曾经的Windows XP系统经典的蓝天白云桌面,我们许多人都很熟悉,它拍摄的是美国加州索诺马县的风景,放晴的天空飘浮着几片不规则的积云(由低层空气对流作用使水汽凝结或在冬季凝华而形成的云,顶部凸起,云底平坦),洁白无瑕。
像Windows桌面图片这样我们平时看到、说到的云,风雨雷电所相关的白云和乌云,是小水滴和空气中的粉尘组成的,高度大约在10千米以下,是较低高度大气(称为对流层)中的云。这些云的颜色是怎么形成的呢?这就不得不提到两种光学现象——瑞利散射和迈以散射。
照向地球的阳光由多种颜色的光组成,综合来看是白色的,如果空气中颗粒的尺度比太阳光的波长小,就会发生瑞利散射,并且不同波长散射不同。天空就是因为对蓝色光的散射效应比对红色光的强,才会看上去是蓝色的;而云的颗粒较大,其直径比太阳光中任何一种颜色的光的波长都要长得多,所以很少发生瑞利散射。
既然如此,那阳光在经过云层时会发生什么呢?原来,云层会把一部分阳光反射到天上;一部分发生被称为迈以散射的效应(这种散射不会改变光的波长,它到达地面看上去还是白色的光);还有一部分直接穿透云层到达地面。由于这3种情况都对阳光的成分没有影响,所以我们通常看到的云就是白色的了。
不过,当云层越来越厚时,小水滴越来越多,几乎连成一片,直射的太阳光和经过迈以射散的光不能、或者很少能穿透云层,这时白云就变成乌云了。
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