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神秘恐龙云现身伯明翰 与梵高《星夜》异曲同工

http://www.kexue.com 2011-12-29 09:49:12 腾讯科学  发表评论

  12月16日,在英国伯明翰市的观察者有幸捕捉到的高大、顶部弯曲的波浪云整齐一致地在清晨地平线上缓慢行进,每个波浪就像一条蓄势待发的眼镜蛇,也有人形象的称之为“恐龙云”(好像一群迁徙的长颈恐龙)。当时,忧虑的人们纷纷向当地报社、气象局询问这一现象,并担心其可能预示的灾难。其实这是一种自然界普遍存在的现象,是“开尔文-赫姆霍兹不稳定性”在其背后起作用。微风吹来,在水面上激起层层波纹,亦是“开尔文-赫姆霍兹不稳定性”的体现。梵高精湛的《星夜》既是受到“开尔文-赫姆霍兹波浪”启发而作,正如那首诗关于梵高和他这部作品的里写的一样“舒卷的云朵似紫罗兰的娇颜”。

  据国外媒体报道,“开尔文-赫姆霍兹波浪”又名“波浪云”或“不祥的海啸云”,是一种罕见的天气奇观。它翻滚、旋转、波涛汹涌地横亘于空中,常让人在惊叹其壮美的同时惊呼骇人。 事实上“开尔文-赫姆霍兹波浪”,或者更为确切地说是呈现着开尔文-赫姆霍兹不稳定性的云。这种现象的命名者是英国数学物理学家威廉-汤姆逊-开尔文勋爵和德国物理学家、生理学家赫尔曼-冯-赫姆霍兹。

  根据最新的研究成果,当两个不同密度的流体层以不同切向流动彼此穿过对方时,分界处会在剪切力(又名粘滞剪切力)的作用下产生开尔文-赫姆霍兹不稳定性,使两流体层间扭曲形成规律形态。尽管这种不稳定性常见于水波中,但实际上,虽然罕见,但它确实也发生于云层中。空气与水汇聚时通常可以以不同的速度继续移动,(当然也有例外)。而不同的空气层相汇时则不易保持其速度的不均匀性,这就是这种不稳定性常见于海洋而非云层。

  当两个空气团以不同速度(不计方向性),以及不同的温度移动时,就具备了形成“开尔文-赫姆霍兹波浪”的成熟条件。

  正是在这样的条件下,12月16日在英国伯明翰市的观察者有幸捕捉到的高大、顶部弯曲的波浪云整齐一致地在清晨地平线上缓慢行进,每个波浪就像一条蓄势待发的眼镜蛇。当时,忧虑的人们纷纷向当地报社、气象局询问这一“海啸云”现象,并担心其可能预示的灾难。

  纽约州立大学奥尔巴尼分校大气科学研究中心的气象学家查尔斯-瓦尔赛克(Chris Walcek)对此解释道:“很可能是由于近地风速较慢处有冷空气层形在该层形成云或雾,并在其上恰好碰上较为温暖、高速的另一空气层。”据查尔斯-瓦尔赛克介绍,通常速度高的空气层会像冰上曲棍球的橡皮圆盘一样简单干净地划过低速空气层。而当两流体层物理因子差别达到一定程度时,会出现“无规湍流”现象,打乱原两层间的界面。

  实际上“开尔文-赫姆霍兹波浪”不稳定性所产生的美丽景观则发生在完全无规湍流现象之前。恰恰是这种怪异且有规则的特点吸引了我们的注意,也让人不禁诧异:鱼能蹦出水面,难道波浪也可以么?

  如果“开尔文-赫姆霍兹波浪”的奇怪外观还不足以将其与一般潮水区分开的话,相信 “瞬时性”的本质可以将其单独归类出来:一排完美连续的波浪可以在仅仅几分钟内形成并消散。这个在一定程度上也解释了为什么人们实际看到它的次数和它被描述的次数一样少了。

  此次在伯明翰市晨雾中出现的“开尔文-赫姆霍兹波浪”不稳定性也维持了不到几分钟,就如同普通、无波纹的雾一般,伴随着太阳的升起和温度的升高,云雾也迅速消散,以至于摄影师很难为我们留下腾起的云浪图。

  “开尔文-赫姆霍兹波浪”虽说很罕见,但形成的气候契机实际上是很多的。例如,这次伯明翰市的浪云是在清晨近地层的厚而透明雾层中出现的,而其他多数情况下的观察到的浪云都发生在对流层蔚蓝天空中。除此而外,偏远的山峰如加州的沙斯塔山也可以产生这一不同寻常的现象。

  当然也有摄影师在破晓时分或者暮色中有幸捕捉到“开尔文-赫姆霍兹波浪”:暗色云浪在夜幕下显现着轮廓。摄影师米拉-齐科娃(Mila Zinkova)表示:“2006年一月,在旧金山太平洋落日余晖下欣赏海浪的瞬间,天空出现了一股截然不同的浪,我从未见过如此的惊艳的云观。”

  “开尔文-赫姆霍兹波浪”不稳定性其实是自然界普遍的物理性质,并非地球上的天气所独有。天文学家已经在太阳稀薄的日冕以及围绕着气态巨行星——木星和土星飞奔的云带中记录到这种现象。似乎如此壮观的“开尔文-赫姆霍兹波浪”从未出现在民间故事、神话或者传说中,但事实或许也并非人们看到的如此。据说,梵高精湛的《星夜》既是受到荷兰画家对“开尔文-赫姆霍兹波浪”观察的启发而作,正如那首诗关于梵高和他这部作品的里写的一样“舒卷的云朵似紫罗兰的娇颜”。如果当时的人们不懂这其中的含义,那么现在真实看到了云浪后,将明白这之中自然的美。(亮亮/编译)

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