飞机如何在天空中制造出精致而迷人的洞状云

拉拉康康 2024-12-27 03:38:38

2024 年 12 月 2 日,Landsat 9 上的陆地成像仪 2 号拍摄的堪萨斯州威奇托上空洞穴的详细视图。

精致而迷人的洞状云(科学上称为空洞云)是飞机穿过某些类型的中层云层时出现的奇特形状。

这些神秘的空洞,伴随着羽毛状的下落,是由过冷液滴冻结成冰晶引起的,这种连锁反应产生了令人惊叹的奇观。

神秘的穿洞云

地球约 8% 的天空被混合相中层层状云覆盖,例如高积云和高层云,它们通常呈现为水平分层结构。

偶尔,尤其是在冬季机场附近,这些云会出现一种不寻常的特征,即部分底部似乎“掉落”。这种现象形成了一种独特的形状,称为空洞,也称为穿洞云或落条孔。2024 年 12 月 2 日,Landsat 9 上的 OLI-2(陆地成像仪 2 号)拍摄了堪萨斯州威奇托上空云层中两个空洞形成的图像。

从上往下看,云洞就像云层中整齐切割的圆形或椭圆形。云洞中心通常有羽毛状、细长的尾迹,看起来就像云从天而降。

2024 年 12 月 2 日,Landsat 9 上的“陆地成像仪-2”拍摄了堪萨斯州威奇托市上空的两个空洞形态。

空腔形成背后的物理学

这种现象发生在含有过冷水滴的中层云层中,这些水滴即使在水的典型冰点(32 华氏度或0 摄氏度)以下仍保持液态。但即使是过冷水滴最终也会结冰。

当飞机穿过云层时,机翼上方会发生额外的冷却,并可能促使过冷液滴冻结。冰晶会生成更多的冰晶,最终会变重并掉落,在云层中留下空隙。掉落的冰晶通常呈现为细长的降水痕迹,称为雨幡。

照片展示2013 年 2 月 2 日加利福尼亚州戈尔德河上空观测到的典型空洞云和伴随的雨带。图片来源:Jeff Shin,USRA

机场附近的 Cavum 有多常见?

研究人员对世界各地的主要机场进行了观察,并估计总体而言,适合空腔形成的大气条件约为3% 至 5%,但在冬季,适合空腔形成的时间则为 10% 至 15%。

飞机以锐角飞过会产生小而圆的空洞。在小角度飞过时,飞机会形成长长的“运河云”,并带有延伸的幡状云尾。影响空洞长度的其他因素包括云层厚度、气温和风切变程度。

每天,平均有 34 个航班从威奇托德怀特·艾森豪威尔国家机场起飞。

美国宇航局地球观测站图像由 Michala Garrison 拍摄,使用了美国地质调查局的 Landsat 数据。

作者: Adam Voiland,NASA 地球观测站

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