積狀雲

孤立、分散、垂直發展的雲塊

積狀雲是垂直發展的雲塊,主要包括淡積雲濃積雲積雨雲

定義


積狀雲(cumuliform cloud)積狀雲是垂直發展的雲塊,主要包括淡積雲、濃積雲和積雨雲。積狀雲多形成於夏季午後,具孤立分散、雲底平坦和頂部凸起的外貌形態。
積狀雲的形成總是與不穩定大氣中的對流上升運動相聯繫。有對流能否形成積雲,除了取決於凝結的條件外,還取決於對流上升所能達到的高度。如果對流上升所能達到的最大高度(對流上限)高於凝結高度,則積狀雲形成,否則就不會形成積狀雲。對流愈強,對流上限高於凝結高度的差值就愈大,積狀雲厚度就愈大。對流上升區的水平範圍廣大,則積狀雲的水平範圍也就愈大。
積狀雲外貌形態及對應成因:
孤立分散:空氣是連續的,相互補償,上升部分的空氣因冷卻,水汽凝結成雲,而雲體周圍有空氣下沉補充,下沉空氣絕熱增溫快不會形成雲。
頂部突起:氣塊的上升力不同,較大氣塊上升高度較大,再加上周圍空氣阻力。
底部平坦:同一時間,同一地點,空氣溫度、濕度的水平分佈近於一致,凝結高度基本相同。

分類


淡積雲、濃積雲和積雨雲是積狀雲發展的不同階段。氣團內部熱力對流所產生的積狀雲最為典型。夏半年,地面受到太陽強烈輻射,地溫很高,進一步加熱了近地面氣層。由於地表的不均一性,有的地方空氣加熱得厲害些,有的地方空氣濕一些,因而貼地氣層中就生成了大大小小與周圍溫度、濕度及密度稍有不同的氣塊(熱泡)。這些氣塊內部溫度較高,受周圍空氣的浮力作用而隨風飄浮,不斷生消。較大的氣塊上升的高度較大,當到達凝結高度以上,就形成了對流單體,再逐步發展,就形成孤立、分散、底部平坦、頂部凸起的淡積雲。由於空氣運動是連續的,相互補償的,上升部分的空氣因冷卻,水汽凝結成雲,而雲體周圍有空氣下沉補充,下沉空氣絕熱增溫快,不會形成雲。所以積狀雲是分散的,雲塊間露出藍天。對於一定的地區,在同一時間裡,空氣溫、濕度的水平分佈近於一致,其凝結高度基本相同,因而積雲底部平坦。
如果對流上限稍高於凝結高度,則一般只形成淡積雲。由於雲頂一般在0℃等溫線高度以下,所以雲體由水滴組成,雲內上升氣流的速度不大,一般不超過5m/s,雲中湍流也較弱。在淡積雲出現的高度上,如果有強風和較強的湍流時,淡積雲的雲體會變得破碎,這種雲叫碎積雲
當對流上限超過凝結高度許多時,雲體高大,頂部呈花椰菜狀,形成濃積雲。其雲頂伸展至低於0℃的高度,頂部由過冷卻水滴組成,雲中上升氣流強,可達15—20m/s,雲中湍流也強。
如果上升氣流更強,濃積云云頂即可更向上伸展,雲頂可伸展至-15℃以下的高空。於是雲頂凍結為冰晶,出現絲縷結構,形成積雨雲。積雨雲頂部,在高空風的吹拂下,向水平方向展開成砧狀,稱為砧狀雲。在順高空風的方向上,雲砧能伸展很遠,因而它的伸展方向,可作為判定積雨雲的移動方向。積雨雲的厚度很大,在中緯度地區為5 000—8 000m,在低緯度地區可達10000m以上。雲中上升下沉氣流的速度都很大,上升氣流常可達20—30m/s,曾觀測到60m/s的上升速度,下沉速度也有10—15m/s。雲中湍流十分強烈。
熱力對流形成的積狀雲具有明顯的日變化。通常,上午多為淡積雲。隨著對流的增強,逐漸發展為濃積雲。下午對流最旺盛,往往可發展為積雨雲。傍晚對流減弱,積雨雲逐漸消散,有時可以演變為偽捲雲積雲性高積雲和積雲性層積雲。如果到了下午,天空還只是淡積雲,這表明空氣比較穩定,積雲不能再發展長大,天氣較好,所以淡積雲又叫晴天積雲,是連續晴天的預兆。夏天,如果早上很早就出現了濃積雲,則表示空氣已很不穩定,就可能發展為積雨雲。因此,早上有濃積雲是有雷雨的預兆。傍晚層積雲是積狀雲消散后演變成的,說明空氣層結穩定,一到夜間雲就散去,這是連晴的預兆。由此可知,利用熱力對流形成的積雲的日變化特點,有助於直接判斷短期天氣的變化。

觀測與意義


同一種雲在不同季節,其外形特徵、雲底高度及出現時間是不同的,如積雨雲便是這樣。春季,由於水汽供應不足,熱力條件不充分,積雨雲的水平範圍小,頂部無砧狀捲雲,底部也無明顯的懸球狀,而呈陰暗的條狀、塊狀,一般不打雷,很容易與層積雲相混淆。這時就要連續觀測,並根據雲的移速及地面氣象要素的變化作出準確判斷。夏季是對流最旺盛,雲量雲狀出現最多,伴見天氣現象最多的季節。對於對流深厚發展到後期的積雨雲,底部滾軸、懸球狀等特徵特別明顯,它移速快,常伴有雷鳴、閃電、大風等惡劣天氣現象。此時就要注意其發展移動情況,多在室外觀察。秋季,副熱帶高壓減弱,但由於受極地冷氣團和變性氣團的影響,陣性天氣仍出現較多。這時候積雨雲的勢力不像夏季那樣強,但它的個體特徵仍很明顯,常伴有雷暴,有時還會造成強降水。