类自组织复杂系统的成因。相信随着研究的不断深入,特别是精细化数值模拟技术的发展,人们可以对这类云系形成的机理和变化规律有更深的理解和认识。

《中国气象报》


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