夜光雲

夜光雲

夜光雲(Noctilucent cloud)是深曙暮期間出現于地球高緯度地區高空的一種發光而透明的波狀雲,距地面的高度一般在80km左右,常呈淡藍色或銀灰色,是夜光雲中的冰晶顆粒散射太陽光的結果,這類冰晶顆粒的半徑一般為0.05~0.5微米。

夜光雲隻有在高緯度地區(50-65)的夏季當太陽在地平線以下6°~12°時,即低層大氣在地球陰影內,而高層大氣的夜光雲被日光照射時,才能用肉眼直接觀察到。

夜光雲看起來有點像卷雲,但比它薄得多,而且顏色為銀白色或藍色,出現在落日後太陽與地平線夾角在6-15度之間的時候。這是非常自然的,因為時候太早會因為其太薄而看不見,而太遲了它也會落到地球的陰影之中去。

  • 中文名稱
    夜光雲
  • 外文名稱
    Noctilucent cloud
  • 顏    色
    淡藍色或銀灰色
  • 高    度
    80km
  • 分    類
    波狀雲
  • 半    徑
    0.05~0.5微米

形態特征

瑞典天文愛好者2006年7月11日拍攝到的夜光雲。夜光雲又被稱為極地中氣層雲(Polar Mesospheric Clouds,PMCs),當它們從外層空間被看見,就被稱為"夜耀雲"(night-shining clouds);從地球上看見,就稱為"夜光雲"(noctilucent clouds)。它是一種形成于中間層(大氣層按高度分為對流層、平流層、中間層、暖層和散逸層,再上面就是外太空了)的雲,距地面的高度一般在85千米左右,位置非常之高。

英國上空的美麗夜光雲英國上空的美麗夜光雲

現象成因

夜光雲的成因科學界還有爭議,最主流的理論認為它主要是由極細的冰晶構成,這個經驗理論隻在對流層成立。

夜光雲夜光雲

對流層之上是平流層(同溫層),再往上才是中間層,但平流層的特點是上熱下冷,故垂直方向上的對流很少而主要是水準方向上的大氣運動(所以客機飛行一般選擇在平流層中),這樣實際上中間層的溫度是很高而不是很低了。科學家們認為這可能是由于垂直方向上重力波的衰減造成的。重力波由于各種異常原因而可能在某些地方減弱,從而導致了低層大氣向上的動量傳遞。這樣那些在向東方向上具有很強相速度的重力波將向東的動量傳遞給了高層的大氣。

夜光雲夜光雲

向東方向的流動將受到赤道方向的科裏奧利力的作用,這將引起垂直方向上帶有水氣的大氣流動(要說明是,高層大氣的水氣不一定直接來至地面,有可能是由于甲烷的光分解形成的)。因為隻有夏季時高緯度的平流層才允許相速度東向的重力波傳入中間層(冬季季風方向相反,因而東向的動量不能傳入中間層),這樣,處于夏季的半球的中間層溫會因動量的流失而降低(相應地冬季半球的中間層溫度會升高),從而導致了中間層的降溫現象(130 k)。實際上,在整個極地地區的夏天,衛星能夠觀察到大片的中間層雲團,但是緯度太高的地區在夏季處于極晝,因而夜光雲是不易被發現的。在這種條件下,夜光雲就隻能在夏季的某些高緯度地區被觀察到了。

出現條件

一般認為,要形成夜光雲一般都需要有三個條件:低溫、水蒸汽和塵埃,這樣水蒸汽才能凝結成極小的冰晶。

夜光雲是一種形成于中間層的雲,距地面的高度一般在80km左右。這種罕見的雲隻有在高緯度地區(50-65)的夏季才能看見。

主要類型

根據2012年7月的觀察結果,夜光雲(NLCs)的主要類型有四種:面紗型(veil)、條帶型(bands)、波浪型(waves)和旋渦型(whirls)。

雲的分類

直展雲族

積雲 Cu淡積雲 · 碎積雲 · 濃積雲積雨雲 Cb禿積雨雲 · 鬃積雨雲

低雲族層積雲 Sc透光層積雲 · 蔽光層積雲 · 積雲性層積雲 · 堡狀層積雲 · 莢狀層積雲層雲 St薄幕狀雲 · 碎層雲雨層雲 Ns雨層雲 · 碎雨雲

中雲族

高層雲 As透光高層雲 · 蔽光高層雲高積雲 Ac透光高積雲 · 蔽光高積雲 · 莢狀高積雲 · 積雲性高積雲 · 絮狀高積雲 · 堡狀高積雲

高雲族

卷雲 Ci毛卷雲 · 密卷雲 · 偽卷雲 · 鉤卷雲卷層雲 Cs毛卷層雲 · 勻卷層雲卷積雲 Cc卷積雲 · 莢狀卷積雲

其他

珠母雲 · 夜光雲 · 乳狀雲 · 弧狀雲 · 彩雲

現象研究

波蘭天文愛好者2006年7月14日拍攝到的夜光雲

在1883年印度尼西亞喀拉喀托火山爆發兩年後,人類第一次觀測到這種夜間發光的雲,以後,夜光雲的出現越來越頻繁。美國弗吉尼亞州漢普頓大學的一位大氣物理學家吉姆·拉塞爾表示,與以往相比,它們出現得更為頻繁,時間更長,緯度也更低。

但是為什麽會出現夜光雲一直是個不解之謎。有數顆衛星已經觀測到過夜光雲,但還沒有一次專門研究它們的太空行動。中層大氣高空冰探測衛星從美國加州範登堡空軍基地發射升空不久後,開始解答這些問題。一架噴氣式飛機將帶著它飛越太平洋到達12千米的高度,並在那兒放開飛船。然後,中層大氣高空冰探測衛星將點燃引擎,最終進入地球上空大約600千米處的一條極軌道

中層大氣高空冰探測衛星將研究北極和南極上空的夜光雲。拉塞爾表示,南北兩個半球的夜光雲之間有著很大的不同。北極上空的夜光雲看上去比南極上空的要亮一點,出現的高度更低。但在這兩個地方,要形成夜光雲都需要三個條件:低溫、水蒸汽和塵粒,這樣水蒸汽才能凝結成極小的冰晶。

中層大氣高空冰探測衛星攜帶的三套科學儀器就是為了從不同角度仔細查看夜光雲。構成夜光雲的冰晶直徑一般為50納米,陽光反射在這些微粒上,使其隻有當天空其餘部分暗下來的黎明或黃昏時分才能被看見。拉塞爾表示,這種效果就好像在太陽部分落下後看一架在高空中飛行的飛機反射陽光一樣。這些雲也會起伏波動,發出微光。拉塞爾說:"它們相當亮,似銀一般閃亮的藍色,還閃閃發光。他們捕捉到了這一景象。"

夜光雲夜光雲

高緯度地區的天空觀測者對夜光雲的高峰季節進行了追蹤-在北半球從5月15日到8月20日,其中活動最頻繁的是7月初。來自中層大氣高空冰探測衛星的結果可能最終弄清夜光雲形成的確切條件,尤其是不斷增多的溫室效應氣體是否會促成夜光雲更頻繁地出現。

博爾德(Boulder)科羅拉多大學中層大氣高空冰探測計畫的一位聯合調查員科拉·蘭德爾表示,越來越多的溫室效應氣體,如二氧化碳,使得低海拔地區的氣候變暖,而形成夜光雲的高海拔地區的氣溫則會下降。另外,高含量的溫室效應氣體甲烷實際上會導致在高海拔地區形成更多的水蒸汽。蘭德爾解釋,這樣看來,低溫和更多水蒸汽的存在可能導致多數夜光雲更為頻繁地形成。她說:"問題是,究竟是什麽綜合因素導致夜光雲更為頻繁地出現,變得更亮。"

研究價值

夜光雲存在的時間從幾分鍾到幾個小時。強夜光雲的亮度相當于國際二級極光亮度;弱夜光雲一般用肉眼看不見,隻有用紫外或紅外光學儀器觀察。

關于夜光雲的信息,主要來自火箭和衛星的探測。對夜光雲的研究,可揭示中間層頂的大氣結構、大氣波動和化學過程等的規律。

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