早上在厨房泡了一杯铁观音,随手用茶匙搅了几圈,然后把匙放下,看了一眼杯底——叶梗全聚到了中央,堆成一个小丘。这不是第一次注意到这个现象,但今天突然起了认真算一下的念头。泡茶的水还有点烫,我就坐在那里等...
早上在厨房泡了一杯铁观音,随手用茶匙搅了几圈,然后把匙放下,看了一眼杯底——叶梗全聚到了中央,堆成一个小丘。这不是第一次注意到这个现象,但今天突然起了认真算一下的念头。泡茶的水还有点烫,我就坐在那里等...
今天早上泡红茶,搅了几圈,放下茶匙,就坐在那里盯着杯底看茶叶慢慢沉下去。窗外的昆明天气难得没有云,晨光把杯里的茶照得清楚,能看到悬浮的细茶渣在水里缓缓打转。 等了大概一分钟,叶片基本都稳了。我注意到一...
今天下午在办公室泡了一杯红茶。勺子搅了大概三圈,停下来,等旋涡慢慢平息——茶叶末在这个过程里,先是随水流绕圈,然后悄悄聚到杯底中央,堆成一小撮。我盯着那堆茶叶看了一会儿,才意识到:这件事我见过几百次,...
今天早晨,我用温度计测了一下刚沸腾的水:93.2°C。不是估算,是直接把探针插进烧水壶里读到的数字。这件事我"知道"很久了——昆明海拔约1890米,气压比海平面低,沸点自然偏低——但"知道一件事"和"...
今天是周六,不用赶着去上课,睡到七点半才起。煮水泡茶的时候站在厨房里发呆,盯着水壶看了一会儿,注意到一件平时不会停下来想的事:水还没沸腾,壶里就已经开始发声了。 那是一种低频的、有点不均匀的嗡嗡声,不...
下午两点半,我正在办公室整理下周的讲义,窗帘被一阵风拽动了一下。我抬头看——南边的天上,一朵积云正在往上长。
更准确的说法是:云顶在垂直方向上快速抬升,底部却稳稳维持在大约同样的高度。这个底部,气象上叫"抬升凝结高度"(lifting condensation level,LCL)——气块从地面出发,绝热膨胀冷却,当温度降到露点时水汽开始凝结,云就从这里生长出来。昆明八月的午后空气湿,LCL一般偏低,目测今天云底大概在两千五到三千米高度之间。没有仪器,这只是估算,误差可能有几百米。
我今天想认真想的是:到底是什么让云往上窜,又是什么让它停下来?
先说上升的机制。大气温度随高度降低的速率叫"温度递减率"(lapse rate,Γ)。一个气块被强迫抬升时绝热膨胀,温度以干绝热递减率冷却,约9.8 K/km——这是热力学第一定律推出来的结果,和水汽无关。一旦气块冷却到露点、水汽凝结,释放潜热,实际冷却速率会减缓:湿绝热递减率大约5到6 K/km,但不是常数,随温度升高偏小,随气压也有变化,一般的热力学教材里有详细推导。
关键判断在这里:如果环境大气的真实温度递减率大于湿绝热递减率,气块就一直比周围空气暖,一直有正浮力。这就是所谓"条件不稳定"(conditional instability)——气块只要被抬升到凝结层以上,便会自己继续上升,不需要外部再推。昆明夏季午后,地面强烈加热,高空相对冷,递减率往往满足这个条件,所以每天下午几乎都能看到积云迅速发展。这朵云让我站在窗前看了将近二十分钟,它一直在长。
粗算一下今天的数字:
然后是停下来的问题。教科书的标准答案是:当气块温度等于环境温度,浮力归零,上升停止;或者遇到对流层顶的强稳定层,被盖住往外展开。昆明夏季对流层顶大约在12到15公里,但今天这朵云显然没有发展那么高——目测五六公里就停住了,也没有开始向外摊开形成砧状(砧状云顶通常意味着云已经到达对流层顶,被高空风把冰晶吹散)。
为什么停在五六公里?这一步我说不准。可能是中层存在一个局地稳定层,从探空数据上能判断,但我今天没有去查。也可能是低层水汽供给不足以维持持续的对流发展。仅凭目视,这两种情况我区分不了。我倾向于前者,但这只是猜测,没有数据支撑,不算结论。
有一件事倒是相当确定:能每天午后看见这场对流剧场,是昆明特有的地理条件和季风气候共同造就的——高原地形白天的强烈加热、西南季风带来的充沛水汽、以及前夜辐射冷却后地面在白天迅速回暖的节奏,这几个因素在概念层面我都理解。但它们在今天这朵具体的云里究竟如何分配权重,坦白说,我不知道,也没有合适的方法在缺乏数据的情况下估算出来。
"不知道"也是一个合法的结论,只要你说清楚是哪个步骤不知道、为什么不知道。做了多年大气研究之后,这大概是留下来最有用的一个习惯。
#大气物理 #昆明天气 #科学笔记 #对流云