为什么冬天温度更低却不会下冰雹呢(为什么冬天不下冰雹!)
在生活中,很多人可能想了解和弄清楚为什么冬天温度更低却不会下冰雹?的相关问题?那么关于为什么冬天温度更低却不会下冰雹呢的答案我来给大家详细解答下。
你听说过冬天下冰雹吗?应该没有吧!
都是由冰构成的,为什么冬天会下雪下冰粒子(有的地方叫冰霰子)就是不会下冰雹呢?冰雹有哪些特别之处?它会出现在什么地方?本文将从科学的角度为你一一解析。
甭管天上下的是啥,开头都是冰
古人说“高处不胜寒”。无论盛夏还是严冬,越往高处气温越低,至少在地球的对流层是有科学道理的。
在咱们头顶上,大气对流层的平均厚度大约为17千米,相对于大气层来说并不算厚,但这里积聚了整个大气质量的75%、水蒸气和气溶胶的99%。大气层就像是一个巨大的襁褓包裹着地球,为我们保暖。
从空间站拍摄航天飞机,背景中橘红色是地球的对流层
地球主要通过太阳辐射的光来获得热量,阳光中大约有47%的能量会被地表吸收,然后再辐射出来。辐射加热了大气层(主要是对流层)中的二氧化碳和水蒸气等温室气体,于是地表的大部分热量会在对流层里循环。越靠近地面的地方接收地面热辐射越多,因此这里的温度越高;越往高处接收到的热辐射越少,温度就越低。
前些天坐飞机从北京回深圳,通过飞机上的信息系统了解到空中的实时温度信息,可以看出,随着飞行高度的上升,机舱外空气的温度在不断降低,当飞机最终上升到1.1万米的巡航高度时,舱外气温基本稳定在-60℃左右。由此可见,高处不胜寒是真的。
飞行高度与舱外气温的变化
受许多因素的影响,大气温度与高度并没有严格的对应关系,但在几千米高空的云层里,无论冬夏,气温低于0℃的情况很常见。云团中常常混合着几微米大小的冰晶、1~20微米直径的过冷水滴和被冷却的水分子。这里是雨水、雪花和冰雹诞生的地方。
云中充满水蒸气、水滴和冰晶
云里的水滴因为有表面张力,它们很难变大,所以也不容易掉下来。即便是有个头大一点的,比如长大到100微米,掉出了云层,它也会迅速蒸发,变成水蒸气,又重新回到云里。只有结成冰,水滴才有逃出生天、降临人间的机会。
雨雪的形成
云层里的水滴通常都十分细小,它的直径大多在2~10μm之间,由于过冷水滴周围的蒸气被消耗,它不容易长大。同时因为表面张力等原因,两个小水滴会互相排斥,相碰撞时也不会融合成一颗,而是像皮球一样弹开。
在云层中,水滴与冰晶大多会发生弹性碰撞
云层中的小冰晶却比较容易长大,它与过冷水滴上的蒸气压存在差异,冰晶表面的蒸气压比过冷水滴低0.266毫巴。假设冰晶温度与过冷水滴的温度都是-10℃,对于水来说蒸气压刚好饱和,而对于冰则处于超饱和,压力梯度从水过渡到冰晶,使冰晶有机会得到快速生长,变成大冰粒甚至雪花。
随着一点点长大,冰粒和雪晶会从寒冷的云层中飘落。如果云层下方的空气温度高于云里的气温(大多数时候都是如此),冰晶会融化成雨滴落下来;若下方的温度不足以完全融化冰晶,下的就是雨夹雪;而如果在隆冬季节,我们看到的便是雪花了。
下雨与下雪的区别
上升气流与冰雹“二进宫”
切开一颗冰雹,你会发现它的剖面像洋葱一样是一层一层的。为什么会出现这种情况?
冰雹切开后的剖面
所有的冰雹都分层,这是由上升气流造成的,上升气流越强,冰雹的分层就越多,冰雹也越大。
接近地表的空气温度比较高时,热空气会膨胀,密度降低,热气团上升形成向上的气流。上升气流会向上托举那些掉落的冰粒,将其送回到高空寒冷的云层之中。那些来不及融化的冰粒在云层中重新冻结,它周围那些过冷的水滴和冰晶也会在冰的表面迅速凝结。在冷云团的上方的温度非常低,水滴凝固的速度非常快,以至于许多空气泡被困其间,于是我们看到这里呈白色。
冰雹长大后再次下落,在下降到冷暖云层交汇处时,表层开始融化,这时候周围水气和雾滴凝结的速度变慢,冰面的空气泡有机会逃出来,于是冰雹的表面变得透明,直到上升气流再一次将它推送到冷云团中重复上面的旅程。
冰雹在起落的过程中不断长大
就这样,冰粒在一次一次的起起落落中一点点变大,直到下方的热空气团托不动它,于是冰雹掉下来砸在地面。
巨大的冰雹与被砸坏的车
冬天不存在冰雹生成的条件
通过前一节对于冰雹形成过程的分析,我们可以看出,冰雹的生成需要上升气流。上升气流是冰雹生成和长大的必要条件,上升气流越强,就越有力量将冰疙瘩一次次地向上推,于是冰雹就能在吸积、融化与凝结的循环中长得更大。这一切需要在强对流云团中才能完成,冬天地表的空气温度比较低,不具备生成强对流云团的条件,也就不会生成冰雹。
冰雹生成于上升气流中
有人可能会说,老粥你讲的不对,我明明见过冬天下的冰雹!并且我有证据:
冰霰
这种冬季常见的小冰疙瘩叫冰霰,英文名为Graupel。尽管有人将其称为“软冰雹”,但它其实是豌豆大小一坨一坨的雪丸。从微观角度观察,冰霰是在下落过程中被过冷雾滴包裹起来的雪晶,它松散易碎,不像冰雹那样有一层一层坚硬的冰壳。与冰雹相比,冰霰不过是徒有其表而已。
冰雹、冰霰、冰粒和雪花
最后来做一个总结:
雨、雪和冰雹都是由高空寒冷云层中的冰晶发展而成,云中的水气和过冷水滴通过在冰晶上凝结,使冰晶变大变重下落,从而形成降雨或降雪。
冰雹的形成需要额外的上升气流,上升气流会将下落的冰晶重新推到湿冷的云层中,使其包裹更多的水冰并一点点长大。
冰雹的大小与上升气流的强度密切相关,39公里/小时的温和上升气流只能形成豌豆大小的冰雹;97公里/小时的上升气流可以让冰雹长到核桃那么大;124公里/小时的风能将冰雹推得更高,让它长到网球大小;而166公里/小时的超强气流可以使冰雹直径超过10厘米。
一颗大冰雹与垒球的对比
冬季气温低,缺乏明显上升气流,不具备冰雹产生的必要条件。雪花和冰粒达到一定重量后会穿破云层直接落向地面,没有力量让它们在寒冷潮湿的云团里反复徘徊,因此它们没有机会长得更大。
温馨提示:通过以上关于为什么冬天温度更低却不会下冰雹?内容介绍后,相信大家有新的了解,更希望可以对你有所帮助。