云与气候变迁原因研究论文

全球变暖导致地球云层发生变化，而作为影响气候变化的重要因子，云通过其微物理学过程、动力学过程等又可能放大或抑制气候变暖。本文主要从云对气候变化的影响机理、云对气候变化的净辐射反馈效应、云加剧全球变暖的研究动态3方面探讨了“云的气候效益”这一有趣的科学主题，以飨读者。

1 云对气候变化的影响机理

全球变暖背景下，云对气候变化的影响机理主要有以下几种：①高层云量增加引起更强的温室效应。当全球温度升高时，遵循大气水汽含量与温度之间的克劳修斯-克拉波隆方程（Clausius-Clapeyron Relation），大气中的水汽含量将提高。高层大气中的水汽凝结成透明度更高的冰晶云，太阳短波辐射可以穿过，而地球表面和低层大气向外的长波辐射却受阻挡不能通过。因此，由微小冰晶云组成的高层云具有温室效应。②低层云量增加产生冷却效应。全球变暖背景下，大气低层的水汽含量增加，使得低层水云量增加，其透明度远低于高层云，可将太阳辐射反射回太空，减小到达地球表面的太阳辐射，从而产生冷却效应。③高层云顶升高产生更强的温室效应。随着全球变暖，保持在原来高度的高层云会变暖，并向外辐射更多的热量。部分高层云随着全球变暖移动到更寒冷的高处，减少向外的长波辐射，进而产生更强的温室效应。④高层云中的水滴增加产生降温效应。如果高层云所在的区域温度较高，有可能会改变高层云中冰晶和水滴的比例，让高层云中含冰量降低，含水量增加，从而使得云层变得更为湿润和厚实，使得反射率提高，从而阻挡更多的太阳短波辐射进入地球，产生降温效应。⑤云带移动产生更强的温室效应。1980—2009年，气候变暖对云的影响包括中纬度风暴云路径向两极移动、副热带干旱地区（南北半球20 ~30 之间的地区）扩大以及云顶高度抬升。这种变化使得云的冷却效应大幅减弱，同时其对地球的保温作用有所增强。

2 云对气候变化的净辐射反馈效应

云不仅与太阳辐射密切相关，还与大气中的气溶胶变化密不可分，同时也是宏观、中观和微观尺度上水循环的重要组成部分，因此，云对气候变化的净辐射反馈效应十分复杂。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）从《第一次评估报告》到《第五次评估报告》，均对这一复杂的科学问题有所讨论：①《第一次评估报告》指出，各种气候模式的偏差主要来自对云反馈的差异性模拟。②《第二次评估报告》称，尚不能判断各种云过程对气候变化的净辐射反馈效应是正还是负，但很有可能总数值不大。③《第三次评估报告》显示，尽管各种气候模式都有显著改善，但是对云反馈模拟的不确定性范围并未缩小，并且仍然不能确定云对气候变化的净辐射反馈效应是正还是负。④《第四次评估报告》也未能确定哪个气候模式模拟的云反馈更为可信。⑤《第五次评估报告》首次提出，云对气候变化的净辐射反馈效应很可能是正值，因为并没有发现强的负反馈机制。⑥《第五次评估报告》以来，气候模式有了较一致的看法，认为云的净辐射反馈效应很有可能是正值，这主要是因为气候模式对于物理过程的认识更为清楚，尤其是高层云的高度变化、理论、观测和模式都证实全球变暖会使得高层云的云顶高度抬升，从而增强温室效应，形成正的辐射反馈。但对低云的认识还存在较大的不确定性。

3 云加剧全球变暖的研究动态

全球变暖导致地球云层发生变化，而这反过来又可能放大或抑制气候变化。来自英国伦敦帝国学院格兰瑟姆研究所（Grantham Institute）、伦敦帝国理工学院（Imperial College London）和东英吉利大学（University of East Anglia）的研究人员，基于云和地球辐射能系统（Clouds and the Earth’s Radiant Energy System, CERES）月度网格化观测数据，开发了一种统计学习分析法（statistical learning analysis），将对流层稳定性、地表温度、湿度和风力等考虑在内，计算了全球未来云反馈的观察约束（Global Observational Constraint on the Future Cloud Response），分析了云对未来气候的影响。该约束显著缩小了先前的估计误差，并且不需要高分辨率的模拟。

研究结果显示，在90%的置信度下，全球云反馈的观察约束为0.43 0.35 W/m2 K（瓦/平方米 开尔文），这意味着云层将加剧全球变暖的可能性为90%。研究结果还表明，当大气CO2浓度高于工业化前水平时，成功将全球平均气温升高控制在2 以内的可能性很小（仅0.5%）。该研究是迄今为止支持“云加剧全球变暖”结论的最有力证据。相关研究成果《云反馈加剧全球变暖的观测证据》（Observational Evidence that Cloud Feedback Amplifies Global Warming）于2021年7月27日发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《气候变化动态监测快报》2021年第15期，董利苹 编译。

太长啦。摘了一个片段，你参考参考吧。 全球变化对西北地区气候和生态环境的变化有着广泛而深远的影响。西北干旱气候变化已引起了多方面的高度重视和广泛研究。 本文使用西北地区较长年代的气候要素观测资料,建立了西北地区近百年降水序列,分析了干旱气候变化的客观事实以及沙尘暴变化特征,从大气环流变化角度分析诊断了西北地区东部干湿变化的原因,并进行了CO_2加倍对西北地区地面气温和降水影响的数值试验。本文研究的主要结论如下: (1)从百年世纪尺度来看,西北地区东部和西部,甚至华北和中亚干旱区的降水变化趋势是一致的,可以把它们看成一个整体。20世纪处于下降通道中,1960—1970年代降水量达到最低点。但是从年代际尺度来看,它们的降水变化不完全一致,1980—1990年代西北地区东部降水量持续偏少,其中秋季降水量减少最为明显;而西北地区西部降水量在增多,主要表现在夏季和秋季降水在增加。年降水量距平演变反映出20世纪上半叶西北地区以正距平为主,下半叶以负距平为主,中亚则相反。 (2)我国沙尘暴发生中心随时间推移向北推移,4月是中国沙尘暴发生范围最大的月份。500hpa西风急流是沙尘远程传输的主要动力,日韩两国的黄沙主...

雨是由云“变”来的。雨滴的体积是云滴体积的100万倍。也就是说，要100万个云滴才能构成一个雨滴。在湿空气中，因冷却而凝结出云滴。对于云体温度高于0℃的暖云来说，云中存在大小不同的云滴，大云滴下降速度快，上升速度慢；小云滴下降速度慢，上升速度快。于是，由于大小云滴相对速度的差异，使得大云滴有机会与小云滴相撞，结果小云滴就合并到大云滴中去了。这样，大云滴不断地增大，又因为上升气流分布不均匀，大云滴可以在云中多次上下运动，再加上云内的湍流作用，大云滴增大的机会就增加，于是大云滴越来越大，直到上升气流托不住它，掉下来成为雨还有一种比较专业的意见，我觉得更有道理：当你飞行在1万米高空，看到更高处仍有少量雾障与淡云时，往往会有这样的疑问，为什么大多数云粒都在云海海面以下，这些高云有什么特殊，能比其它云飘得更高呢？实际上，20公里高空都还有极稀薄的水分子存在，如前所述，这个高度的水分子不是从地面直接就蒸腾上来的，而是“第二次蒸发”后，负氢氧根离子还原出来的水分子。因为氢氧根（OH－）的分子量是17，比水气分子量小1，故比水气浮得更高。当它们在平流层底部还原成水（H2O）后，在－45℃的气温环境下，立即凝结成固态的霰粒，其直径在1微米以下，反射阳光，就像是雾障，特别浓密时，便犹如淡云。由于大量霰粒向云海掉落，云层的水雾向霰粒聚集，冻成较大的霰粒。当聚到1毫米左右直径时，原霰粒熔解为水，成为雨滴下落到地面。在冬季，原霰粒未被熔解，形成雪花或大霰粒下落到地面，这便是雨和雪的成因。在晴天时，高空霰粒在穿过没有云的云层时，因气温增高而在半空熔解，化为薄雾，或降落地面成为露、霜、或在降落途中，又被第二天的阳光和风再次蒸发。这些高空霰粒体积太小，容易熔解，不易现场“抓获”，故它的存在和作用常被气象学家们忽略。 现气象学一讲雨雪的成因，就说是暖湿气流遇到了冷气团，或湿热空气上升后冷却凝结云云。问题是，在夏秋雨季里，这些冷气团是从哪里来的呢?难道是从南北极圈专门跑来下雨的不成?既然湿热空气把地面的水汽与热能带到了高空，高空应该更热，为何又会冷却凝结为雨雪的呢?不首先弄清对流层顶部出现低温的原因，这种雨雪成因理论就根本不能自圆其说。 如前所述，第二次蒸发是高空寒冷的主因，大量霰粒落入云海并吸热熔解，会使云海“雪上加霜”，当云汽在这种寒冷条件下凝结为雨滴和雪粒后，比重增大，浮力消失，当然会向下飘落，形成雨雪。现在所说的“对流雨”、“地形雨”、“锋面雨”、“台风雨”、“人工降雨”等都只是在说明降雨过程所伴随的现象，并没有说清降雨的原因=========================================我们都知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的，雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的。那么，雪是怎么形成的呢? 在水云中，云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大成为雨滴的。 冰云是由微小的冰晶组成的。这些小冰晶在相互碰撞时，冰晶表面会增热而有些融化，并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次，冰晶便增大了。另外，在云内也有水汽，所以冰晶也能靠凝华继续增长。但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽不多，凝华增长很慢，相互碰撞的机会也不多，所以不能增长到很大而形成降水。即使引起了降水，也往往在下降途中被蒸发掉，很少能落到地面。 最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候，对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴却在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上"吸附"水汽的现象。在这种情况下，冰晶增长得很快。另外，过冷却水是很不稳定的。一碰它，它就要冻结起来。所以，在混合云里，当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候，就会冻结沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面，这就是雪花。 在初春和秋末，靠近地面的空气在0℃以上，但是这层空气不厚，温度也不很高，会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面。这叫做降"湿雪"，或"雨雪并降"。这种现象在气象学里叫“雨夹雪”。 同样雪的大小也按降水量分类. 雪可分为小雪,中雪和大雪三类, 具体见表3.表3. 各类雪的降水量标准种类 小雪 中雪 大雪 24小时降水量 2.5以下 2.6-5.0 大于5.0 12小时降水量 1.0以下 1.1-3.0 大于3.0雪的形成和种类 作者：大山文章来源：网上收集点击数：97更新时间：2005-1-16 我们都知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的，雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的。那么，雪是怎么形成的呢? 在水云中，云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大成为雨滴的。 冰云是由微小的冰晶组成的。这些小冰晶在相互碰撞时，冰晶表面会增热而有些融化，并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次，冰晶便增大了。另外，在云内也有水汽，所以冰晶也能靠凝华继续增长。但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽不多，凝华增长很慢，相互碰撞的机会也不多，所以不能增长到很大而形成降水。即使引起了降水，也往往在下降途中被蒸发掉，很少能落到地面。 最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候，对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴却在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上"吸附"水汽的现象。在这种情况下，冰晶增长得很快。另外，过冷却水是很不稳定的。一碰它，它就要冻结起来。所以，在混合云里，当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候，就会冻结沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面，这就是雪花。 在初春和秋末，靠近地面的空气在0℃以上，但是这层空气不厚，温度也不很高，会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面。这叫做降"湿雪"，或"雨雪并降"。这种现象在气象学里叫“雨夹雪”。 同样雪的大小也按降水量分类. 雪可分为小雪,中雪和大雪三类, 具体见表3.表3. 各类雪的降水量标准种类 小雪 中雪 大雪 24小时降水量 2.5以下 2.6-5.0 大于5.0 12小时降水量 1.0以下 1.1-3.0 大于3.0 雪花的形状 雪花的形状极多,而且十分美丽.如果把雪花放在放大镜下,可以发现每片雪花都是一幅极其精美的图案,连许多艺术家都赞叹不止。但是，各种各样的雪花形状是怎样形成的呢?雪花大都是六角形的，这是因为雪花属于六方晶系。云中雪花"胚胎"的小冰晶，主要有两种形状。一种呈六棱体状，长而细，叫柱晶，但有时它的两端是尖的，样子象一根针，叫针晶。别一种则呈六角形的薄片状，就象从六棱铅笔上切下来的薄片那样，叫片晶。 如果周围的空气过饱和的程度比较低，冰晶便增长得很慢，并且各边都在均匀地增长。它增大下降时，仍然保持着原来的样子，分别被叫做柱状、针状和片状的雪晶。 如果周围的空气呈高度过饱和状态，那么冰晶在增长过程中不仅体积会增大，而且形状也会变化。最常见的是由片状变为星状。 原来，在冰晶增长的同时，冰晶附近的水汽会被消耗。所以，越靠近冰晶的地方，水汽越稀薄，过饱和程度越低。在紧靠冰晶表面的地方，因为多余的水汽都已凝华在冰晶上了，所以刚刚达到饱和。这样，靠近冰晶处的水汽密度就要比离它远的地方小。水汽就从冰晶周围向冰晶所在处移动。水汽分子首先遇到冰晶的各个角棱和凸出部分，并在这里凝华而使冰晶增长。于是冰晶的各个角棱和凸出部分将首先迅速地增长，而逐渐成为枝叉状。以后，又因为同样的原因在各个枝叉和角棱处长出新的小枝叉来。与此同时，在各个角棱和枝叉之间的凹陷处。空气已经不再是饱和的了。有时，在这里甚至有升华过程，以致水汽被输送到其他地方去。这样就使得角棱和枝叉更为突出，而慢慢地形成了我们熟悉的星状雪花。 上面说的实际上是一个典型的星状雪花的形成过程。它的相当部位，不论形状或大小，都应当是相同的。这种典型的星状雪花只有在一个理想的、平静的环境中(譬如在实验室内)才能形成。在大气中，它不能象上面说的那样有步骤地增大，所形成的形状也就不能那样典型。这是因为冰晶逐渐在下降着，而且有时在旋转着，各个枝叉接触水汽的多少有所不同，而那些接触水汽较多的枝又便增长得较多。因此，我们平常所看到的雪花虽大体上一样但又互不相同。 另外，雪花在云内下降的过程中，也会从适宜于形成这种形状的环境降到适宜于形成另一种形状的环境，于是便出观了各种复杂的雪花形状。有的象袖扣，有的象刺猾。即使都是星状雪花，也有三个枝叉的、六个枝叉的，甚至有十二个枝叉、十八个枝又的。 以上所述都是单个雪花的情况。在雪花下降时，各个雪花也很容易互相攀附并合在一起，成为更大的雪片。雪花的并合大多在以下三种情况下出观。(1)当温度低于0℃的时候，雪花在缓慢下降的途中相撞。碰撞产生了压力和热，使相撞部分有些融化而彼此沾附在一起，随后这些融化的水又立即冻结起来。这样，两个雪花就并合到一起了。(2)在温度略高于0℃的时候，雪花上本来已覆有一层水膜，这时如果两个雪花相碰，便借着水的表面张力而沾合在一起。(3)如果雪花的枝叉很复杂，则两个雪花也可以只因简单的攀连而相挂在一起。 雪花从云中下降到地面，路途很长，在条件适合时，可以经多次攀连并合而变得很大。在降大雪的时候，有时有一些鹅毛般的大雪片，就是经过多次并合而成的。 但是，有时雪花互碰时不是互相并合在一起，而是给碰破了，这时便产生一些畸形的雪花。例如，在降雪的时候，有时会见到一些单个的"星枝"，就属于这种情况。===========================================云是降水的基础，是地球上水分循环的中间环节，并且云的发生发展总伴随着能量的交换。云的形状千变万化，一定的云状常伴随着一定的天气出现，因而云对于天气变化具有一定的指示意义。（一）云的形成条件和分类大气中，凝结的重要条件是，要有凝结核的存在，及空气达到过饱和。对于云的形成来说，其过饱和主要是由空气垂直上升所进行的绝热冷却引起的。上升运动的形式和规模不同，形成的云的状态、高度、厚度也不同。大气的上升运动主要有如下四种方式：1.热力对流指地表受热不均和大气层结不稳定引起的对流上升运动。由对流运动所形成的云多属积状云。2.动力抬升指暖湿气流受锋面、辐合气流的作用所引起的大范围上升运动。这种运动形成的云主要是层状云。3.大气波动指大气流经不平的地面或在逆温层以下所产生的波状运动。由大气波动产生的云主要属于波状云。4.地形抬升指大气运行中遇地形阻挡，被迫抬升而产生的上升运动。这种运动形成的云既有积状云，有波状云和层状云，通常称之为地形云。尽管云的形态千差万别，但其形成总有一定的规律。根据云的形成高度并结合其形态，国分类法将云分为4族10属。我国于1972年出版的《中国云图》将云分成3族11属（表3·3，详见《气学与气候学实习》第五章）。（二）各种云的形成1.积状云的形成积状云是垂直发展的云块，主要包括淡积云、浓积云和积雨云。积状云多形成于夏季午后，具孤立分散、云底平坦和顶部凸起的外貌形态。积状云的形成总是与不稳定大气中的对流上升运动相联系。有对流能否形成积云，除了取决于凝结的条件外，还取决于对流上升所能达到的高度。如果对流上升所能达到的最大高度（对流上限）高于凝结高度，则积状云形成，否则就不会形成积状云。对流愈强，对流上限高于凝结高度的差值就愈大，积状云厚度就愈大。对流上升区的水平范围广大，则积状云的水平范围也就愈大。淡积云、浓积云和积雨云是积状云发展的不同阶段。气团内部热力对流所产生的积状云最为典型。夏半年，地面受到太阳强烈辐射，地温很高，进一步加热了近地面气层。由于地表的不均一性，有的地方空气加热得厉害些，有的地方空气湿一些，因而贴地气层中就生成了大大小小与周围温度、湿度及密度稍有不同的气块（热泡）。这些气块内部温度较高，受周围空气的浮力作用而随风飘浮，不断生消。较大的气块上升的高度较大，当到达凝结高度以上，就形成了对流单体，再逐步发展，就形成孤立、分散、底部平坦、顶部凸起的淡积云。由于空气运动是连续的，相互补偿的，上升部分的空气因冷却，水汽凝结成云，而云体周围有空气下沉补充，下沉空气绝热增温快，不会形成云。所以积状云是分散的，云块间露出蓝天。对于一定的地区，在同一时间里，空气温、湿度的水平分布近于一致，其凝结高度基本相同，因而积云底部平坦。如果对流上限稍高于凝结高度，则一般只形成淡积云。由于云顶一般在0℃等温线高度以下，所以云体由水滴组成，云内上升气流的速度不大，一般不超过5m/s，云中湍流也较弱。在淡积云出现的高度上，如果有强风和较强的湍流时，淡积云的云体会变得破碎，这种云叫碎积云。当对流上限超过凝结高度许多时，云体高大，顶部呈花椰菜状，形成浓积云。其云顶伸展至低于0℃的高度，顶部由过冷却水滴组成，云中上升气流强，可达15—20m/s，云中湍流也强。如果上升气流更强，浓积云云顶即可更向上伸展，云顶可伸展至-15℃以下的高空。于是云顶冻结为冰晶，出现丝缕结构，形成积雨云。积雨云顶部，在高空风的吹拂下，向水平方向展开成砧状，称为砧状云。在顺高空风的方向上，云砧能伸展很远，因而它的伸展方向，可作为判定积雨云的移动方向。积雨云的厚度很大，在中纬度地区为5 000—8 000m，在低纬度地区可达10000m以上。云中上升下沉气流的速度都很大，上升气流常可达20—30m/s，曾观测到60m/s的上升速度，下沉速度也有10—15m/s。云中湍流十分强烈。热力对流形成的积状云具有明显的日变化。通常，上午多为淡积云。随着对流的增强，逐渐发展为浓积云。下午对流最旺盛，往往可发展为积雨云。傍晚对流减弱，积雨云逐渐消散，有时可以演变为伪卷云、积云性高积云和积云性层积云。如果到了下午，天空还只是淡积云，这表明空气比较稳定，积云不能再发展长大，天气较好，所以淡积云又叫晴天积云，是连续晴天的预兆。夏天，如果早上很早就出现了浓积云，则表示空气已很不稳定，就可能发展为积雨云。因此，早上有浓积云是有雷雨的预兆。傍晚层积云是积状云消散后演变成的，说明空气层结稳定，一到夜间云就散去，这是连晴的预兆。由此可知，利用热力对流形成的积云的日变化特点，有助于直接判断短期天气的变化。2.层状云的形成层状云是均匀幕状的云层，常具有较大的水平范围，其中包括卷层云、卷云、高层云及雨层云。层状云是由于空气大规模的系统性上升运动而产生的，主要是锋面上的上升运动引起的。这种系统性的上升运动，通常水平范围大，上升速度只有0.1—1m/s，因持续时间长，能使空气上升好几千米。例如当暖空气向冷空气一侧移动时，由于二者密度不同，稳定的暖湿空气沿冷空气斜坡缓慢滑升，绝热冷却，形成层状云。云的底部同冷暖空气交绥的倾斜面（又称锋面）大体吻合，云顶近似水平。在倾斜面的不同部位，云厚的差别很大。最前面的是卷云和卷层云，其厚度最薄，一般为几百米至2000m，云体由冰晶组成。位于中部的是高层云，其厚度一般为1000—3000m，顶部多为冰晶组成，主体部分多为冰晶与过冷却水滴共同组成。最后面是雨层云，其厚度一般为3000—6000m，其顶部为冰晶组成，中部为过冷却水滴与冰晶共同组成，底部由于温度高于0℃，故为水滴组成。从上述的系统性层状云形成中可以看到，在降水来临之前，有些云可以作为征兆。如卷层云，通常出现在层状云系的前部，其出现还往往伴随着日、月晕，因此如看到天空有晕，便知道有卷层云移来，则未来将有雨层云移来，天气可能转雨。农谚“日晕三更雨，月晕午时风”就是指此征兆。3.波状云的形成波状云是波浪起伏的云层，包括卷积云、高积云、层积云。云中的上升速度可达每秒几十厘米，仅次于积状云中的上升速度。当空气存在波动时，波峰处空气上升，波谷处空气下沉。空气上升处由于绝热冷却而形成云，空气下沉处则无云形成。如果在波动形成之前该处已有厚度均匀的层状云存在，则在波峰处云加厚，波谷处云减薄以至消失，从而形成厚度不大、保持一定间距的平行云条，呈一列列或一行行的波状云。一般认为形成波动的原因主要有二：一是由于大气中存在着空气密度和气流速度不同的界面，在此界面上引起波动。二是由于气流越山而形成的波动（称地形波或背风波）。在上层风速大、密度小，下层风速小、密度大的界面上产生波动时，由于各高度上的风向、风速常随时间变化，波动的方向也随之改变，新产生的波动叠加在原来的波动之上，从而形成棋盘格子般的云块。波动气层甚高时形成卷积云，较高时形成高积云，低时形成层积云。波状云的厚度不大，一般为几十米到几百米，有时可达1000—2000m。在它出现时，常表明气层比较稳定，天气少变化。谚语“瓦块云，晒死人”、“天上鲤鱼斑，明天晒谷不用翻”，就是指透光高积云或透光层积云出现后，天气晴好而少变。但是系统性波状云，像卷积云是在卷云或卷层云上产生波动后演变成的，所以它和大片层状云连在一起，表示将有风雨来临。“鱼鳞天，不雨也风颠”就是指此种预兆。4.特殊云状的形成除上述几种云的形成外，还有一些特殊云状，如堡状、絮状、悬球状、荚状等，它们的出现往往能预测天气的变化趋势。因此，了解它们的成因和特征，有助于利用它们判断未来天气。（1）悬球状云：是指从云底下垂的云团，多出现在积雨云的底部。有时在高积云、高层云和雨层云的底部也可以见到。当云中有大量的水滴时，如果云底附近有强烈的上升气流，将下降的水滴托住，便会形成好像悬挂在云底的云团，这就是悬球状云。悬球状云的出现，通常预兆有降水产生，因为一旦上升气流减弱，原先被托住的水滴就会降落下来，形成降水。（2）堡状云和絮状云：堡状云底部水平，顶部则是并列着突起的小云塔，形状像远方的城堡。这种云的形成，常常是在波状云的基础上发展起来的。当波状云在逆温层下形成以后，如果逆温层不太厚，则逆温层下湍流发展时，较强的上升气流就穿过逆温层，使水汽凝结，形成具有圆弧顶部的云朵，这就是堡状云。常见的堡状云有堡状高积云和堡状层积云。絮状云的个体破碎，形状像棉絮团，它常是潮湿气层中的强烈湍流混合作用而形成的，主要为絮状高积云。夏半年如早晨出现堡状高积云或絮状高积云，表示该高度上气层不稳定，到了中午，低层对流一发展，上下不稳定气层结合起来，会产生强烈上升气流，形成积雨云，下雷暴雨或冰雹。傍晚对流减弱，如出现堡状高积云，表明高空将有不稳定系统逼近，次日可能出现系统性雷暴雨。（3）荚状云：荚状云中间厚、边缘薄，云块呈豆荚状。常见的荚状云主要是荚状高积云和荚状层积云。荚状云是由局部上升气流和下降气流相汇合而形成的。当上升气流使空气绝热冷却而形成云时，如果遇到下降气流的阻挡，其边缘部分因下降气流而逐渐变薄，这样便形成荚状云。在山区，气流受到地形的影响也能形成荚状云。上面介绍了积状云、层状云、波状云和一些特殊云状形成的物理过程。但它们并不是孤立的不变的。由于条件的变化，它们可以是发展的或消散的，也可以从这种云转化为那种云。例如积状云中，淡积云可以发展到浓积云，最后形成积雨云。积雨云在消散时，可以演变成伪卷云、积云性高积云和积云性层积云。又例如，波状云发展时，可以演变成层状云（蔽光高积云可以演变成为高层云，蔽光层积云可以演变成为雨层云）。层状云消散时，也会演变成为波状云（雨层云消散时，可演变为高层云、高积云或层积云）。总之，云的产生、发展和演变是复杂的，也是有规律的。参考资料：《气象学与气候学(第三版）》作者：周淑珍============================================雾是由浮游在空中的小水滴或冰晶组成的水汽凝结物，雾生成在大气的近地面层中。雾既然是水汽凝结物，因此应从造成水汽凝结的条件中寻找它的成因。大气中水汽达到饱和的原因不外两个：一是由于蒸发，增加了大气中的水汽；另一是由于空气自身的冷却。对于雾来说冷却更重要。当空气中有凝结核时，饱和空气如继续有水汽增加或继续冶却，便会发生凝结。凝结的水滴如使水平能见度降低到1千米以内时，雾就形成了。 另外，过大的风速和强烈的扰动不利于雾的生成。 因此，凡是在有利于空气低层冷却的地区，如果水汽充分，风力微和，大气层结稳定，并有大量的凝结核存在，便最容易生成雾。一般在工业区和城市中心形成雾的机会更多，因为那里有丰富的凝结核存在。 ============================================露是水蒸气遇到冷的物体凝结成的水珠。为了说明露的成因，可以模拟自然界形成露的条件，利用水的蒸发增加空气的湿度，利用冰降低物体的温度，这样，在冷的物体上就会有露出现。通过此实验，既可以使学生了解露的成因，又可以使学生学习模拟实验的设计方法。============================================在寒冷季节的清晨，草叶上、土块上常常会覆盖着一层霜的结晶。它们在初升起的阳光照耀下闪闪发光，待太阳升高后就融化了。人们常常把这种现象叫"下霜"。翻翻日历，每年10月下旬，总有"霜降"这个节气。我们看到过降雪，也看到过降雨，可是谁也没有看到过降霜。其实，霜不是从天空降下来的，而是在近地面层的空气里形成的。 霜是一种白色的冰晶，多形成于夜间。少数情况下，在日落以前太阳斜照的时候也能开始形成。通常，日出后不久霜就融化了。但是在天气严寒的时候或者在背阴的地方，霜也能终日不消。 霜本身对植物既没有害处，也没有益处。通常人们所说的"霜害"，实际上是在形成霜的同时产生的"冻害"。 霜的形成不仅和当时的天气条件有关，而且与所附着的物体的属性也有关。当物体表面的温度很低，而物体表面附近的空气温度却比较高，那么在空气和物体表面之间有一个温度差，如果物体表面与空气之间的温度差主要是由物体表面辐射冷却造成的，则在较暖的空气和较冷的物体表面相接触时空气就会冷却，达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出。如果温度在0°C以下，则多余的水汽就在物体表面上凝华为冰晶，这就是霜。因此霜总是在有利于物体表面辐射冷却的天气条件下形成。 另外，云对地面物体夜间的辐射冷却是有妨碍的，天空有云不利于霜的形成，因此，霜大都出现在晴朗的夜晚，也就是地面辐射冷却强烈的时候。 此外，风对于霜的形成也有影响。有微风的时候，空气缓慢地流过冷物体表面，不断地供应着水汽，有利于霜的形成。但是，风大的时候，由于空气流动得很快，接触冷物体表面的时间太短，同时风大的时候，上下层的空气容易互相混合，不利于温度降低，从而也会妨碍霜的形成。大致说来，当风速达到3级或3级以上时，霜就不容易形成了。 因此，霜一般形成在寒冷季节里晴朗、微风或无风的夜晚。 霜的形成，不仅和上述天气条件有关，而且和地面物体的属性有关。霜是在辐射冷却的物体表面上形成的，所以物体表面越容易辐射散热并迅速冷却，在它上面就越容易形成霜。同类物体，在同样条件下，假如质量相同，其内部含有的热量也就相同。如果夜间它们同时辐射散热，那末，在同一时间内表面积较大的物体散热较多，冷却得较快，在它上面就更容易有霜形成。这就是说，一种物体，如果与其质量相比，表面积相对大的，那么在它上面就容易形成霜。草叶很轻，表面积却较大，所以草叶上就容易形成霜。另外，物体表面粗糙的，要比表面光滑的更有利于辐射散热，所以在表面粗糙的物体上更容易形成霜，如土块。 霜的消失有两种方式：一是升华为水汽，一是融化成水。最常见的是日出以后因温度升高而融化消失。霜所融化的水，对农作物有一定好处。==================================================冰雹和雨、雪一样都是从云里掉下来的。不过下冰雹的云是一种发展十分强盛的积雨云，而且只有发展特别旺盛的积雨云才可能降冰雹。 积雨云和各种云一样都是由地面附近空气上升凝结形成的。空气从地面上升，在上升过程中气压降低，体积膨胀，如果上升空气与周围没有热量交换，由于膨胀消耗能量，空气温度就要降低，这种温度变化称为绝热冷却。根据计算，在大气中空气每上升100米，因绝热变化会使温度降低1度左右。我们知道在-定温度下，空气中容纳水汽有一个限度，达到这个限度就称为“饱和”，温度降低后，空气中可能容纳的水汽量就要降低。因此，原来没有饱和的空气在上升运动中由于绝热冷却可能达到饱和，空气达到饱和之后过剩的水汽便附着在飘浮于空中的凝结核上，形成水滴。当温度低于摄氏零度时，过剩的水汽便会凝华成细小的冰晶。这些水滴和冰晶

全球气候变暖的背景 全球变暖是指全球气温升高.近100多年来,全球平均气温经历了冷－暖－冷－暖两次波动,总的看为上升趋势.进入八十年代后,全球气温明显上升. 1981～1990年全球平均气温比100年前上升了0.48℃.导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等）,排放出大量的CO2等多种温室气体.由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性,而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性,也就是常说的“温室效应”,导致全球气候变暖. 全球变暖的后果,会使全球降水量重新分配,冰川和冻土消融,海平面上升等,既危害自然生态系统的平衡,更威胁人类的食物供应和居住环境. 出现全球变暖趋势的具体原因是,人们焚烧化石矿物以生成能量或砍伐森林并将其焚烧时产生的二氧化碳进入了地球的大气层.政府间气候变化问题小组根据气候模型预测,到2100年为止,全球气温估计将上升大约1.4-5.8摄氏度(2.5-10.4华氏度).根据这一预测,全球气温将出现过去10,000年中从未有过的巨大变化,从而给全球环境带来潜在的重大影响. 为了阻止全球变暖趋势,1992年联合国专门制订了《联合国气候变化框架公约》,该公约于同年在巴西城市里约热内卢签署生效.依据该公约,发达国家同意在2000年之前将他们释放到大气层的二氧化碳及其它“温室气体”的排放量降至1990年时的水平.另外,这些每年的二氧化碳合计排放量占到全球二氧化碳总排放量60%的国家还同意将相关技术和信息转让给发展中国家.发达国家转让给发展中国家的这些技术和信息有助于后者积极应对气候变化带来的各种挑战.截止2004年5月,已有189个国家正式批准了上述公约. 全球变暖的历史与预测 全球变暖是真实的,而且正在进行! 主流科学界一致对全球变暖是越来越清楚了,每天在改变我们的气候都是真实的,他们也正在进行中.在20世纪末年初以来,表面平均温度的地球增加了约1.1f （ 0.6摄氏度） .在过去的40年中,气温上升约0.5f （ 0.2-0.3摄氏度） .在过去400-600年,全球变暖,在20世纪是更超过历史上任何一个时间, 7分之10的年,在20世纪发生在20世纪90年代,由于其中一个最强劲的下午1998是最热的一年,因为可靠的温度测量开始的. 此外,变化,在自然环境支持的事实,即地球正在变暖; 山区giaciers也在逐渐消退; 在过去四十年里,北极冰厚度已经下跌了大约40 ％ ; 全球海平面上升了约快三倍超过了过去的100年相比在以前的3000年里 有越来越多的研究显示,植物和动物改变其范围和行为回应气候. 根据仪器记录,相对于1860年至1900年期间,全球陆地与海洋温度上升了摄氏0.75度.自1979年,陆地温度上升速度比海洋温度快一倍（陆地温度上升了摄氏0.25度,而海洋温度上升了摄氏0.13度）.根据卫星温度探测,对流层的温度每十年上升摄氏0.12度至0.22度.在1850年前的一两千年,虽然曾经出现中世纪温暖时期与小冰河时期,但是大众相信全球温度是相对稳定的. 根据美国国家航空航天局戈达德太空研究所的研究报告估计,自1800年代有测量仪器广泛地应用开始,2005年是最温暖的年份,比1998年的记录高了摄氏百分之几度. 世界气象组织和英国气候研究单位也有类似的估计,曾经预计2005年是仅次于1998年第二温暖的年份. 在人类近代历史才有一些温度记录.这些记录都来自不同的地方,精确度和可靠性都不尽相同.在1860年才有类似全球温度仪器记录,相信当年的记录很少受到城市热岛效应的影响.从最近的千禧年内的多方记录所展示的长远展望,在过去1000年的温度记录中可以看到有关的讨论及其中的差异.最近50年的气候转变的过程是十分清晰,全赖详细的温度记录.到了1979年,人类更开始利用卫星温度测量来量度对流层的温度. 在2000年后,各地的高温记录经常被打破.譬如：2003年8月11日,瑞士格罗诺镇录得摄氏41.5度,破139年来的记录.同年,8月10日,英国伦敦的温度达到摄氏38.1,破了1990年的记录.同期,巴黎南部晚上测得最低温度为摄氏25.5度,破了1873年以来的记录.8月7日夜间,德国也打破了百年最高气温记录.在2003年夏天,台北、上海、杭州、武汉、福州都破了当地高温记录,而中国浙江省更快速地屡破高温记录,67个气象站中40个都刷新记录.2004年7月,广州的罕见高温打破了五十三年来的记录.2005年7月,美国有两百个城市都创下历史性高温记录.2006年8月16日,重庆最高气温高达43度.台湾宜兰在2006年7月8日温度高达38.8度,破了1997年的记录.2006年11月11日是香港整个十一月最热的一日,最高气温高达29.2度,比1961年至1990年的平均最高温26.1度还要高. 据新华社电美国科学家研究发现,古代农业活动曾使世界避免进入新冰川期.这说明,人类活动引起全球气候变暖可能持续了数千年.研究人员说,砍倒大树并开垦第一片田地的史前农民使大气中甲烷和CO 2等温室气体含量发生了很大变化,全球气温因此逐渐回升. 美国弗吉尼亚大学教授拉迪曼说：“要不是早期农业带来的温室气体,目前地球气温很可能还是冰川时期的气温.”拉迪曼承认,研究结果非常容易引起争议. 美国国家大气研究中心17日说,科学家通过两项最新研究预测,即使现在全世界温室气体的排放量稳定在2000年的水平,本世纪全球变暖和海平面上升的趋势已经不可逆转. 国家大气研究中心的科学家在18日出版的《科学》杂志上连续发表两篇论文,从不同角度预测了全球气候变化的趋势.他们的成果将由联合国下属的政府间气候变化专家委员会评估,收录到2007年公布的下一份全球气候变化报告中. 在第一篇论文中,国家大气研究中心的魏格雷提出了一个较简单的数学模型来理解全球气候变化.他认为,由于海洋存在“热惯性”,对温室气体等外界影响的反应有所滞后,本世纪全球变暖的趋势只不过是以前排放温室气体的后果. 据魏格雷预测,到2400年,已存在于大气中的温室气体成分,将至少使全球平均气温升高1摄氏度；不断新排放的温室气体,又将导致全球平均气温额外升高2至6摄氏度.这两个因素还会分别引起海平面每世纪上升10厘米和25厘米. 他在论文中说,要遏制气候变暖的趋势,现在就必须将全球温室气体排放控制在极其低的水平,即使这样海平面上升的趋势恐怕也难以避免,每世纪10厘米的上升速度可能是最乐观的预测. 由杰拉尔德·梅尔等人发表的第二篇论文则预测,由于“热惯性”的存在,即使本世纪中人类不向大气排放任何温室气体,到2100年全球平均气温也将至少升高0.5摄氏度,海平面将上升11厘米以上,其中海平面上升的速度比科学家早先的预测值高了一倍多.梅尔对此解释说,这是因为以前的预测没有考虑到冰川融化等的影响. 梅尔的研究小组用两套数学模型,借助超级计算机模拟了全球温室气体排放量分别为低、中、高时的气候和海平面变化情况. 全球变暖的条件 地球气候变暖和人类大量排放温室气体导致温室效应有关.但日本和丹麦科研人员近日指出,温室气体增加并非导致气候变暖的惟一原因,太阳活动变化在其中也起到了推动作用. 据《日本经济新闻》报道,日本横滨国立大学环境信息研究院的伊藤公纪教授制作了一张图表.从图上看,过去200年间地球平均气温和太阳磁场强度的变化曲线基本吻合.伊藤公纪由此推断,太阳活动对气候变暖也有影响,仅用温室气体增加解释气候变暖可能不够全面. 太阳活动对地球气温的影响已被专家们关注了很长时间.一般来说,太阳黑子多的时候,太阳活动剧烈.比如史料曾记载,公元17世纪时太阳黑子很少出现,当时的地球气候也相对寒冷.但地面获得的探测信息也显示,太阳活动强弱变化引起的太阳辐射能量变化幅度仅为0.1%,如此微小的变化似乎不足以对气候造成太大影响. 然而,最近国际空间科学界出现了一种假说,认为太阳活动的变化会改变地球上空的云量,“放大”太阳对地球的影响,从而左右气候变化.提出这种假说的丹麦科学家推测,射向地球的宇宙射线可较稳定地使部分大气离子化,使云容易生成,从而吸收太阳的大量辐射,降低地球温度.但是,太阳活动高峰时释放出的高速带电粒子流,能干扰宇宙射线射向地球,使云不易形成,进而导致地球温度升高.目前,丹麦科研人员正在研究与云形成有关的各种因素,以论证上述假说. 也有日本专家提出,虽然太阳辐射能量的变化幅度只有0.1%,但他们发现这种能量变化能使地球大气对于太阳紫外线的吸收量变化幅度达到百分之几,这种吸收量的增加会使大气臭氧层温度升高.日本气象研究所第二研究部负责人小寺邦彦表示,臭氧层温度的变化会波及对流层,从而对寒流和季风造成影响,但目前尚不清楚上述机制能对地球气候变暖产生多大影响.为了继续研究这个课题,小寺邦彦等人组成的国际研究小组已于去年开始工作. 全球变暖的原因 全球变暖的原因很多,概括以后有以下几点： 1.人口剧增因素 近年来人口的剧增是导致全球变暖的主要因素之一.同时,这也严重地危肋着自然生态环境间的平衡.这样多的人口,每年仅自身排放的二氧化碳就将是一惊人的数字,其结果就将直接导制大气中二氧化碳的含量不断地增加,这样形成的二氧化碳“温室效应”将直接影响着地球表面气候变化. 2.大气环境污染因素 目前,环境污染的日趋严重已构成一全球性重大问题,同时也是导致全球变暖的主要因素之一.现在,关于全球气候变化的研究已经明确指出了自上个世纪末起地球表面的温度就已经开始上升. 3.海洋生态环境恶化因素 目前,海平面的变化是呈不断地上升趋势,根据有关专家的预测到下个世纪中叶,海平面可能升高50cm.如不采取及对措施,将直接导致淡水资源的破坏和污染等不良后果.另外,陆地活动场所产生的大量有毒性化学废料和固体废物等不断地排入海洋；发生在海水中的重大泄(漏)油事件等以及由人类活动而引发的沿海地区生态环境的破坏等都是导致海水生态环境遭破坏的主要因素. 4.土地遭侵蚀、沙化等破坏因素 5.森林资源锐减因素 在世界范围内,由于受自然或人为的因素而造成森林面积正在大幅度地锐减. 6.酸雨危害因素 酸雨给生态环境所带来的影响已越来越受到全世界的关注.酸雨能毁坏森林,酸化湖泊,危及生物等.目前,世界上酸雨多集中在欧洲和北美洲,多数酸雨发生在发达国家,一些发展中国家,酸雨也在迅速发生、发展. 7.物种加速绝灭因素 地球上的生物是人类的一项宝贵资源,而生物的多样性是人类赖以生存和发展的基础.但是目前地球上的生物物种正在以前所未有的速度消失. 8.水污染因素 据全球环境监测系统水质监测项目表明,全球大约有10%的监测河水受到污染,本世纪以来,人类的用水量正在急剧地增加,同时水污染规模也正在不断地扩大,这就形成了新鲜淡水的供与需的一对矛盾.由此可见,水污染的处理将是非常地迫切和重要. 9.有毒废料污染因素 不断增长的有毒化学品不仅对人类的生存构成严重的威胁,而且对地球表面的生态环境也将带来危害.

雨是由云“变”来的。雨滴的体积是云滴体积的100万倍。也就是说，要100万个云滴才能构成一个雨滴。在湿空气中，因冷却而凝结出云滴。对于云体温度高于0℃的暖云来说，云中存在大小不同的云滴，大云滴下降速度快，上升速度慢；小云滴下降速度慢，上升速度快。于是，由于大小云滴相对速度的差异，使得大云滴有机会与小云滴相撞，结果小云滴就合并到大云滴中去了。这样，大云滴不断地增大，又因为上升气流分布不均匀，大云滴可以在云中多次上下运动，再加上云内的湍流作用，大云滴增大的机会就增加，于是大云滴越来越大，直到上升气流托不住它，掉下来成为雨.云是由许多小水滴和小冰晶组成的，雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的。在水云中，云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大成为雨滴的。 冰云是由微小的冰晶组成的。这些小冰晶在相互碰撞时，冰晶表面会增热而有些融化，并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次，冰晶便增大了。另外，在云内也有水汽，所以冰晶也能靠凝华继续增长。但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽不多，凝华增长很慢，相互碰撞的机会也不多，所以不能增长到很大而形成降水。即使引起了降水，也往往在下降途中被蒸发掉，很少能落到地面。 最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候，对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴却在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上"吸附"水汽的现象。在这种情况下，冰晶增长得很快。另外，过冷却水是很不稳定的。一碰它，它就要冻结起来。所以，在混合云里，当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候，就会冻结沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面，这就是雪花。露是水蒸气遇到冷的物体凝结成的水珠。为了说明露的成因，可以模拟自然界形成露的条件，利用水的蒸发增加空气的湿度，利用冰降低物体的温度，这样，在冷的物体上就会有露出现。 冰雹和雨、雪一样都是从云里掉下来的。不过下冰雹的云是一种发展十分强盛的积雨云，而且只有发展特别旺盛的积雨云才可能降冰雹。 积雨云和各种云一样都是由地面附近空气上升凝结形成的。空气从地面上升，在上升过程中气压降低，体积膨胀，如果上升空气与周围没有热量交换，由于膨胀消耗能量，空气温度就要降低，这种温度变化称为绝热冷却。根据计算，在大气中空气每上升100米，因绝热变化会使温度降低1度左右。我们知道在-定温度下，空气中容纳水汽有一个限度，达到这个限度就称为“饱和”，温度降低后，空气中可能容纳的水汽量就要降低。因此，原来没有饱和的空气在上升运动中由于绝热冷却可能达到饱和，空气达到饱和之后过剩的水汽便附着在飘浮于空中的凝结核上，形成水滴。当温度低于摄氏零度时，过剩的水汽便会凝华成细小的冰晶。这些水滴和冰晶聚集在一起，飘浮于空中便成了云