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  • 夜光云

    夜光云(Noctilucent cloud),又被称为极地中气层云,是指深曙暮期间出现于地球高纬度地区高空的一种发光而透明的波状云。它一般都需要有三个条件:低温、水蒸汽和尘埃,这样水蒸汽才能凝结成极小的冰晶。

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    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 夜光云 英文名: Noctilucent cloud
    高 度: 80km 分 类: 波状云

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    分布/夜光云 编辑

    英国上空的美丽夜光云 英国上空的美丽夜光云

    当夜光云从外层空间被看见,就被称为“夜耀云”(night-shining clouds);从地球上看见,就称为“夜光云”(noctilucent clouds)。它是一种形成于中间层(大气层按高度分为对流层、平流层、中间层、热层和逃逸层,逃逸层具体高度未知与外太空没有明显的边界)的云,只形成于距离地表 82-102 公里的大气空 间边缘部位。夜光云只有在高纬度地区(50-65)的夏季当太阳在地平线以下6°~12°时,即低层大气在地球阴影内,而高层大气的夜光云被日光照射时,才能用肉眼直接观察到。

    成因/夜光云 编辑

    夜光云 夜光云

    夜光云的成因科学界还有争议,最主流的理论认为它主要是由极细的冰晶构成,这个经验理论只在对流层成立。

    对流层之上是平流层(同温层),再往上才是中间层,但平流层的特点是上热下冷,故垂直方向上的对流很少而主要是水平方向上的大气运动(所以客机飞行一般选择在平流层中),这样实际上中间层的温度是很高而不是很低了。科学家们认为这可能是由于垂直方向上重力波的衰减造成的。重力波由于各种异常原因而可能在某些地方减弱,从而导致了低层大气向上的动量传递。这样那些在向东方向上具有很强相速度的重力波将向东的动量传递给了高层的大气。

    向东方向的流动将受到赤道方向的科里奥利力的作用,这将引起垂直方向上带有水气的大气流动(要说明是,高层大气的水气不一定直接来至地面,有可能是由于甲烷的光分解形成的)。因为只有夏季时高纬度的平流层才允许相速度东向的重力波传入中间层(冬季季风方向相反,因而东向的动量不能传入中间层),这样,处于夏季的半球的中间层温会因动量的流失而降低(相应地冬季半球的中间层温度会升高),从而导致了中间层的降温现象(130 k)。实际上,在整个极地地区的夏天,卫星能够观察到大片的中间层云团,但是纬度太高的地区在夏季处于极昼,因而夜光云是不易被发现的。在这种条件下,夜光云就只能在夏季的某些高纬度地区被观察到了。

    现象描述/夜光云 编辑

    夜光云是一种形成于中间层的云,距地面的高度一般在80km左右。这种罕见的云只有在高纬度地区(50-65)的夏季才能看见。

    夜光云常呈淡蓝色或银灰色,是夜光云中的冰晶颗粒散射太阳光的结果,这类冰晶颗粒的半径一般为0.05~0.5微米。夜光云看起来有点像卷云,但比它薄得多,而且颜色为银白色或蓝色,出现在凌晨太阳升起或者黄昏太阳降落时,太阳与地平线夹角在6-15度之间的时候。这是非常自然的,因为时候太早会因为其太薄而看不见,而太迟了它也会落到地球的阴影之中去。

    主要类型

    根据2012年7月的观察结果,夜光云(NLCs)的主要类型有四种:面纱型(veil)、条带型(bands)、波浪型(waves)和旋涡型(whirls)。

    现象研究

    在1883年印度尼西亚喀拉喀托火山爆发两年后,人类第一次观测到这种夜间发光的云,以后,夜光云的出现越来越频繁。美国弗吉尼亚州汉普顿大学的一位大气物理学家吉姆·拉塞尔表示,与以往相比,它们出现得更为频繁,时间更长,纬度也更低。

    夜光云 夜光云

    但是为什么会出现夜光云一直是个不解之谜。有数颗卫星已经观测到过夜光云,但还没有一次专门研究它们的太空行动。中层大气高空冰探测卫星从美国加州范登堡空军基地发射升空不久后,开始解答这些问题。一架喷气式飞机将带着它飞越太平洋到达12千米的高度,并在那儿放开飞船。然后,中层大气高空冰探测卫星将点燃引擎,最终进入地球上空大约600千米处的一条极轨道。

    中层大气高空冰探测卫星将研究北极和南极上空的夜光云。拉塞尔表示,南北两个半球的夜光云之间有着很大的不同。北极上空的夜光云看上去比南极上空的要亮一点,出现的高度更低。但在这两个地方,要形成夜光云都需要三个条件:低温、水蒸汽和尘粒,这样水蒸汽才能凝结成极小的冰晶。

    中层大气高空冰探测卫星携带的三套科学仪器就是为了从不同角度仔细查看夜光云。构成夜光云的冰晶直径一般为50纳米,阳光反射在这些微粒上,使其只有当天空其余部分暗下来的黎明或黄昏时分才能被看见。拉塞尔表示,这种效果就好像在太阳部分落下后看一架在高空中飞行的飞机反射阳光一样。这些云也会起伏波动,发出微光。拉塞尔说:“它们相当亮,似银一般闪亮的蓝色,还闪闪发光。他们捕捉到了这一景象。”

    高纬度地区的天空观测者对夜光云的高峰季节进行了追踪—在北半球从5月15日到8月20日,其中活动最频繁的是7月初。来自中层大气高空冰探测卫星的结果可能最终弄清夜光云形成的确切条件,尤其是不断增多的温室效应气体是否会促成夜光云更频繁地出现。

    博尔德(Boulder)科罗拉多大学中层大气高空冰探测计划的一位联合调查员科拉·兰德尔表示,越来越多的温室效应气体,如二氧化碳,使得低海拔地区的气候变暖,而形成夜光云的高海拔地区的气温则会下降。另外,高含量的温室效应气体甲烷实际上会导致在高海拔地区形成更多的水蒸汽。兰德尔解释,这样看来,低温和更多水蒸汽的存在可能导致多数夜光云更为频繁地形成。她说:“问题是,究竟是什么综合因素导致夜光云更为频繁地出现,变得更亮。”

    形成记录

    2017年年12月23日,埃隆·马斯克旗下的SpaceX的“猎鹰”9型火箭从南加州范登堡空军基地起飞,携带10颗通讯卫星进入太空,在大气层形成了夜光云。 [1]

    2018年4月27日晚8点左右,北京上方出现夜光云版本的航迹云。  

    影响/夜光云 编辑

    夜光云存在的时间从几分钟到几个小时。强夜光云的亮度相当于国际二级极光亮度;弱夜光云一般用肉眼看不见,只有用紫外或红外光学仪器观察。

    关于夜光云的信息,主要来自火箭和卫星的探测。对夜光云的研究,可揭示中间层顶的大气结构、大气波动和化学过程等的规律。 [2]

    相关文献

    参考资料
    [1]^引用日期:2018-04-29
    [2]^引用日期:2019-07-07

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