奇异的云彩背后的机理

我们在八月刊登了一组被称为牵牛花的奇怪而又罕见的云彩的照片，但是我们并没有对这些云是怎样形成的给出相应的解释。响应读者们对云彩成因这个问题的兴趣，我们进行了后续报道，采访了曾研究过这些云彩成因的慕尼黑大学气象学家罗杰·史密斯。

这些年来，我们已经逐渐对这些云彩"有了较深的了解，史密斯说，它们不再是迷一般的存在，但是仍然很壮观。

牵牛花现象是由澳洲偏僻处的约克角半岛特殊的海陆结构引起的。半岛东临卡奔塔利亚湾，西靠珊瑚海，在向北延伸的过程中，由350英里宽逐渐变窄至60英里宽。偏东信风在深夜遇见从西海岸吹过来的海风，迫使其在旱季经过半岛。信风和海风的遭遇会制造出由内陆向西南方向的波状扰动，而波状扰动正是这些奇怪云彩形成的关键原因。

当湿润的海边空气被运送至波动的顶点时，会冷凝成一片云。通常都只有一道波动，但是史密斯曾经看见过多达10道的一系列的波动。

当你看着那些云的时候，它们看起来像是向后滚动的，史密斯说，但是事实上，这些云在前缘不断地形成，并持续侵蚀着后缘。这个过程使它们看起来像是在滚动。

这些云也会在其他地方出现，其中包括慕尼黑，它们在慕尼黑大概十年出现一次。约克角很特殊是因为这些云规律地在秋季的伯克敦小城上空出现。同时这些云在那儿给人的印象特别深刻，它们能够绵延600英里长。飞行员每年都会飞往这片区域，希望能看见这些迷人的云彩

并没有许多科学家研究这些云彩或其他真正奇怪的云，因为它们的极度罕见使得研究它们和研究降雨、气候相比显得相对的不重要。所以，通常它们的成因没什么人了解。

研究那些看来整洁的东西是很难得到研究资金的。圣克鲁斯加州大学的云物理学家帕特里克庄说道。

在接下来的几页，我们收集了一些最奇怪最漂亮的云的照片，并邀请了科学家帮我们了解它们是怎样形成的。

上图：尤立文/维基共享资源; 下图：米克;彼得罗夫/每日天文图片

被称为乳状云的奇怪的袋状结构云通常和暴风雨一同出现。它们曾出现在许多地方，包括美国的中西部。

它们的确是一些看上去奇怪的云。云物理学家帕特里克庄说。

但是科学家研究过乳状云，也存在关于乳状云的一些理论。另一位云物理学家，国家大气研究中心的丹尼尔·布瑞德说空气的浮力和对流是乳状云形成的关键。

它们是那种颠倒的对流。布瑞德说。

他说，对流就像一个浮着的泡泡。在乳状云里，蒸发作用在冷却了云内空气的同时，产生了成袋的负浮力。这就使得云彩向下膨胀，而不是像积云那样向上膨胀，所以它们最终都很像颠倒的泡泡。

使它们平稳的原因是它们正下方的热构造。随着高度的升高物体的温度会逐渐下降，这被称为温度垂直梯度，而物体的速度则会趋于平衡。换句话说，如果你把一个温暖的小气泡放在一个特定的地点，它不会大幅度地上升或下降因为没有热量进入或流失。这是暴风雨所特有的热结构。没有这种环境的话，你更多看到的就会是那些凹凸不平的云彩或是一缕缕的云了。

不管怎样，有暴风雨时肯定会有这些云彩，布瑞德说，但暴风雨不是必不可少的，必不可少的是有浮力的大气条件。

有时被比作UFO的荚状云通常是由重力波引起的。庄用了松散减震器为例来描述什么是重力波。

你开着你奶奶的卡迪拉克车过了一个路面减震装置，之后车上下颠簸了一会，他说道，车下沉是重力的作用，然后避震里的弹簧会把车推上原位。

对于荚状云来说，减震器通常是某种地势，比如在空气流动过程中的一座山。当空气到达山的一边时，冲的速度太过，然后会弹回来。空气会像这样震动一会儿，然后在波向上的那一部分，上升的空气冷凝就形成了云。

云彩就是振动最高处的标记，庄如是说。

荚状云也可以由其他的减震器引起，比如说高的雷雨云，但是因为它们通常形成在山的顺风面，它们也被称为背风云，波云或下风波云。

一条山脉可以形成一系列的长波云，但是如果减震器太孤立了，比如说单独的一座山，就会形成看起来像UFO的椭圆形云。有时多个椭圆形形成的云看起来像是一摞碟子。

我喜欢波云因为我在这儿可以经常见到它们，布瑞德在科罗拉多州的博尔德说，国家大气研究中心就坐落在这儿。我有许多喜爱的事物，但是我把这些云的照片用作我的屏保。

这些看起来像是一排挤在一起的波浪的疯狂的云叫做开尔文-亥姆霍兹波浪。当两层不同密度的气体或液体以不同的速度擦肩而过时，会在边界处发生剪切，从而生成这种云。

当这两层气体或液体擦肩而过时，形成开尔文-亥姆霍兹不稳定性，就像一种波浪一样。它们的部分边界上升，部分下降。因为其中的一层比另一层移动地快，剪切使得波浪的顶端水平移动，从而形成了看起来像是冲上沙滩的海浪一样的云彩。

这云真的就像破碎的波浪一样，庄说，当波浪顶端的水流速度比下部的水流速度快太多以致波浪有点儿堆积在自己身上的时候，波浪就会破碎。

 这张6月12日日本东北部千岛群岛雷切夫火山爆发的壮观照片为我们提供了菌盖云的生动例子。当烟柱从其上方的云层中穿过时，像是戴了顶平坦的白帽子。

这种云是由强烈的、相对迅速上升的气体运动产生的。菌盖云会产生的情况包括快速聚集的雷暴云砧、火山爆发甚至核爆炸。在这些情况中，都有某些动力促使温暖湿润的气体迅速上升。

它们在雷雨风暴上方是非常常见的，这是因为那儿的空气太过迅速上升以致上方的气流被扰乱了，布瑞德说，一旦气体冷却到可以形成云了，你就可以看见云帽了。

庄说菌盖云看起来和有时出现在积云顶端的平坦的帽子很相似，而积云顶的帽子实际上是冰帽。

如果有非常强的对流，迅速地推动和升高，就会形成不止一朵冰云，因为已经足够高到使晶体冻结，庄说道，没有什么比结晶更神秘的了。

在6月的奇异科学上我们注意到了夜光云，因为这些奇怪发光的云出现在美国和欧洲上空，而美国和欧洲比它们通常出现的地方要远远靠南。

这些夜晚发光云，在50英里高处，由地球大气和太空交界处的冰组成。它们发光是因为它们太高了，即使太阳已经落到地平线下了，它们仍然能被太阳光照亮。我们现在还不清楚为什么这些云彩从极地迁移过来，也不知道为什么它们出现在极地地区的频率更高、更加明亮。

没人知道确切的答案，但是大多数的答案看起来都指向了人为的全球大气变化。

大约华氏零下230度，当从下面吹上来的或是从太空中落到大气里的尘埃为水蒸气提供了凝结和结晶的表面时，这些云便形成了。现在，在北半球的夏季，大气在升温和膨胀。大气层的外边界，事实上在变得更冷，因为它被膨胀的空气推向了太空的更深处。

现行的理论和最合理的解释是二氧化碳在表面上方50英里处聚集，导致温度下降，汉普顿大学的大气科学家詹姆斯拉塞尔说，他同时是国家宇航局正在进行的一项研究这些云的卫星任务中的主要研究者。他提醒道，不管怎样，对于温度的观察仍然是没有结果的。

但是真相要远远复杂得多，而且还有许多其他关于发光云的理论存在。

牵牛花云是滚轴云的一种更加特殊和不常见的形式，滚轴云更常见一点也不像别的云那样长。

典型的滚轴云出现在暴风雨前的低层大气里。暴风雨中温暖的上升气流推动冷空气上升，然后冷空气沿着上升气流的侧边下降。冷的向下气流反弹一点，在暴风雨前形成波浪状的结构的云。

正在高涨的冷空气也形成了一片云。云的蒸发作用在边界处产生了一股侵蚀云层的向下气流，形成了一个卷。如果波浪不停的话，会出现被称为街道的一系列的滚轴云。