白云为什么那么白(白云为什么看起来是白色的)
13462023-08-24
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阴天天空呈现灰白色的原因:
1、天晴或污染少时,太阳光线穿过大气层时发生的是空气分子引起的散射,只有波长比较短的蓝紫光遇到空气分子时发生散射(类似脚步比较短,跨不过空气子,只好被碰散了),因而天空呈蔚蓝色。
2、光的散射分为空气分子引起的散射和微小尘埃引起的散射。3、阴天或污染严重的时,有云层或粉尘多,太阳光线穿过大气层时主要发生的是微小尘埃引起的散射,这种情况下,各种波长的光都会被散射(七种可见光的波长都小于尘埃的直径,都跨不过去),因而天空呈灰白色。
白云都是细小的小雨滴。所以看起来就是白色的。
白云其实水蒸气,凝结飘浮地面为雾,这时它灰朦朦的,这时的气温较低。气温升高后,水蒸气升到万米高空即为云,白云之所以洁白,这跟睛好的天气分不开的,蓝蓝的天空白云飘,又说明蓝色是云的背景墙,才使云显的洁白。如背景换成其他颜色,它也就变了容颜……
○白云和乌云都是由小水滴组成的。瑞利定律对小水滴不适用,因为该定律是
以气体分子的二次发射为依据的,而小水滴是比纳米粒子还要大的无色透明的球透
镜。它的所谓“散射光”实际上是反射光以及经过几次折射后的透射光。
白云和乌云在“含水量”方面会有些差别,但“含水量”的提法是有点含糊的,
词不达意。它可以被理解为整个云朵的含水量,也可以被理解为单个水滴的含水量。
这两种理解都有一定根据。乌云能布满整个天空,白云却做不到。由此可见,就总
趋势来说,乌云的含水量一般大于白云。但是,天空里的一丝云既可以是白云又可
以是乌云,大片的云也有“白”、“乌”两种可能性,夏日巨大的白云团能在一瞬
间变成翻滚的乌云团,这就不能用含水量来解释了。如果“含水量”是指“单个水
滴的含水量”,那就准确了。
从云的形成过程来看,乌云如果不是从别处飘来的,那就必定是由白云变来的。
白云则不同,它除了可以从别处飘来或是由乌云变来以外,还可以在万里晴空的背
景上突然“创生”。我在研究太阳能问题期间曾非常留意天空中云情的变化,多次
看到,蓝天背景能在我目不转睛的几分钟里由蓝色变成粉蓝色,再变成边缘模糊的
淡淡的白云片以至变成有清晰边缘的白云朵。从未见过乌云能从蓝天背景上突然冒
出来。我还注意到:白云变成乌云多半是在雨前,乌云变成白云多半是在雨后。对
此类现象的解释是:夏日地表水在烈日下迅速蒸发,使空气湿度越来越大;高空的
温度低于地表温度,因而水蒸气首先在高空到达饱和状态和过饱和状态;高空总会
有一些灰尘,成为凝聚中心,使饱和蒸汽和过饱和蒸汽凝成细小的雾滴;雾滴足够
密集时,就成为肉眼可见的白云;雾滴越来越大,白云就变成为乌云;乌云中的水
滴继续变大,就变成雨滴;雨后空气的湿度变小,水蒸气重新回到不饱和的状态,
乌云中的小水滴开始蒸发,体积越来越小,这样就使乌云变成白云;白云中的雾滴
继续不断地蒸发,一旦全部汽化,白云就消失了,重新露出青天。
白云为何“白”?乌云为何“乌”?夏日白云团在一瞬间变成乌云团的例子最
能说明问题。在这种突变中,总水量基本上未变,太阳光的投射角也基本上未变,
显眼的变化是“由白变乌”。这种事情总是发生在雷雨即将到来之时,这就表明
“由白变乌”是水滴“由小变大”的结果。乌云并不是无亮度的“黑云”,而是有
亮度的,并且其散射光实际上也还是白光,与白云的散射光在光谱方面没有差别,
这是因为大水滴和小水滴对于可见光来说都是无色透明球透镜,散射光的颜色由入
射光的颜色决定。一旦明确了这一点,我们就能利用“亮度”来对白云和乌云作定
量的比较。
就单个水滴来说,散射光在特定方向上的通量与入射光的通量之比应当是一个
常数,与水滴的大小无关。但就整个云团来说,散射光的总通量与入射光的总通量
之比就不是常数了。单个水滴的散射截面正比于线度的平方,体积和质量正比于线
度的立方。这就意味着:在云团总质量和总体积不变的情况下,如果水滴的半径增
大一倍,那么单个水滴的散射截面就应当扩大为原来的4倍,而水滴总数则缩小为
原来的1/8,意味着总散射截面是原先的一半。由此可见,如果白云团中的水滴是
属于微米级,乌云云团中的水滴是属于亚毫米级(即100微米),那么白云的亮度就
应当是乌云的100倍。
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