一直有一个疑问:冬天明明温度非常低,水都结冰了,那么为什么天上还会有云存在呢?毕竟云是由水蒸气上升到高空形成的?
实际上这个疑问有一定的问题:
因为云从来都不是由水蒸气构成的。水蒸气是不可见的,因为水分子之间的距离太远,无法对光进行光学散射。每当你看到蒸汽、薄雾、雾气或云时,你看到的是小滴液态水或冰晶,而不是水蒸气。
空气中的水滴或冰晶体型通常很小,你无法单独看到它们,只会看到白色或灰色的薄雾。例如,你每次呼气时,都会呼出从肺部蒸发的水蒸气。你通常看不到自己的呼吸,因为你呼出的蒸气保持气体状态。但当外面的空气足够冷时,你呼出的水蒸气很快就会凝结成小滴液态水。
其次,云并不总是液态水滴。云也可以由冰晶组成。事实上,同一朵云可以部分由水滴组成,部分由冰晶组成。所以冬天寒冷的天气下我们看到的云可能就是由一个个的小冰晶组成的。
事实上,即使在夏天,你看到的一些云也是由冰晶组成的,因为随着海拔的上升,高空的温度可能会下降到0℃以下。我们在夏天经历的许多雨滴最初以雪花的形式存在于高空,但在到达我们之前就融化了。当水滴在天空中达到足够高的高度时,即使在夏天,它们也会遇到更高海拔的较冷温度并结冰。
云中的水滴和冰晶都非常小,看起来就像地面上的白色绒毛。仅凭观察通常无法区分水云和冰云。但有一个区别。水滴大多是球形的,而冰是结晶状的,表面平坦。这种形状上的差异意味着它们能够在大气中产生不同的天气现象,比如空气中的水滴产生彩虹,而冰晶则产生幻日和光晕等。
第三,如果没有冰核,水在冬季甚至可以在冰点以下以液体形式存在。低于冰点的液态水称为过冷水。为了使液态水凝结成固体,它必须足够冷并且有地方可以冻结。只需一点灰尘甚至振动即可启动结晶。但在大气中的某些情况下,有时很难获得这样的冰核。因此,水可以在冰点以下保持液态。
最后,即使冬天接近地面的空气温度达到冰点,高层大气层中的温度仍然足以使水保持液态。
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