俯瞰地球壮美“白色”风景：海面上的云黑洞

       文章来源：《科学世界》

　　地球上的水，既可以变成覆盖天空的云彩，又会变成南北极区那宽阔无垠的冰盖，以此来展示着它的存在。下面就让我们看看，从距地约700公里以外的宇宙空间所拍摄到的云和冰的各种各样的形态吧。

　　覆盖着白令海的卷云

　　从西伯利亚和阿拉斯加沿岸的海冰一直往南，白令海数百公里的海域，都覆盖在一片呈条纹状散开的云之下，这种景象很像日本枯山水景观中的砂纹。

　　这样的云又叫做“条形云”或者“云街”（Cloud Street）。从陆地刮来的寒冷而干燥的风，流经海上时被温度比气温高的海水加热，就会形成这样的现象。

　　寒冷的风遇热之后，会产生上下方向的对流，在上升气流上便会形成云（详见下图）。而云在风中被吹散后，就会形成条纹状。如照片所示，越往海的方向，条形云的条纹就越粗。

　　（2013年4月7日，由NASA的Terra卫星所搭载的中分辨率成像光谱仪（MODIS）拍摄）

　　澳大利亚的海面上出现了黑洞？！

　　在一片像绒毯一样延伸的层积云中，突然出现一个大洞。这个大洞，就在澳大利亚的塔斯马尼亚岛的西南海面上空。在这张照片的右上方，透过云隙，我们可以窥见塔斯马尼亚岛的西北部。

　　这个巨大的洞，直径长达1000公里，在其中稍稍偏西的位置有一个很大的高气压，其气压值高达1040百帕（1标准大气压=1013百帕）。

　　日本东京大学名誉教授木村龙治介绍说：“这片云中有一个很大的洞，其中是干燥的冷空气，很可能是由南极大陆的猛烈寒风带过来的。这是一个高气压旋涡，它很可能先是被卷进了塔斯马尼亚附近海面的一个很大的高气压旋涡里，然后被带到了这里的。”

　　这种现象是身在北半球的人们所无法体会的。因为它只发生在澳大利亚南部的海域，是一种十分罕见的现象。

　　（2012年6月5日，由NASA的Aqua卫星所搭载的MODIS拍摄）

　　云如同搅打奶油一样散于天空

　　在印度洋南部靠近南极大陆的地方，有一片奇妙的云，就如同卷起的旋涡一样。它们就像被挤出的搅打奶油一样疏散开来。在这幅照片的右上方还有条形云。在二者之间，依稀可见一种“中间形态”的云。

　　木村名誉教授解释说：“这幅照片，拍的是出现在温暖低气压中心附近的云。”温暖低气压是冷暖空气相遇产生的，由于冷暖空气交织在一起，温暖低气压中心附近的大气就会形成比较复杂的结构。

　　在这幅图中，共有5种不同温度的气团重叠在一起。右上方是暖空气，左下方是冷空气，风从暖空气一侧吹向冷空气一侧的。在这之间，它们是一点一点慢慢地重叠在一起的。有3层不同性质的空气夹在其中。这一点，可以从“条纹状的云”、“中间形态的云”和“搅打奶油状的云”这3种不同类型的云中判断出来。

　　暖空气的云，是指伴随着暖锋通过同时产生的一种厚厚的云，它的下面很可能会发生降雨。而与这3种云同时被观察到的还有一部分，就是搅打奶油状的云上面有明亮的白色部分，就如同犄角一样，它一直延到了对流层上部，估计应该是由冰晶所形成的积雨云。在这里，冰晶会沿水平方向吹散，从而形成平坦的云（或雾）。

　　（2011年11月30日，由Terra卫星的MODIS拍摄）

　　一闭一开

　　这种类型的云跟前面的条形云一样，都是冷空气在温暖的海面上遇热产生了对流而形成的。条形云会随着气流的变化形成条纹，但是离岸越远，气流就会越弱，最后逐渐变为细胞状。这种细胞状的对流被叫做“贝纳胞”（Bénard cells），由最早研究其性质的法国流体力学研究者而得名。

　　这幅照片拍摄到了3种不同的细胞状的对流形式。一种是多边形团块的云，一种是照片右下方所示的多边形洞的云，还有一种就是照片左上方所示的散乱分布的、有着放射状空洞的云。前面两种的对流形式分别叫做“封闭式”和“开放式”，都有着很长的研究历史。而放射状的云，虽然至今还没有被当做重点研究对象，但是在贝纳胞中却时有发生。

　　（2012年6月28日，由Terra卫星的MODIS拍摄）

　　冰盖上短命的蓝色湖泊

　　在格陵兰岛的冰盖上，从春天到夏天，都会出现一种色泽明艳的蓝色湖泊。冰盖表层的冰雪在阳光的照射下会慢慢融化，融化后的水汇集成水洼，最后就形成了湖泊。

　　这幅照片是在2010年6～8月间拍摄的，展示的是格陵兰岛西南部的冰盖（上图大照片的拍摄日期是7月4日）。亮白色部分是新雪，新雪慢慢融化就会出现带有黑色的旧冰。因为旧冰是黑色的，所以它的阳光反射率要比新雪低30%，是比较容易融化的。

　　湖泊在7月份的时候最大，到8月中旬的时候就几乎没有了。湖底有很深的管状洞穴，被称为“冰臼”，水很可能是通过那里流走的。

　　最近几十年来，格陵兰岛冰川的运动和破坏越来越严重。也有研究报告指出，融化后的水通过冰臼会到达基岩和冰盖之间，而使冰川变得更光滑（更容易流动）。

　　（由NASA的EO-1卫星所搭载的高级陆地成像仪（ALI）拍摄）

　　冰川流向谷底

　　从左到右贯穿这幅照片的，就是位于格陵兰岛西部的、由冰川侵蚀所形成的冰蚀谷（U形谷）。在这个干涸的山谷中，一直会有一些小规模的冰川零零散散地流向其中。

　　在图中可以看得出，冰川的表面有一些纹理，它就是冰川裂隙（crevasse）。冰川的下部在慢慢地流动着，与此同时，脆弱的上部也慢慢地发生着断裂。

　　在冰蚀谷里，当干热的风吹下来的时候，很容易产生“焚风”（foehn）。焚风现象也是冰川表面比较易碎的一个重要原因。

　　浅蓝绿色的水里，很可能混杂着冰川过去侵蚀留下的岩石碎块。

　　（2009年8月29日，由EO-1卫星的ALI拍摄）

　　从南极大陆流出的冰川和冰山

　　在北边地平线附近的太阳光的照耀下，东南极洲*的沿岸便会拖出长长的影子。

　　位于照片左侧是冰川的末端（冰舌）。这个冰川在通过了山谷之后，被推到了海岸（照片的上方）上。

　　冰川的表面有无数的“皱纹”，这就是冰川运动所造成的冰川裂隙。从冰川的右端开始，冰会沿着又深又长的裂隙分离出去，这样就形成了冰山。日本国立极地研究所的榎本浩之教授告诉我们：“有的冰山甚至可以厚达几百米，一旦流到浅滩就会搁浅。这样的冰山无论经过多少年，直到自己破坏之前，都会一直停留在那个地方。”

　　照片的右上方，那片颜色稍显暗淡的部分是比较薄的海冰。而那片白色平坦的部分，围绕着零零散散的冰山，则是被固定于海岸上的“固着冰”，海冰就是在那里开始成长起来的，它的厚度可以到几米。榎本教授说：“固着冰大概几年之后就会破碎，然后流走。当然，它还会再成长起来。”

　　（2010年9月6日，由EO-1卫星的ALI拍摄）

　　* 东南极洲（Eastern Antarctica）：南极洲以中间的毛德山脉为界，分为东南极洲和西南极洲两部分。东南极洲包括南极洲西经30°向东延伸至东经170°之间的地区。）

　　2013年8月的云分布

　　在赤道附近，呈带状分布的云非常多。东北和东南信风相遇的地方，称做“热带辐合带”（Intertropical Convergence Zone）。在这里受热后的空气不断上升，在一年中都会形成这样的带状云。热带辐合带还会根据不同的季节向南或向北移动，这就是热带地区雨季和冷空气形成的原因。

　　南端的蓝色部分便是南极大陆。南极大陆的周围云也特别多。与热带地区不同的是，这里海水的蒸发量并不是很多。因为温度很低，空气很难保持住水分，所以比较容易形成水滴或者冰晶。

　　2013年8月的积雪分布

　　积雪在一年时间内都会覆盖极地的大部分地区。在低纬度地区，由于季节不同，积雪的状况可能也会有很大的不同，但在青藏高原、安第斯山脉、落基山脉等海拔较高的地区，则几乎全年都可以看到积雪。

　　此外，因为这幅照片展示的是北半球的夏天，所以北半球的积雪很少。而在冬天，北半球约40%的大陆表面都会被积雪覆盖。

　　云和雪的世界地图

　　NASA的地球观测卫星会持续不断地获取各种不同的数据，包括降水量、温度、火灾、植被、悬浮颗粒物、一氧化碳、臭氧的分布等等，并根据这些数据制成专项世界地图，然后公开。

　　左图展示了云（上）和雪（下）2013年8月的平均覆盖率情况，它们都是通过Terra卫星所搭载的MODIS获取数据，然后将数据转化为照片最终得到的。其中最白的地方，就是完全被云或者雪覆盖住的地方。

　　云，通过降雨或者降雪的形式给我们带来必需的淡水。不仅如此，云还对地球的能量收支起着非常重要的作用。它既可以遮挡太阳光线，抑制气温上升，还可以吸收地表所释放出来的热量，带来温室效应。当然这些效果也会随着云的高度、形状、含水量和形成时期等而变化。

　　雪或冰又会强烈地反射太阳光，所以给地球的气候带来了很大的影响。还有，在世界的各个地区，季节性降雪或者冰川融化还可以给当地提供饮用水或者农作物的灌溉用水。

　　云和冰雪对气候的影响，通过反馈而互相作用，所以人类一直重视对它们的机制的理解。像这种对云量或者冰雪量进行的卫星观测，在获取研究天气变化的基础信息方面发挥着重要作用。