太空观云：卡门涡街云超乎想象百看不厌

　　新浪科技讯 北京时间29日消息，据国外媒体报道，云彩是地球上最奇妙的风景之一，它们千差万别，形状优美，而且时刻处于变化之中。在地面上观看云朵可以令人百看不厌，但一些最不可思议的云层形态只有在太空中才能欣赏得到。

　　卫星可以拍下地球表面数千公里范围内的景象，向我们展示了大气层中复杂而有趣的云层形态。

　　图1 卡门涡街云

　　这种涡旋或许是从太空中观测到的最奇特的云层形状，被称为卡门涡街云（Von Kármán Vortex Street），以空气动力学家西奥多·冯·卡门命名。这种现象首先是流体动力学家在实验室中注意到的，当流体遇到圆柱形阻流体时，会从阻流体两侧剥离，形成交替的涡流。

　　在上图中，智利的亚历山大塞尔扣克岛就扮演着圆柱体的角色。图片由美国陆地卫星7号（Landsat 7）拍摄于1999年9月。层积云的高度距离海平面只有1英里（约合1.6公里），在岛屿的影响下呈现出美妙的卡门涡街云形态。

　　图2 卡门涡街云

　　拍摄于瓜达卢普岛上空的卡门涡街云，该岛距离墨西哥下加利福尼亚州海岸33公里。图片拍摄于2000年，来自美国陆地卫星7号。

　　图3 卡门涡街云

　　2001年日本海利尻岛上空的卡门涡街云，来自航天飞机宇航员的作品。

　　图4 卡门涡街云

　　北冰洋弗兰格尔岛的侧面，迎接着由于赫勒尔德岛影响而产生的卡门涡街云。图片由美国航空航天局Aqua卫星拍摄于2008年8月。

　　图5 西非的砧状云

　　在特定条件下，高耸、蓬松的积雨云会变成砧板一样的形状。图中的砧状云出现在西非上空，由国际空间站的宇航员拍摄于2008年2月。

　　积雨云的形成源自地面暖空气的上升。当暖空气中的水蒸气遇到冷空气时，会凝结成水滴。暖空气继续上升，随着气压和温度的降低而扩展、冷却。与此同时，从水蒸气到液态水的相变也会释放热量，冷却的空气和暖空气出现对流，形成高耸的积雨云。积雨云通常会带来降水，并伴有大风、雷暴。

　　在热带地区，积雨云常常能达到近20公里的厚度，即到达对流层顶——对流层与平流层之间的边界。在对流层顶之上，空气不再随高度上升而冷却，上升的云在这里遇到阻力，向四周扩展形成砧状云。

　　图6 砧状云

　　巴西上空的积雨云和砧状云，由航天飞机宇航员拍摄于1984年2月。

　　图7 印度洋的重力波云

　　这张重力波云的图片看起来就像是层积云上的指纹。当下层空气垂直上升，扰乱了稳定云层时，就会产生这种有趣的摆动波纹现象。

　　这种扰动通常由于下方的地形特点导致，如山脉等。但印度洋上空的这些波纹则更可能来源于雷暴或其他大气不稳定引起的气流垂直上升。在太空中观看重力波云的或许是最佳选择，这张自然色彩的图片拍摄于2003年10月，来自美国航空航天局Terra卫星的多角度成像分光辐射计。

　　图8 阿姆斯特丹岛的波状云

　　阿姆斯特丹岛的长度仅有20公里，但岛上的火山海拔达到了867米，足以扰动上方的云层。图中该岛周围出现了荚状云的尾迹，这种形状有时也被称为波状云。

　　波状云的形成原因是大风遇到了岛屿，被迫随着火山向上爬升。空气在上升的同时也逐渐冷却，水蒸气凝结形成云。之后，这些空气下沉到火山的另一侧，云层开始蒸发。在气流经过岛屿的时候，这种模式会交替出现，形成类似船后尾迹的形态。

　　从地面上看，荚状云常常呈现飞碟或连续货架的形状。上图拍摄于2005年12月，由Terra卫星上的中等分辨率成像分光辐射计（MODIS）拍摄。

　　图9 波状云

　　当高度较低的层状云经过大西洋南部南乔治亚和南桑维奇群岛的火山峰时，形成了尾迹的形状。尾迹的大小与山峰高度（从190米到1370米）有关。图片由美国航空航天局Aqua卫星的中等分辨率成像分光辐射计（MODIS）拍摄于2004年1月。

　　图10 南大西洋的气旋

　　南大西洋上空两个极地气旋纠缠在一起，形成了涡旋形状。类似这样的气旋常常源自寒冷、开阔水面上的低压系统。图左上方的绿色小点其实是非洲南部近海的水面。图片由美国航空航天局Terra卫星的中等分辨率成像分光辐射计（MODIS）拍摄于2009年4月。

　　图11 巴西的“爆米花云”

　　这一大片巨大、均匀的云层由无数小云朵组成，位于亚马逊雨林上方，是植物快速生长的产物。在森林的干季，植物获得了更多的阳光，生长迅速，并通过蒸腾作用向大气层释放大量的水蒸气。温暖、潮湿的空气上升冷却，形成无数类似爆米花的小云朵。

　　图12 爆米花云

　　这张图片由美国航空航天局Aqua卫星的中等分辨率成像分光辐射计（MODIS）拍摄于2009年8月，可以看到在河流上方并没有“爆米花云”，这是因为河流释放的热量不如陆地，无法促使这种云的形成。

　　图13 白令海峡的云街

　　气流经过白令海峡的海冰时会被冷却，而当这一冷气流遇到开阔洋面时，就会形成平行排列的云层，称为“云街”。

　　云街是干燥冷气流与水面上暖湿气流相遇的结果。暖气流上升时遇到冷气流，水蒸气凝结形成云。与此同时，冷空气下沉，形成了旋转的长圆柱形气团，云就在气团的上升一侧形成，在下降一侧被吹散。这张白令海峡上空的图片由美国航空航天局Terra卫星的中等分辨率成像分光辐射计（MODIS）拍摄于2010年1月。

　　图14 白令海峡的云街

　　近距离观看白令海峡上空的云街，由Terra卫星拍摄于2006年1月20日。

　　图15 白令海峡的云街

　　拍摄地点与上一张图片相同，由Terra卫星拍摄于2006年1月21日。

　　图16 南极冰架的云街

　　南极阿梅里冰架上空的云街，由美国航空航天局的Aqua卫星拍摄于2006年8月。

　　图17 太平洋的船舶航迹云

　　图中的云流是船舶引擎排放尾气的结果。水蒸气凝结在尾气中的颗粒上，形成了云。航迹云比周围的云更加明亮，是因为船舶尾气中含有更多、更小的颗粒物。

　　图片由美国航空航天局Terra卫星拍摄于2009年3月，地点位于阿拉斯加州以南的太平洋上空。

　　图18 船舶航迹云

　　阿拉斯加州以南太平洋上空的船舶航迹云，由Terra卫星拍摄于2002年4月。

　　图19 船舶航迹云

　　图中的船舶航迹云出现在北美洲西北海岸附近的太平洋上空，由Aqua卫星拍摄于2008年1月。

　　图20 太平洋的胞状云

　　这些蜂巢状云由开放式和封闭式的胞状层积云构成。开放式胞状云就像被稀薄云层包围的空洞，而封闭式胞状云则似被带状空间包围的棉球。当封闭式胞状云开始落下毛毛细雨时，就会形成飘渺的开放式胞状云。在地面上很难观察到胞状云，但从太空中看则非常壮观。图片由美国航空航天局Aqua卫星的中等分辨率成像分光辐射计（MODIS）拍摄于2010年4月17日，地点是秘鲁附近的太平洋上空。

　　图21 放射形云

　　图中可以看到胞状云和放射形云。图中心附近的放射形云具有类似叶脉的放射形状。图片由美国航空航天局Terra卫星的中等分辨率成像分光辐射计（MODIS）拍摄于2005年9月，地点是南美洲西海岸附近海域上空。

　　图22 墨西哥的“反日华”现象

　　这种壮观的现象被称为“反日华”，当云层由直径小于50微米的均匀水滴构成时，云层就会反射阳光形成类似彩虹的光环。在卫星刚好经过太阳和云层之间时，就能拍到这样的现象。该图由美国航空航天局Aqua卫星的中等分辨率成像分光辐射计（MODIS）拍摄于2008年5月，地点是墨西哥下加利福尼亚州附近海域，反日华刚好出现在图片中央。红色和橙色部分很容易看到，色带的宽度约为60公里。图中还可以看到因为瓜达鲁普岛而产生的卡门涡街云现象。

　　图23 墨西哥的“反日华”现象

　　图中的“反日华”现象和卡门涡街云就不是那么明显。图片由美国航空航天局的Terra卫星拍摄于2007年6月。

　　图24 咸海的大湖效应

　　咸海上空出现的独特的波状云，图片由美国航空航天局的Aqua卫星拍摄于2009年3月。波状云本身并不罕见，但通常来源于高海拔地形（如山峰）或强上升气流在云层中引起的扰动。图中，咸海的沙滩处明显出现了扰动，这可能是空气到达湖面时风速突然上扬导致，也可能是湖岸线已经比湖面高出许多——咸海的水面面积一直在缩减。

　　图25 五大湖的大湖效应

　　在北美的五大湖地区能观察到更加典型的大湖效应。该图由地球之眼卫星公司（GeoEye）的“海星”（SeaStar，又称“轨道观测卫星2号”）卫星拍摄于2000年12月。当冷气流向西北经过相对温暖的尼皮贡湖（左上）、苏必利尔湖和密歇根湖时，温暖、潮湿的空气上升并与寒冷、干燥的空气混合，形成了层积云。随着这一过程的进行，云层中的水滴会冻结并形成雪花，有时候还会产生大规模的暴风雪。

　　图26 大西洋的飓风“比尔”

　　飓风“比尔”是有记录以来最大的大西洋热带气旋之一，其最大直径达到了740公里。这张图片由美国航空航天局的Terra卫星拍摄于2009年8月20日，当时飓风位于波多黎各的东北方向，风的时速达到190公里。

　　图27 格陵兰岛的岛屿效应

　　在格陵兰海上空，扬马延岛在一大片平行云街中创造出了壮观的卡门涡旋。扬马延岛阻挡了气流，使云层在岛屿两侧剥离，形成交替的涡流。图中左上方可以看到格陵兰岛海岸和突出的海冰。图片由美国航空航天局的Aqua卫星拍摄于2009年2月。（任天）