自然界雨,雪,霜,露是怎么形成的

自然界雨,雪,霜,露是怎么形成的
自然界雨,雪,霜,露是怎么形成的

自然界雨,雪,霜,露是怎么形成的
露的形成和消失
在温暖季节的清晨,人们在路边的草,树叶及农作物上经常可以看到的露珠,露也不是从天空中降下来的.露的形成原因和过程与霜一样,只不过它形成时的温度在0°C以上罢了.
在0°C以上,空气因冷却而达到水汽饱和时的温度叫做"露点温度".在温暖季节里,夜间地面物体强烈辐射冷却的时候,与物体表面相接触的空气温度下降,在它降到"露点"以后就有多余的水汽析出.因为这时温度在0°C以上,这些多余的水汽就凝结成水滴附着在地面物体上,这就是露.
露和霜一样,也大都出现于天气晴朗、无风或微风的夜晚.同时,容易有露形成的物体,也往往是表面积相对地大的、表面粗糙的、导热性不良的物体.有时,在上半夜形成了露,下半夜温度继续降低,使物体上的露珠冻结起来,这叫做冻露.有人把它归入霜的一类,但是它的形成过程是与霜不同的.
露一般在夜间形成,日出以后,温度升高,露就蒸发消失了.
在农作物生长的季节里,常有露出现.它对农业生产是有益的.在我国北方的夏季,蒸发很快,遇到缺雨干旱时,农作物的叶子有时白天被晒得卷缩发干,但是夜间有露,叶子就又恢复了原状.人们常把"雨露"并称,就是这个道理.
霜的形成和消失
在寒冷季节的清晨,草叶上、土块上常常会覆盖着一层霜的结晶.它们在初升起的阳光照耀下闪闪发光,待太阳升高后就融化了.人们常常把这种现象叫"下霜".翻翻日历,每年10月下旬,总有"霜降"这个节气.我们看到过降雪,也看到过降雨,可是谁也没有看到过降霜.其实,霜不是从天空降下来的,而是在近地面层的空气里形成的.
霜是一种白色的冰晶,多形成于夜间.少数情况下,在日落以前太阳斜照的时候也能开始形成.通常,日出后不久霜就融化了.但是在天气严寒的时候或者在背阴的地方,霜也能终日不消.
霜本身对植物既没有害处,也没有益处.通常人们所说的"霜害",实际上是在形成霜的同时产生的"冻害".
霜的形成不仅和当时的天气条件有关,而且与所附着的物体的属性也有关.当物体表面的温度很低,而物体表面附近的空气温度却比较高,那么在空气和物体表面之间有一个温度差,如果物体表面与空气之间的温度差主要是由物体表面辐射冷却造成的,则在较暖的空气和较冷的物体表面相接触时空气就会冷却,达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出.如果温度在0°C以下,则多余的水汽就在物体表面上凝华为冰晶,这就是霜.因此霜总是在有利于物体表面辐射冷却的天气条件下形成.
另外,云对地面物体夜间的辐射冷却是有妨碍的,天空有云不利于霜的形成,因此,霜大都出现在晴朗的夜晚,也就是地面辐射冷却强烈的时候.
此外,风对于霜的形成也有影响.有微风的时候,空气缓慢地流过冷物体表面,不断地供应着水汽,有利于霜的形成.但是,风大的时候,由于空气流动得很快,接触冷物体表面的时间太短,同时风大的时候,上下层的空气容易互相混合,不利于温度降低,从而也会妨碍霜的形成.大致说来,当风速达到3级或3级以上时,霜就不容易形成了.
因此,霜一般形成在寒冷季节里晴朗、微风或无风的夜晚.
霜的形成,不仅和上述天气条件有关,而且和地面物体的属性有关.霜是在辐射冷却的物体表面上形成的,所以物体表面越容易辐射散热并迅速冷却,在它上面就越容易形成霜.同类物体,在同样条件下,假如质量相同,其内部含有的热量也就相同.如果夜间它们同时辐射散热,那末,在同一时间内表面积较大的物体散热较多,冷却得较快,在它上面就更容易有霜形成.这就是说,一种物体,如果与其质量相比,表面积相对大的,那么在它上面就容易形成霜.草叶很轻,表面积却较大,所以草叶上就容易形成霜.另外,物体表面粗糙的,要比表面光滑的更有利于辐射散热,所以在表面粗糙的物体上更容易形成霜,如土块.
霜的消失有两种方式：一是升华为水汽,一是融化成水.最常见的是日出以后因温度升高而融化消失.霜所融化的水,对农作物有一定好处.
冰雹是怎样形成的
冰雹和雨、雪一样都是从云里掉下来的.不过下冰雹的云是一种发展十分强盛的积雨云,而且只有发展特别旺盛的积雨云才可能降冰雹.
积雨云和各种云一样都是由地面附近空气上升凝结形成的.空气从地面上升,在上升过程中气压降低,体积膨胀,如果上升空气与周围没有热量交换,由于膨胀消耗能量,空气温度就要降低,这种温度变化称为绝热冷却.根据计算,在大气中空气每上升100米,因绝热变化会使温度降低1度左右.我们知道在-定温度下,空气中容纳水汽有一个限度,达到这个限度就称为“饱和”,温度降低后,空气中可能容纳的水汽量就要降低.因此,原来没有饱和的空气在上升运动中由于绝热冷却可能达到饱和,空气达到饱和之后过剩的水汽便附着在飘浮于空中的凝结核上,形成水滴.当温度低于摄氏零度时,过剩的水汽便会凝华成细小的冰晶.这些水滴和冰晶聚集在一起,飘浮于空中便成了云.
大气中有各种不同形式的空气运动,形成了不同形态的云.因对流运动而形成的云有淡积云、浓积云和积雨云等.人们把它们统称为积状云.它们都是一块块孤立向上发展的云块,因为在对流运动中有上升运动和下沉运动,往往在上升气流区形成了云块,而在下沉气流区就成了云的间隙,有时可见蓝天.
积状云因对流强弱不同出一辙形成各种不同云状,它们的云体大小悬殊很大.如果云内对流运动很弱,上升气流达不到凝结高度,就不会形成云,只有干对流.如果对流较强,可以发展形成浓积云,浓积云的顶部像椰菜,由许多轮廓清晰的凸起云泡构成,云厚可以达4-5公里.如果对流运动很猛烈,就可以形成积雨云,云底黑沉沉,云顶发展很高,可达10公里左右,云顶边缘变得模糊起来,云顶还常扩展开来,形成砧状.一般积雨云可能产生雷阵雨,而只有发展特别强盛的积雨云,云体十分高大,云中有强烈的上升气体,云内有充沛的水分,才会产生冰雹,这种云通常也称为冰雹云.
冰雹云是由水滴、冰晶和雪花组成的.一般为三层：最下面一层温度在0℃以上,由水滴组成；中间温度为0℃至-20℃,由过冷却水滴、冰晶和雪花组成；最上面一层温度在-20℃以下,基本上由冰晶和雪花组成.
在冰雹云中气流是很强盛的,通常在云的前进方向,有一股十分强大的上升气流从云底进入又从云的上部流出.还有一股下沉气流从云后方中层流入,从云底流出.这里也就是通常出现冰雹的降水区.这两股有组织上升与下沉气流与环境气流连通,所以一般强雹云中气流结构比较持续.强烈的上升气流不仅给雹云输送了充分的水汽,并且支撑冰雹粒子停留在云中,使它长到相当大才降落下来.
在冰雹云中冰雹又是怎样长成的呢?在冰雹云中强烈的上升气流携带着许多大大小小的水滴和冰晶运动着,其中有一些水滴和冰晶并合冻结成较大的冰粒,这些粒子和过冷水滴被上升气流输送到含水量累积区,就可以成为冰雹核心,这些冰雹初始生长的核心在含水量累积区有着良好生长条件.雹核A在上升气流携带下进入生长区后,在水量多、温度不太低的区域与过冷水滴碰并,长成一层透明的冰层,再向上进入水量较少的低温区,这里主要由冰晶、雪花和少量过冷水滴组成,雹核与它们粘并冻结就形成一个不透明的冰层.这时冰雹已长大,而那里的上升气流较弱,当它支托不住增长大了的冰雹时,冰雹便在上升气流里下落,在下落中不断地并合冰晶、雪花和水滴而继续生长,当它落到较高温度区时,碰并上去的过冷水滴便形成一个透明的冰层.这时如果落到另一股更强的上升气流区,那么冰雹又将再次上升,重复上述的生长过程.这样冰雹就一层透明一层不透明地增长；由于各次生长的时间、含水量和其它条件的差异,所以各层厚薄及其它特点也各有不同.最后,当上升气流支撑不住冰雹时,它就从云中落下来,成为我们所看到的冰雹了.
雾的成因
雾和云都是由浮游在空中的小水滴或冰晶组成的水汽凝结物,只是雾生成在大气的近地面层中,而云生成在大气的较高层而已.雾既然是水汽凝结物,因此应从造成水汽凝结的条件中寻找它的成因.大气中水汽达到饱和的原因不外两个：一是由于蒸发,增加了大气中的水汽；另一是由于空气自身的冷却.对于雾来说冷却更重要.当空气中有凝结核时,饱和空气如继续有水汽增加或继续冶却,便会发生凝结.凝结的水滴如使水平能见度降低到1千米以内时,雾就形成了.
另外,过大的风速和强烈的扰动不利于雾的生成.
因此,凡是在有利于空气低层冷却的地区,如果水汽充分,风力微和,大气层结稳定,并有大量的凝结核存在,便最容易生成雾.一般在工业区和城市中心形成雾的机会更多,因为那里有丰富的凝结核存在.
雾凇、雨凇
在自然界里,地面物体上形成的冰晶和水滴并不都是霜和露.有一些貌似霜、露的现象,却是由其他气象条件造成的.
例如,某地区原来温度较低,各种地面物体的温度也就较低.遇到天气急遽变暖(例如温度急升10°C),有些大而重的物体却不能一下子变得和周围的空气一样暖,这样,在空气和这些物体之间便形成一个比较大的温差.如果这时温度在0°C以下,便会在物体上形成冰晶,它叫做"硬凇".如果温度在0°C以上,便会在物体表面凝结成水滴,叫做"水凇".冬天玻璃窗上的"窗霜"和"呵水"的形成就与此相似.
硬凇和水凇与霜、露都是由于空气和地面物体之间存在着温度差而形成的.但是,形成硬凇和水凇的温度差是由天气变暖而引起的,形成霜、露的温度差却是由于地面物体辐射冷却所引起的.所以,它们所反映的天气条件不同,附着的物体也不尽一样,它们是不同的天气现象.
初冬或冬末,有时会出现一种奇怪现象：从空中掉下来的液态雨滴落在树枝、电线或其它物体上时,会突然冻成一层外表光滑晶莹剔透的冰层,这就是"雨淞".这种滴雨成冰的现象是怎么回事呢?实际上这里的雨滴不是一般的雨滴,而是过冷雨滴.这种情形并不常见,多在冷暖空气交锋,而且暖空气势力较强的情况下才会发生.这是靠近地面一层的空气温度较低（稍低于摄氏零度）,而其上又有温度高于摄氏零度的空气层或云层,再往上则是温度低于摄氏零度的云层,从这里掉下来的雪花通过暖层时融化成雨滴,接着当它进入靠近地面的冷气层时,雨滴便迅速冷却,由于这些雨滴的直径很小,温度虽然降到摄氏冷度以下,但还来不及冻结便掉了下来,当其接触到地面冷的物体时,就立即冻结,变成了我们所说的"雨淞".
另外,在有过冷却雾的时候,特别有利于冰晶在地面物体上增长.这时在电线上、树枝上形成了白色的冰花,叫做"雾凇".在有雾而温度又高于0°C的时候,雾滴沾附、汇聚在树叶或其他物体上,叫做"雾凝",这在森林中最常见.
它们也都不是霜和露,因为形成的原因不同.
雪的形成和种类
我们都知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的,雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的.那么,雪是怎么形成的呢?
在水云中,云滴都是小水滴.它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大成为雨滴的.
冰云是由微小的冰晶组成的.这些小冰晶在相互碰撞时,冰晶表面会增热而有些融化,并且会互相沾合又重新冻结起来.这样重复多次,冰晶便增大了.另外,在云内也有水汽,所以冰晶也能靠凝华继续增长.但是,冰云一般都很高,而且也不厚,在那里水汽不多,凝华增长很慢,相互碰撞的机会也不多,所以不能增长到很大而形成降水.即使引起了降水,也往往在下降途中被蒸发掉,很少能落到地面.
最有利于云滴增长的是混合云.混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的.当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候,对于水滴说来却还没有达到饱和.这时云中的水汽向冰晶表面上凝华,而过冷却水滴却在蒸发,这时就产生了冰晶从过冷却水滴上"吸附"水汽的现象.在这种情况下,冰晶增长得很快.另外,过冷却水是很不稳定的.一碰它,它就要冻结起来.所以,在混合云里,当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候,就会冻结沾附在冰晶表面上,使它迅速增大.当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时,便落到地面,这就是雪花.
在初春和秋末,靠近地面的空气在0℃以上,但是这层空气不厚,温度也不很高,会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面.这叫做降"湿雪",或"雨雪并降".这种现象在气象学里叫“雨夹雪”.