雲
雲是大氣層中以水為主，包含其他多種較少量化學物質構成的可見液滴或冰晶集合體[1]，這些懸浮的顆粒物也稱氣溶膠。研究雲的科學稱為雲物理學，為氣象學的領域之一。實務上，雲專指距離地面較遠的液滴冰晶集合體，距離地表較近的則稱為霧，不過兩者在化學構成上其實是相同的[1]。在太陽系的其它一些行星和衛星上也觀測到雲[2][3][4]。由於各星球的溫度特性不同，因此構成雲的物質也有多種，比如甲烷、氨、硫酸。
科學上，雲的主要結構為水，當大氣中的水氣達到飽和蒸汽壓時，便會成雲。在地球上，水氣能達到飽和通常肇於兩種原因：空氣的冷卻和水氣的增加。當雲的密度超過空氣浮力時，有些雲會落至地面，形成降水；幡狀雲則不會形成降水，因為所有液態水在到達地表前就先被蒸發了[5]。雲是地球上水循環和能量的最好例子。太陽輻射電磁波至地表，提供熱能使地表水蒸發形成水蒸氣；最後，雲再藉由降水的方式釋放潛熱並將水回歸至地表[6]。
雲的顏色與外觀成因於水滴或冰晶散射陽光的行為。此外，因為雲反射和散射所有波段的電磁波，所以雲的顏色成灰度色，雲層比較薄時成白色，但是當它們變得太厚或太濃密而使得陽光不能通過的話，它們可以看起來是灰色或黑色的。在黃昏和清晨，由於散射現象，雲還可以顯現為紅色、紫色、黃色等多種顏色。
雖然地球上大部分的雲都形成於對流層，但有時也會在平流層和中間層觀測到雲。這三個大氣層的主要圈層常並稱為「均質層」，均質層中大氣各物質組成比例大致均勻（水除外），不太因地點、時間、高度改變[1]。均質層常與非均質層作為對比，後者由增溫層和散逸層組成屬於外層空間的過渡區。
成因
大氣中水氣的含量稱為濕度。在定溫下，水氣含量超過飽和蒸汽壓便會開始凝結。飽和水氣壓和空氣溫度、壓力有關，一般來說，飽和水氣壓隨高度上升而遞減。因此，當潮濕空氣所處位置溫度較低時，便容易飽和，此時水分子就會聚集在空氣中的微塵（凝結核）周圍，形成雲。至於潮濕空氣會位於低溫地區的原因有很多，主要包括以下幾種，依照其形成的原因或外觀命名。
鋒面雲
當冷暖鋒交會時，溫度較高，水氣含量通常也較高的暖氣團因為重量較輕，而在鋒面處抬升，成雲。台灣每年4至6月的梅雨就是一個很好的例子，氣象圖上經常可以看到一個長條狀的連續雲帶。
地形雲
當潮濕空氣因為海風、季風、信風、谷風等原因被吹送至一個地形爬升的地方時，濕空氣會沿着地形上升至低溫的高空，形成雲。由地形雲導致的雨稱為地形雨，印度的乞拉朋吉地區便常因為地形雲、地形雨導致大量降水。
平流雲
當氣團經過一個較冷的下墊面時，例如一個冷的水體，便可能成雲。
對流雲
當大氣處在一種不穩定的、上冷下暖的狀態中，低層暖空氣就會做上升運動，從而形成對流。暖空氣隨着高度上升而溫度下降，其中的水汽凝結成雲，這就是對流雲。
氣旋雲
火積雲
火積雲是一種相當濃厚的積雲，常伴隨火山或山火等高溫環境中形成[7]。火積雲是因為來自地表的空氣被加熱到極高溫而形成。高熱會產生對流使氣體上升到穩定的區域，成雲。世界氣象組織並無將火積雲列為獨立的類別，而是列入積雲中。
蕈狀雲
蕈狀雲，是一種由煙塵組成的蘑菇狀火積雲，通常由大爆炸引起的水蒸氣壓縮造成。當水氣解壓縮時，溫度會降低，形成雲朵。蕈狀雲常見於核爆炸、火山噴發和撞擊事件。世界氣象組織並無將蕈狀雲列為獨立的類別，而是列入積雲中。
航跡雲
人類的飛行器和遠洋巨輪帶來大量氣溶膠的排放，可以促使空中出現航跡雲。
分類
成因分類
可見上一章節內容，分對流雲、平流雲、鋒面雲、地形雲等等。
形態分類
簡單來說，雲主要有三種形態：一大團的積雲、一大片的層雲和纖維狀的捲雲。
高度分類（標準分類）
雲的科學分類最早是由法國博物學家讓-巴普蒂斯特·拉馬克於1801年提出的。1803年，業餘氣象學家盧克·霍華德提出以拉丁語命名雲的想法[8]。1929年，國際氣象組織以霍華德的分類法為基礎，按雲的形狀、組成、形成原因等把雲分為十大雲屬[9]。而這十大雲屬則可按其雲底高度把它們劃入三個雲族：高雲族、中雲族、低雲族。另一種分法則將積雲、積雨雲從低雲族中分出，稱為直展雲族。這裏使用的雲底高度僅適用於中緯度地區。在中文命名上，高雲族雲屬的開頭是「卷」、中雲族是「高」、低雲族是「層」。
高雲族
- 捲雲（Ci, Cirrus）：常呈現絲條狀、羽毛狀、馬尾狀、鈎狀、片狀或砧狀等。
- 卷積雲（Cc, Cirrocumulus）：似鱗片或球狀細小雲塊。
- 卷層雲（Cs, Cirrostratus）：呈現薄幕狀。
高雲形成於6000m至18000m高空，對流層較冷的部份。分三屬，都是卷雲類的。在這高度的水都會凝固結晶，所以這族的雲都是由冰晶體所組成的。高雲雲一般呈現纖維狀，薄薄的並多數會透明。
中雲族
中雲於2500ｍ至6000m的高空形成。它們是由過度冷凍的小水點組成。
低雲族
低雲是在2500ｍ以下的大氣中形成。當中包括濃密灰暗的層雲、層積雲（不連續的層雲）。
- 層雲（St, Stratus）：層雲完全沒有結構，它由細小的水珠組成。層雲接地就被稱為霧。
- 層積雲（Sc, Stratocumulus）：層積雲由積雲平展而成，常呈波狀，較薄處為白色或淺灰色。
- 雨層雲（Ns, Nimbostratus）：雨層雲呈暗灰色，雲層較厚且均勻，覆蓋全天，常伴隨持續性降雨。
直展雲族
- 積雲（Cu, Cumulus）：積雲如同棉花團，雲體垂直向上發展，常見於上午，午間發展最旺盛，並於午後開始逐漸消散。
- 積雨雲（Cb, Cumulonimbus）：由積雲發展而來，伴隨雷暴與陣雨，雲體高聳，頂部常呈花菜狀或砧狀，雲底陰暗。
直展雲有非常強的上升氣流，所以它們可以一直從底部長到更高處。帶有大量降雨和雷暴的積雨雲就可以從接近地面的高度開始，然後一直發展到13000m的高空。在積雨雲的底部，當下降中較冷的空氣與上升中較暖的空氣相遇就會形成像一個個小袋的乳狀雲。薄薄的幞狀雲則會在積雨雲膨脹時於其頂部形成。
夜光雲很罕見，它形成於大氣層的中間層，只能在高緯度地區看到。
晨輝是非常罕見的雲，通常出現在早晨，所以英文是與牽牛花相同的Morning Glory。
火焰雲、火燒雲或流火雲，通常發生在日出和日落的時分，天空的雲層會呈現一片由黃色到紅色的雲彩，氣象學上稱為「霞」[10]。因為日出和日落的時候，太陽的位置靠近地平線，此時太陽與地面之間的夾角很小，太陽的光線必須通過較厚的大氣層，才能夠達到地面。太陽光線的光譜中含有七種顏色的光線，其中以紅光和橙光穿透大氣層的能力相對較強，因此較其他顏色的光線容易抵達地面。因此在日出與日落的時候，從地面用肉眼觀看天空的雲層，較容易看見一片橘紅色的天空。火燒雲的出現代表雲層中的水分充足，才會反射出不同的光譜[11]，所以民間盛傳火燒雲出現後會有大雨，而且過去颱風來臨前[12]，也常見有火燒雲的氣象，但台灣氣象局指出兩者並沒有必然關係[13]。
-
台灣夏末的雲 -
利雅德的天空上的雲 -
一些小積雲 (cumulus humilis)
按照相態分類
- 冰雲
- 水雲
- 混合雲
雲相關的物理量
雲量
早期天氣觀測常用的量，0～10分別指代無雲到陰天的情況。數字越高，雲在視野內天空中所佔的面積比例越大。
雲頂高度
即雲層頂部的高度，在衛星觀測中較為常用。可以從雲頂的溫度（亮溫）以及其他觀測量推算得出。
雲高
是雲底到雲頂的高度，以前通過地面觀測直接計算得出。
雲與天氣
民間早就認識到可以通過觀雲來預測天氣變化。1802年，英國博物學家盧克·霍華德提出了著名的雲的分類法，使觀雲測天氣更加準確。霍華德將雲分為三類：積雲、層雲和捲雲。這三類雲加上表示高度的詞和表示降雨的詞，產生了十種雲的基本類型。根據這些雲相，人們掌握了一些比較可靠的預測未來12個小時天氣變化的經驗。比如：絨毛狀的積雲如果分佈非常分散，可表示為好天氣，但是如果雲塊擴大或有新的發展，則意味着會突降暴雨。
對氣候的影響
雲在天氣和氣候中的角色是預測全球變暖時的主要不確定性之一[14]。和雲有關的過程的脆弱的平衡，以及從毫米到行星的大範圍的尺度跨度會造成這種不確定性。因此，全球氣候模式很難準確描述大尺度天氣和雲之間的相互作用。前面章節列出的雲的複雜性和多樣性增加了模擬的難度。一方面，白雲頂部對來自太陽的短波輻射會有反射，從而使得地表冷卻。另一方面，大多數到達地面的陽光被地面吸收，加熱了地表，地表又會向上發射長波的紅外的輻射。但是雲中的水對長波輻射是有效的吸收劑。雲又接着會向上和向下發射紅外輻射，向下的輻射會導致地表的淨加熱效果。這個過程和溫室氣體和水汽的溫室效應類似。
高層的對流層雲（例如捲雲）的二重效應（短波反射造成的冷卻和長波溫室升溫效應）會隨着雲量的增加而相互抵消或是產生微小的淨加熱效果。這種短波反射效應在中層雲和低層雲（例如高積雲和層積雲）中佔了主要部分，從而造成幾乎沒有長波效應和淨的冷卻效果。很多研究已經開始關注低層雲對變化的氣候的相應。不同的最先進的全球氣候模式對雲的模擬可能會產生相當不同的結果，有些顯示增加的低層雲，有些則得到低層雲的減少[15][16]。
極地平流層雲和中層雲不太常見，它們的分佈不夠對氣候產生重要的影響。但是，夜光雲出現頻率自19世紀以來逐漸增加可能是氣候變化的結果[17]。
全球變暗和全球變亮
最近的研究顯示了全球黯化的趨勢[18]。雖然造成這一趨勢的原因還沒有能被完全理解，但全球黯化（和後來的逆轉）被認為是由大氣中氣溶膠（特別是生物質燃燒和城市污染帶來的含硫氣溶膠）含量的變化所引起的[19]。氣溶膠含量的變化還可能通過改變雲滴的尺寸分佈[20]或是雲的降水特性和壽命[21]而產生對雲的間接效應。
地外行星
在太陽系中，任何有大氣層的行星或衛星都會有雲。金星的厚厚雲層是由二氧化硫構成的。火星有很高很薄的水冰雲。木星和土星都有一個外層的由氨氣雲構成的雲蓋，中間層是硫化銨雲蓋，裏層是水雲蓋[2][3]。土星的衛星土衛六上的雲被認為主要是由甲烷構成[4]。卡西尼－惠更斯號的土星任務發現了土衛六上存在着液體循環的證據，比如極地附近的湖泊和星球表面的河流沖刷成的溝槽。天王星和海王星的多雲的大氣中主要是水汽和甲烷構成[22][23]。
對文化的影響
詠雲詩是中國古代唐朝的重要題材類別之一。在古典文學中，雲主要具備三種意象：「無心出岫」之出世義、「從龍為霖」之濟世義和「巫山神女」之荒淫義[24]。三種典故來進行。初唐時期，詠雲詩多半只就「雲」之外觀與周遭自然環境的描寫。盛唐時期，由於科舉多以瑞雲為題以及安史之亂的爆發，使唐朝政治日漸敗壞，詩人有經世濟民之心，故「從龍為霖」典故的使用，亦在此一背景下從盛唐以至中、晚唐逐漸趨於頻繁。
參見
參考文獻
- ^ 1.0 1.1 1.2 王, 執名. 基礎地球科學(上). 新北市: 龍騰文化. 2016: 90. ISBN 9789862172476.
- ^ 2.0 2.1 A.P. Ingersoll, T.E. Dowling, P.J. Gierasch, G.S. Orton, P.L. Read, A. Sanchez-Lavega, A.P. Showman, A.A. Simon-Miller, A.R. Vasavada. Dynamics of Jupiter’s Atmosphere (PDF). Lunar & Planetary Institute. [2007-02-01]. （原始內容存檔 (PDF)於2011-05-14）. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ 3.0 3.1 Monterrey Institute for Research in Astronomy. Saturn. 2006-08-11 [2011-01-31]. （原始內容存檔於2015-03-19）. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ 4.0 4.1 Athéna Coustenis and F.W. Taylor. Titan: Exploring an Earthlike World. World Scientific. 2008: 154–155. ISBN 978-981-270-501-3.
- ^ 孫懷珍. 像水母一样游动的云，是怎么形成的？. 中國氣象局氣象宣傳與科普中心（中國氣象報社）. [2022-11-27]. （原始內容存檔於2022-11-27）.
- ^ ssdate=21 June 2013.
- ^ Pyrocumulus entry in the AMS Glossary. [2017-12-07]. （原始內容存檔於2011-06-06）. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ 云的分类. 世界氣象組織. 2017-02-08 [2017-12-07]. （原始內容存檔於2020-11-05） （中文（簡體））. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ John D. Cox. Storm Watchers. John Wiley & Sons, Inc. 2002: 13–17. ISBN 0471444863.
- ^ 火燒雲 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館），天氣風險管理開發
- ^ 颱風天台中出現火燒雲 太陽落地折射出的美景 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館），東森新聞，2012-8-25
- ^ 半空中的火 杭州「流火雲」奇景 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館），商業電台，2010-9-1
- ^ 颱風來襲火燒雲? 染紅台中天際 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館），中天新聞，2013-9-20
- ^ D. Randall, R. Wood, S. Bony, R. Colman, T. Fichefet, J. Fyfe, V. Kattsov, A. Pitman, J. Shukla, J. Srinivasan, R. Stouffer, A. Sumi, and K. Taylor (2007) "Climate models and their evaluation" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） in S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K. Averyt, M.Tignor, and H. Miller (eds.) Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
- ^ S. Bony and J.-L. Dufresne. Marine boundary layer clouds at the heart of tropical cloud feedback uncertainties in climate models (PDF). Geophysical Research Letters. 2005, 32 (20). doi:10.1029/2005GL023851.
- ^ B. Medeiros, B. Stevens, I.M. Held, M. Zhao, D.L. Williamson, J.G. Olson, and C.S. Bretherton. Aquaplanets, Climate Sensitivity, and Low Clouds. Journal of Climate. 2008, 21 (19): 4974. doi:10.1175/2008JCLI1995.1.
- ^ Kenneth Chang. Caltech Scientist Proposes Explanation for Puzzling Property of Night-Shining Clouds at the Edge of Space. 2008-09-25 [2012-03-13]. （原始內容存檔於2020-11-09）. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Martin Wild, Hans Gilgen, Andreas Roesch, Atsumu Ohmura, Charles N. Long, Ellsworth G. Dutton, Bruce Forgan, Ain Kallis, Viivi Russak, and Anatoly Tsvetkov. From Dimming to Brightening: Decadal Changes in Solar Radiation at Earth's Surface. Science. 2005, 308 (5723): 847–50. PMID 15879214. doi:10.1126/science.1103215.
- ^ Costantino, L. and F.-M. Bréon. Analysis of aerosol-cloud interaction from multi-sensor satellite observations. Geophysical Research Letters. 2010, 37 (11): n/a. doi:10.1029/2009GL041828.
- ^ S. A. Twomey. Pollution and the planetary albedo. Atmospheric Environment (1967). 1974, 8 (12): 1251. doi:10.1016/0004-6981(74)90004-3.
- ^ B. Stevens and G. Feingold. Untangling aerosol effects on clouds and precipitation in a buffered system. Nature. 2009, 461 (7264): 607–13. PMID 19794487. doi:10.1038/nature08281.
- ^ Jonathan I. Lunine. The Atmospheres of Uranus and Neptune. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 1993-09-01, 31 (1): 217–263 [2018-04-02]. ISSN 0066-4146. doi:10.1146/annurev.aa.31.090193.001245. （原始內容存檔於2020-12-12）. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Linda T. Elkins-Tanton. Uranus, Neptune, Pluto, and the Outer Solar System. New York: Chelsea House. 2006: 79–83. ISBN 0-8160-5197-6.
- ^ 彭壽綺， 唐詩中「雲」意象之承襲與延展－以初、盛唐為主。指導教授: 羅宗濤。引用關係學位類別: 碩士。校院名稱: 國立中興大學。系所名稱: 中國文學系學門: 人文學門學類: 中國語文學類。論文出版年: 1999。
延伸閱讀
[編]
