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[杂谈] 看烟识天气

本帖由 漂亮的石头2016-04-18 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    日报标题:出门跑步之前,我看了看远处的大烟囱

    [​IMG] 漠北,大气科学/强风暴物理学

    为什么气象学家们需要关注天上的云?这看似不需要回答,因为这是气象啊!

    大气作为一种流体,它不像水一样可以稍微直观的去观察。它就在我们身边,无影无形,但又确实存在。云作为大气运动的产物,忠实的反映了大气的状态,可以说云是反应大气状态最好的信标。

    [​IMG]

    积雨云是大气强烈对流的生动写照,图上为鬃积雨云,拍摄者见水印。

    不过,从厚重的低云平均千米的高度,到缥缈的卷云动辄万米的高度,这对于生活在地面上的人类来说,似乎高了些。对生活在大气边界层中的我们来说,自由大气中的事情似乎离我们太远。

    那,还剩下什么呢?啊,对了,烟囱。作为工业化的标志,越来越多的烟囱竖立在底层的大气中,源源不断的向大气排放着工业的残渣。而这也促进了大气科学的分支——污染气象学的蓬勃发展。

    烟云的扩散,就可以间接地反应边界层内大气的运动情况,例如,风速就可以通过烟云的状态观察出来。

    下面列举几种最为常见的烟云模式

    一、稳定条件下的烟云

    稳定层结的条件下,大气的状态是比较稳定的,在这样的环境下,风小,大气的稀释能力比较弱,烟囱排出的烟云在垂直方向上扩散能力比较弱,烟云只能在一个较窄的层次内水平扩散。

    这种烟云状态又被称为扇形烟云。

    [​IMG]

    并没有找到太好的扇形烟云的图片,可能并不太受摄影师的喜爱吧。

    下面这张图片是简图。

    [​IMG]

    注:图左侧的虚线的斜率的相反数为干绝热减温率,右侧的实线的斜率的相反数为温度减温率。当

    [​IMG]

    时,大气层结稳定,

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    大气层结中性,

    [​IMG]

    大气层结不稳定。

    在这样的环境下,虽然处于逆温的条件下,但较高的烟囱排出的烟云并不是大气污染物的主要来源。因为上面也说过,烟云只能在一个较窄的层次内扩散。而地面的污染物很可能就来源于地面(地面源),例如低矮的烟囱、汽车的尾气,焚烧垃圾、焚烧秸秆等等。并且由于逆温,很不利于地面污染物扩散。

    二、层结中性条件下的烟云

    这种条件下形成的烟云又被称为锥形烟云。多出现在阴天或大风的条件下,烟云的形状就像一个被拉长的圆锥。

    锥形烟云,烟云的垂直尺度稍被限制。沿轴线呈现较对称的状态。

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    [​IMG]

    [​IMG]

    三、不稳定条件下的烟云

    这种烟云又被称为环形烟云或者波浪形烟云或者链条形烟云。这是在大气层结不稳定的时候出现的。由于大气不稳定,存在尺度较大的湍流,使得烟流曲折、破碎,常出现在夏季的午后。

    [​IMG]

    这个。。也没有找到什么有代表性的图片。

    标准的情况应该是这样的

    [​IMG]

    当湍流的尺度越大,烟云破碎的程度就越明显。由于湍流的活动十分的强烈,这种烟云消散较快。对于位于地面的排放源来说,在这样的情形下,消散的速度是最快的。而对于烟囱之类的高架源来说,位于下风方的一定距离地区污染物浓度往往是最高的,但是随着距离的增加,污染物浓度会越来越小。

    并且,如果发现这种烟云长时间的存在的话,证明大气一直处于不稳定的状态,需要警惕对流天气的发生。

    四、复合条件下的烟云

    1、上部中性(或不稳定),下部稳定。

    这样的烟流形状又被称为屋脊形烟云。常出现在日落前后,下部逆温层逐渐建立的过程中。

    屋脊形烟云,下部较平整,上部突出。

    [​IMG]

    [​IMG]

    [​IMG]

    这种条件对于高架源(烟囱)的排放是有利的。

    2、上部稳定,下部中性(或不稳定)

    这种情况常常发生在早晨,夜晚的逆温层被破坏的过程中。又被称为烟熏性烟云

    [​IMG]

    [​IMG]

    其实听名字也可以知道,这种条件对于是最不利于污染物的扩散的,稳定的逆温层犹如一个盖子,将污染物牢牢盖住。

    同样也是部分工业城市、工业区早晨烟雾弥漫的原因。

    这也是(在工业城市、或者污染普遍严重的大背景下)不推荐早晨晨练的原因之一。

    -- 完

    图片来源于搜索引擎,图片来源见水印。

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