2013年10月5日 星期六

讓我們看雲去

讓我們看雲去
當我們哼著”讓我們看雲去”的歌兒,帶著老婆情人出去欣賞雲兒的氣象萬千時可以不只是風花雪月、鴛鴦蝴蝶而已,其實我們還可以藉著對雲氣的認識而可以很臭屁地指揮老婆大人說:”嗯哼,今天出門要帶把傘啦!”----我可沒說陽傘雨傘,有時想過過做戶長的乾癮就得有點小聰明! 對吃飛行飯的人來說,對於”雲相”的認識更是基本功之一;我就很佩服許多飛行員在航戰管要求他們回報當地空域天氣狀況時能一口氣地流利說完一大串,我想他們一定有本事指定要帶雨傘還是陽傘。我希望透過對雲系的介紹而讓我們這些大部份在地面服務的航空人也能對雲的結構及其對天氣好壞演變的暗示有所認識。雲系中太細的分類或在台灣看不太到的我們就略去不表吧。
雲由懸浮在大氣中小水滴或冰晶所組成,它可視為大氣運動的重要指標,其生成、型態、及流動都暗示著我們看不見的大氣現況及穩定程度。所以就航空氣象的觀點來看,飛行員了解什麼樣的雲會代表什麼樣的大氣狀況,便能對於飛行安全及飛行環境變化的預測有很大的幫助。最早將雲分類是英國何華特爵士(Luke Howard)在1803年所提出,後來又經一些先聖先賢予以補強修訂。然而,他們面臨的困難都在於雲的形狀千變萬化而很難精確描述。後來,雲系的分類便由世界氣象組織(簡稱WMO)以出版圖說詳盡的「國際雲圖」供全球各國氣象機構參照使用,使大家都有個統一的語言描述他們看到的雲叫什麼。雲主要依據出現的高度、形狀來分類,分類的標準以地面觀察後的雲狀為主。下文會藉此分別介紹,然而這些雲系的名稱及定義比繞口令好不到那裡去,所以我建議讀者爺兒們先從那種天氣型態會衍生出那些雲狀入手,如此才不致看完全文描述了半天,該看的附圖也看了,然後拿起全家到日月潭玩的照片一看,背景的雲….,還是認不出來。不要氣餒,大家都差不多,業餘的我們或許該做的只要是學著掌握幾個與我們生活經驗最相關的雲狀,把它跟我們知道的一些氣象用語串起來那也就夠了。
雲如何形成  
        雲的組成物為水,決定其狀態的因素為溫度。在0℃至-15℃之間時,雲中大部分為過冷氣體,少部分為冰晶;小於-15℃時,全部應為冰晶結構。其形成的機制係飽和空氣再行冷卻後水氣凝結的結果;而此飽含水氣的空氣會再冷卻的原因不外乎以下兩種原因,其一為下層空氣受熱上升而產生局部垂直對流運動,潮濕空氣因而上升冷卻,其二為整團空氣因外力(如地形)而被迫上升冷卻。well,若大家注意到成雲過程都與含水的空氣的上升有關,我們就可以以當地空氣上升的方式去認識雲的特性。若是穩定的空氣和緩的漸次爬升,則雲將以水平層狀形式出現,如同流體力學講到的層流類似,流場內有條不紊,沒有垂直對流運動攪亂。此時出現的雲應以層狀雲(stratiform)為主,其依高度(也意味著溫度下降)又可發展出被命名為層雲、層積雲、雨層雲、高層雲、卷層雲等的不同雲相出來。附圖一就在表示當一暖鋒過境(雖然台灣不是很有機會經歷到),當暖而溼的空氣沿”在地”的冷而重的空氣上層慢慢爬波時水氣因溫度降低而過飽成雲的過程,只要它原本就很穩定---較無垂直對流,緩慢上升所形成的雲系大部都應是層雲型態。再回過頭來看我們較常接觸的冷鋒面過境情節,較陡峭的冷鋒面侵入濕暖空氣的地盤,將輕暖空氣推舉上升,此時較不穩定的氣團便容易形成所謂的積狀雲(cumuliform);其他如海陸大溫差交界處或山坡高度等都易使不穩定(即有較多垂直運動)的氣團在移動上升時產生積雲。積雲分低中高各自被命名為積雲、高積雲、卷積雲等。至於對流格外強烈的垂直發展雲系,細漢的時候叫積雲,發展成”大叢”時便叫積雨雲也。總之,雲系生成的含水汽空氣較不穩定的會形成積雲,較穩定的會形成層雲,而層雲趨於不穩時也會”變性”而演變成積雲。本文以冷鋒暖鋒為其中一種成雲的舉例,希望以這種方式描述雲系分類,讀者能夠比較容易記得起來下面的分類圖說在寫什麼。
雲的分類及命名  先以高度分成低雲、中雲、高雲及垂直發展雲系四類 :
1. 低雲  
    低雲由地面向上延伸至海拔6500呎,貼近地面者如同先前給予的定義,你也可以稱之為”霧”,低雲幾乎皆以液態水的型態存在,但有時可能有過冷水存在使經過的飛機機翼結冰。
層雲(stratus ,St)是由接近地面的穩定空氣由位於下方的開始冷卻空氣形成。此類雲層沒有什麼亂流潛伏。穩定空氣沿山坡地形上升或溫暖的水氣經過冷空氣或暖鋒通過時都有可能產生層雲。
層積雲(stratocumulus ,Sc)是由上升的穩定空氣形成的,型態上有點像破碎的層雲或擴散開的積雲。灰白色兼有,可成塊成片,排列如棋盤狀整齊有序,雲塊可密可裂。
雨層雲(nimbostratus,Ns)為灰黑色,厚度以數千呎計的雲系,富含水氣。假如溫度接近或低於冰點時便可能產生大量結冰情況。

2. 中雲  
     中雲由海拔6500呎向上延伸至海拔23000呎間形成,它們由水、冰晶、和過冷水構成,內部通常潛伏著中度的亂流和較嚴重的結冰。
    高積雲(altocumulus,Ac)由塊狀、片狀雲組成,當高層雲分裂時即形成高積雲,此類雲僅有些微亂流和積冰的情況。
    高層雲(altostratus,As)為平坦、密實、範圍廣的灰白色雲,雖說這類雲較沒有亂流但卻會有中等程度的積冰情況。較薄的雲層常可以看到朦朧的太陽。
   高層雲

3. 高雲 分佈於16500呎至45000呎之間,一般接近白色,由穩定的空氣形成,主要組成為冰晶。絕少構成強烈亂流及積冰情況。
     卷雲(cirrus,Ci)既薄且疏,在30000呎以上形成,以白色帶狀分佈在天際,邊緣常帶毛絮狀。它們有時是由堆疊積雲頂(垂直發展雲系中發育介於積雲至雷雨雲間的型態;”towering cumulus”)或發展至高空的雷雨雲被高空風吹開的結果。
     卷積雲(cirrocumulus,Cc)則呈白色稀薄塊狀,由高空對流形成,能產生輕微的亂流。卷積雲和高積雲由地面觀察,除了高度判別外,也可以用看不看得到雲影(高積雲較低)來分別。
     圖中央較高處為卷積雲
     卷層雲(cirrostratus,Cs)也呈現白色帶狀,雖說可能有數千呎的厚度,然而其中水份卻很低,飛機通過時不易使機翼積冰。

4.垂直發展雲系  
    此種雲系朝垂直方向發展,可以發展到對流層頂的高度,所以可貫串上述三個區域。這種雲系須有旺盛的上升對流運動方能形成,常會崁入其它雲系中。雲內亂流強盛,積雨雲是其代表,對飛行而言算是危險天氣的典型,應避免接近該區域。
    積雲(cumulus ,Cu)由地表受熱上升的對流氣流形成,通常有一個平的底和堆疊的球頭,看起來跟花椰菜沒什麼兩樣。以晴空作背景的積雲通常只有薄薄一層的不穩定區域,你可能會遭遇些許亂流但不太會有結冰或降水的情形。
    積雨雲(cumulonimbus,Cb)就是雷雨雲,雲的結構非常密實,垂直發展劇烈,氣流極不穩定,伴隨濃厚水氣因而顏色呈灰黑色。許多飛行遭遇的危險都與積雨雲有關。
雲的辨別
雲的基本辨識方法,可由高度、厚度、形狀、天氣狀況著手,但由於雲屬間存在著相互轉變的可能性,我們並沒有飛行人員那麼多飛臨現場身歷其境的機會,對雲層高度的感覺更差,所以只有有賴於多多觀察以累積的經驗,如此才可能得到正確的識別。參照冷暖鋒面圖示(圖1,2),我建議採行以下的辨識程序:
1.先看雲的形狀
雲的基本形有積狀雲、層狀雲兩種。積狀雲是空氣上下對流作用所形成都不脫花椰菜的基本型,層狀雲為穩定的氣流中水平伸展而產生的,面積大而平整。它們各有各的特點,而兩者皆含的”層積雲”你可視其為層雲漸趨紊亂的型態,底層較平而上面的小花椰菜逐漸變得密實。
2.觀察雲的高度
雖然不容易辨別何謂中、低,但我們還是可以以多次的觀察將天空高度分為高、中、低等三個層次,按雲底高度再配合形狀來判斷,大致上就不脫上述的兩種雲的範疇。三種空層中的高雲通常稀鬆鬆地,沒中低雲時才可以看得很清楚,此時當然是朗朗乾坤,無論層雲或積雲的明亮感都很好,同時又因高空風的關係邊緣長帶著點毛毛的;高空的卷雲至此或可八九不離十吧?消去了高雲的特徵再來觀察其他的雲層部份,此時雲的高度屬中層的不是高積雲就是高層雲,而看到它們是一朵朵的,就可”判”為高積雲也,判斷功力到此層次,應該已比只分辨積雲及層雲又更”內行”點囉。
3.由天氣狀況看雲
生活經驗也有助於辨別雲相。不同的雲屬伴隨著不同的天氣狀況,像高雲就根本不會有雨下下來。在低雲屬中,雨層雲與積雨雲都是既厚黑又會帶來大雨,區別方法可從降水的性質和是否挾帶雷電著手。雨層雲降的是連續性大雨,無雷電;積雨雲則是雨勢極大的陣雨,並常伴有雷聲與閃電,用比較望文生義的”雷雨雲”稱之也無不可。
後記  由於本文有許多說法及判斷牽涉到個人對典型雲狀的有限觀察心得,並不代表全部的雲狀,更不可能像教科書般地精確地可以讓人放心認定正確無誤,故而若有大謬之處還望有識之士能來函指點一二。我比較遺憾的是沒有把握每次出遊時將雲相拍下來,有機會再填進這篇扎記中吧。

沒有留言:

張貼留言