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能映出日晕的卷层云:探索高云族与大气光学现象联动的趣味知识

舞台主角:卷层云 高空艺术家: 卷层云属于高云族,通常形成于6000米以上的寒冷高空(平流层下部或对流层顶)。 冰晶画布: 云体几乎完全由微小的冰晶构成,而非水滴。这些冰晶形态多样,主要是六角棱柱体六角片状冰晶薄透如纱: 卷层云通常非常薄、半透明,像一层覆盖天空的乳白色面纱或薄丝幕。阳光可以轻易穿透它们。 晕象标志: 卷层云最著名的特征就是它常常是日晕、月晕等大气光学现象的主要“幕布”或“发生器”。 天气信使: 谚语“日晕三更雨,月晕午时风”有一定道理。大范围、持续增厚的卷层云常是暖锋或锢囚锋系统接近的征兆,预示着未来12-48小时内可能有连续性降水(雨或雪)来临。 光的魔术:日晕 冰晶棱镜: 日晕形成的核心物理原理是光的折射和反射。卷层云中的六角形冰晶就像无数个漂浮在空中的微型棱镜22度日晕: 最常见的日晕是22度晕。当阳光以特定角度(通常是60度角)射入冰晶的侧面,并从另一个侧面折射出来时,光线会发生约22度的偏折。天空中所有满足这个角度的冰晶共同作用,就在太阳周围形成了一个半径约22度(伸直手臂,手掌宽度约20度)的明亮光环。 46度日晕: 较罕见、更大的是46度晕。它是由光线从冰晶的底面射入,侧面射出(或反之)时产生的更大角度的折射形成的。 色彩缤纷: 由于不同波长的光(不同颜色)折射率不同(色散),日晕内侧(靠近太阳一侧)通常呈红色或橙色,外侧则可能过渡到黄色、绿色、蓝色,但通常比较淡,不如彩虹鲜艳。颜色鲜艳程度取决于冰晶的均匀度和大小。 冰晶的“排列”: 冰晶在空中的取向对晕的形成至关重要。为了形成清晰明亮的晕,需要大量冰晶的排列相对一致(比如六角片状冰晶倾向于水平飘落,六角棱柱体则取向随机)。卷层云中冰晶的取向通常是形成晕的关键因素。 趣味联动知识 冰晶形状决定晕的类型:
  • 随机取向的六角棱柱体: 主要产生22度晕和46度晕。
  • 水平取向的六角片状冰晶: 除了可能参与形成22度晕,更可能产生幻日(假日),即出现在22度晕左右两侧、与太阳同高度的明亮光点。幻日是光线在水平取向的片状冰晶中发生折射形成的。
不止是太阳: 月亮也能在卷层云上产生月晕,原理相同,只是月光较弱,月晕通常呈白色或非常淡的彩色,肉眼不易分辨色彩。 晕的“家族”: 除了22度/46度晕和幻日,卷层云还可能产生其他更复杂的光学现象,如:
  • 环天顶弧: 出现在太阳上方的高空,像一个倒挂的彩虹,色彩鲜艳。由水平取向的六角片状冰晶对阳光折射形成(光线从顶面射入,底面射出)。
  • 环地平弧: 出现在太阳下方接近地平线处,色彩鲜艳的巨大圆弧。形成条件苛刻,需要大量的水平取向片状冰晶且太阳高度角较高(>58度)。
  • 上/下切弧: 出现在22度晕的上下方,与幻日相连的弧线。
“钻石尘”也能造晕: 不仅卷层云,地面附近的钻石尘(低空悬浮的微小冰晶,通常在极地或严寒天气)也能产生各种晕象,甚至更复杂,因为冰晶更接近地面,取向可能更受风的影响。 区分晕与华: 晕发生在卷层云(冰晶云)中,由折射/反射形成,位置固定(22度/46度)。则发生在低空的水滴云(如层积云、高积云)中,由光的衍射形成,紧贴日月周围,颜色排列是内蓝外红,且大小与云滴大小成反比(云滴越小,华环越大)。 观测小贴士:
  • 保护眼睛! 观测日晕时,绝对不要直视太阳。用手、帽子、建筑物等遮挡住太阳本体,只观察其周围天空的光环。这是最安全有效的方法。
  • 寻找参照物: 伸直手臂,手掌张开,拇指到小指顶端的宽度大约20度,可以用来估算22度晕的位置(大约一掌宽)。
  • 观察全貌: 尝试寻找22度晕的完整圆圈,以及可能存在的幻日、环天顶弧等其他成员。
总结

卷层云就像铺展在高空的一张由亿万冰晶组成的巨大画布。当阳光穿透这些结构精巧的冰晶时,冰晶便化身为棱镜和镜子,遵循着精确的光学法则,将无形的阳光拆解、偏折、汇聚,在蔚蓝的天幕上描绘出日晕、幻日等令人惊叹的光之杰作。这种高云族与大气光学的联动,是自然界最纯粹、最优雅的物理现象展示之一,提醒我们抬头仰望天空时,总有意想不到的美丽在等待被发现。

下次当你看到天空蒙上一层薄薄的乳白色面纱(卷层云),不妨多留意一下太阳周围,也许一场精彩的“冰与光之舞”正在上演!记得用安全的方式欣赏哦!

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