走近科学:“穿孔云”的形成

导语:你可能对天空中划过的两条轨迹很熟悉,那是飞机在高空中喷射尾气形成的缕缕云朵。但如果你见过冲孔云,你会惊讶于它们奇怪的外观。

走近科学:“穿孔云”的形成

它们看起来像高积云中奇怪的空地,通常是圆形的晴空,被云包围着。有时人们称他们为不明飞行物。飞机会产生穿孔云——但它们是怎么做到的呢?

高积云层是:由低于冰点的小水滴组成,被称为"过冷水滴"。"如果冰晶能够在过冷的液滴层中形成,它们将迅速生长并收缩,甚至可能完全蒸发掉液滴。"

走近科学:“穿孔云”的形成

包括安德鲁·海姆斯菲尔德和他的合作者在内的研究表明,飞机穿过这些云层会触发更重的冰晶的形成,这些冰晶落到地球上,然后在云层中留下圆形的空洞。

他们的结论是飞机的螺旋桨和机翼导致了最初冰晶的形成。机翼和螺旋桨顶端有局部低压区,使得空气在低于云层初始温度的情况下膨胀和冷却,形成冰晶。

走近科学:“穿孔云”的形成

美国国家大气研究中心的安德鲁·海姆斯菲尔德几年前接受了记者的采访,当时他的研究首次发表。他告诉记者:

喷气式飞机制造这些特征的整个过程与机翼上产生冰的空气冷却有关。

他的研究小组发现,在较低的海拔地区,喷射气流可以在云层中穿孔,产生少量的雨雪。当飞机飞越中层云层时,它迫使空气迅速膨胀并冷却。云中的水滴凝结成冰,落下时又变成雪。这个缺口扩大,在云层中形成壮观的空洞。他说:

我们发现德克萨斯州上空有一个典型的穿孔云。从卫星图像中,你可以看到天空中有很多洞,有很多洞,还有很长一段时间飞机在云层中飞行留下的通道。

走近科学:“穿孔云”的形成

海姆斯菲尔德利用NCAR开发的天气预报模型——以及美国国家航空航天局(NASA)的CloudSat卫星提供的云的雷达图像——解释了喷气式飞机如何产生出穿孔云的物理原理。

海姆斯菲尔德的研究小组发现,每一架可测量的商用喷气机、私人喷气机、军用喷气机以及涡轮增压支柱都在制造这些小孔。他说,一团穿孔云在形成后会膨胀数小时。大型机场的飞机流量很大,是研究穿孔云的好地方。他说:

我们决定看看世界各地的主要机场,特别是在冬季云层较低和云层较冷的地方,我们发现适合这个过程发生的频率实际上相当高,大约在3%到5%之间。在冬季,可能会高出两到三倍,达到10%到15%。

走近科学:“穿孔云”的形成

他说,人们在飞行中透过飞机的窗户可以亲眼看到机翼如何改变云层。

当一架飞机有时降落或起飞时——尤其是在潮湿的热带地区——你会看到飞机机翼上有一小层云。基本上,在机翼上发生的事情,就是冷却产生云的过程。

它基本上是一个过冷的云。它就像你在地面上看到的雾,只不过它的温度是零摄氏度。在膨胀的过程中,空气在机翼上膨胀冷却。冷却温度可以达到20摄氏度。

海姆斯菲尔德说,机翼上方的空气冷却会产生冰。

走近科学:“穿孔云”的形成

关于德克萨斯事件,卫星图像显示有许多钻孔口和通道,海姆斯菲尔德说:

我们发现大约有一百个这样的小特征。我们决定,首先,确定他们的位置,看看我们能否把他们和特定的飞机联系起来。然后我们做的第二件事是,好吧,为什么这些长频道要持续一段时间卫星要拍下它们的快照?我们得到了高时间分辨率的卫星图像,能够跟踪这些特征,这些洞,并观察它们随着时间的推移而发展,观察它们是如何发展的。


分享到:


相關文章: