2015年10月16日 星期五

雲何以能「浮」在天上?


朋友在前一篇拙文中留言:「點解咁重舊雲都唔會跌落地?」

這有幾個原因。

雲的產生, 只是在由地球表面上10,000至15,000米的對流層中, 由於太陽照射地球表面, 接近地球表面的空氣受熱而上升, 到了某個高度, 空氣中的水份遇冷而凝結成水滴, 累積起來而成為雲, 而更多上升的空氣, 將雲「托」住, 讓其「浮」在空中。相信大家都曾有過坐飛機穿越雲層的經驗, 即使是密雲陰天、或甚至是雨天的日子, 飛機也能在上升或下降時, 輕易穿越雲層, 因為就是最「密」的雨雲, 其密度也只不過是每立方米含有約3克的水滴而已。當飛機在10,000米的高空飛行時, 我們可以看到的, 是一片萬里無雲藍色的天空, 所有雲都是在飛機的下面。個人曾目睹過一團雲, 由與飛機差不多的高度, 一直伸延到接近海面, 估計厚度接近10,000米, 但因為是從飛機上向下望, 那團雲反射太陽的光, 雖然是那麼厚, 仍然是呈雪白色, 若然是由海上向上望, 那一定是一團黑壓壓的雨雲了。

第二個原因仍然是空氣, 但卻不是上升的空氣, 而是下沉的空氣。最好的例子, 是在香港的冬天時, 經常有來自北方亁燥的冷空氣, 就是所謂「冷鋒南下」。當冷空氣到達香港時, 遇上本地潮濕而溫暖的空氣, 冷空氣密度較高, 將密度較低的暖空氣「托」起, 令其中的水份迅速形成雲層, 甚至下雨。所以每當有「冷鋒南下」時, 氣溫會突然下降, 跟著是幾天寒冷而陰雨, 當冷空氣完全將暖空氣「推走」時, 就會變成寒冷但天晴了。若然那「冷鋒」很微弱, 冷空氣無法完全將暖空氣「推走」, 冷、暖空氣「糾纏不清」, 就會造成長時間、令人十分煩悶的陰雨日子。

「山雨欲來風滿樓」。當流動的空氣遇著山、或較高的地勢, 會被迫向上升, 和流動得更快。空氣中的水份在上升時形成雲, 甚至是雨雲, 被那些後來的、被迫上升的空氣所「托」起。

最後的是「氣動力學」的效應。一架500噸重的A380能夠「浮」在空中, 是通過飛行, 令空氣在機翼上產生升力, 來「托」起飛機的, 飛得越快, 產生的升力越大, 相反地, 飛得慢, 升力就小了。500噸重的A380, 實在很難飛得快, 所以唯有靠大面積的機翼, 來得到足夠的升力, 反之戰鬥機, 設計要能飛得快, 所以很小的機翼已足夠了, 但卻不能飛得慢, 否則沒有足夠的升力。如此類推, 一「舊」雲雖然很重, 但平面的面積卻很大, 只要慢慢移動, 或有風慢慢地吹過, 就能產生足夠的升力, 讓其「浮」在空中了。

縱合上述, 無論有多重的雲, 都不會「跌落地」的。

2015年10月14日 星期三

一「舊」雲, 有幾重?


「打風唔成三日雨」, 在「彩虹」帶來的「三日雨」之後, 還有整整一星期的密雲陰天, 這兩天天才回復晴朗的天空。

雲, 並不是地球所獨有的, 在太陽系中的其他行星和他們的衛星, 都會有雲。在地球上, 任何時間都有三份之二的地球表面, 被雲層所覆蓋。雲的形態有很多種, 但所有的雲, 由最輕薄的高空卷雲, 到厚厚的、黑壓壓的雨雲, 都是由水所組成的, 嚴格來說, 是由小水滴和小冰粒所組成, 其中最小的水滴, 直徑可能只有我們的頭髮的十份之一, 要形成一點雨, 需要一億滴小水滴。

水滴和冰粒本身是透明的, 但因為會將陽光散射和折射到不同方向, 而變得像灰白色, 令我們的肉眼能看得到所形成雲的形狀。當雲層比較薄時, 會呈現成白色, 而當雲層變得厚時, 陽光不能通過、或完全被散射和折射, 就會變成灰色, 或甚至黑色。

平常我們在天色晴朗時看到的高空卷雲, 好像很消遙的, 在藍色的天空中, 顯得格外雪白, 但在傾盤大雨要到來之前, 厚厚的、黑壓壓的雨雲, 像快要掉到地面上一樣。其實, 會掉到地面上的, 只是雲中的水滴, 而不論有多厚或多重, 那「舊」雨雲仍然會是浮在空中的。

一片輕薄的高空卷雲, 真的很輕, 平均每立方米之中, 含有約0.05克的小水滴, 那些會造成傾盤大雨的黑壓壓的雨雲, 含水量會比其多60倍, 即約3克的小水滴, 而一般的雨雲, 含水量約是0.5克。

根據這些數字, 就可以預測雨雲帶來的降雨量。一般的雨雲, 平均厚度約5000米, 以每立方米的含水量0.5克計算, 最多會有2.5毫米的雨量。那些會造成傾盤大雨的黑壓壓的雨雲, 厚度可能會有15000米, 如此類推, 就有可能帶來45毫米的雨量了。

一般的雨雲, 含水量約是每立方米0.5克, 不要小看這個好像是微不足道的數字, 一「舊」落不出雨的雨雲, 「閒閒地」都起碼有1000米長, 1000米闊, 1000米厚, 含有500噸的水了, 即超過一架A380客機的重量, 「唔係少嘢」。