秋冬來臨,清晨或傍晚總是霧氣蒙蒙,而關於霧,你又了解多少呢?
雖然導致大霧形成的天氣條件通常是相當溫和的,但大霧本身可能具有很大的破壞性,特別是對於航空業和海運業,我們的日常生活也會因為霧受到影響
但是什麼是霧,霧是如何形成的?
在討論霧是什麼之前,我們首先需要定義霧的關鍵因素:能見度
能見度在夜間和白天有不同的定義,國際民用航空組織(ICAO)給出的定義是:
白天,能見度是指在明亮的背景下觀察到靠近地面的合適尺寸的黑色物體時能看到和識別的最大距離;
在夜間,使用1000堪德拉(發光強度單位)左右的燈光能夠看到和辨認出的最大距離即為能見度
霧和輕霧都是由懸浮在空氣中的微小水滴形成的,這些微小的水滴會散射通過它們的任何光線,這意味著在霧中,物體會變得很難看見,霧和輕霧的定義是能見度降低的程度,國際民航組織的定義是:
霧:空氣中微小水滴的懸浮,使能見度降低到1000米或更低;
輕霧:與霧類似,但是能見度將降低到不低於1000米
另外我們常說的霾是另一種可以降低能見度的現象,但是跟霧不同的是,霾是由於空氣中的微粒而不是水滴造成的能見度降低
例如在紐西蘭,強風過後的海岸線有時就會出現霾,因為風會激起海上的浪花,並導致海鹽的小顆粒懸浮在空氣中,這就給霾形成提供了條件
紐西蘭海岸邊的霾
而霧的形成主要是空氣中水汽達到(或接近)飽和,在凝結核上凝結而成,物的形成通常有;兩種途徑:一是因為空氣溫度降低而產生平流霧、輻射霧、上坡霧等;而是空氣中水汽增加而產生蒸發霧、鋒面霧、生物霧等
使人如臨仙境般的平流霧
輻射霧的形成取決於「輻射熱通量」的平衡,輻射霧通常在一天中最冷的夜間或清晨形成,然後在太陽升起後消散,它主要形成於陸地上,但在一些淺水灣和港口也可以形成
輻射霧的形成離不開下面幾種條件:
1.晴朗的天空
2.微風
3.在靠近地面的大氣最低層中有足夠的水分
當氣壓較高時,上述條件較為容易滿足,但也有其他情況可以滿足這些條件,簡言之,在一個有微風的晴朗夜晚(地理上的晴朗夜晚是指天空中雲量少),空氣可以冷卻到足夠的程度,達到「露點」(100%相對濕度)時空氣中的水蒸氣就將開始凝結成霧,我們來具體分析下輻射霧的形成
輻射霧的形成過程始於日落時分,因為此時輻射熱通量的平衡開始發生變化,我們都知道,一切溫度高於絕對零度的物體都能產生熱輻射
輻射的波長與其熱輻射之間的相關性
在天氣晴朗的時候,入射的太陽輻射比地球返回太空所發出的輻射要大——這會導致地面和其正上方的空氣變暖,接著到了晚上,在一個沒有雲層的夜晚,地球繼續向太空輻射熱量,但由於此時已經沒有了太陽輻射,熱量「收支不平衡」,結果就是地面及其正上方的空氣迅速冷卻,從從而形成逆溫現象
相反的是,多雲的天空會打破如上所述的輻射熱平衡,如果天空中有雲,它將吸收地球表面發出的熱量,並將其重新輻射回地面,這就可以防止地球因通過輻射向太空發射熱量而導致的地面快速降溫
所以,地面輻射冷卻是輻射霧形成的一個重要部分,周圍的雲越少,霧形成的可能性就越大
再說到風,如果風太強,就會導致來自高空溫暖、乾燥的空氣與地面附近的空氣混合,這意味著陸地表面不能很快冷卻,但是如果根本沒有風,此種條件下更有可能產生的是露水而不是霧
另外,大氣底層的相對濕度必須足夠高,以便在夜間輻射冷卻使空氣達到「露點」,當露點等於空氣溫度時即相當於100%的相對濕度,空氣不能再容納任何水蒸氣
該圖顯示了在一定溫度範圍內處于海平面壓力下的空氣所能包含的水蒸氣的最大質量百分比
如果空氣冷卻到露點,然後繼續冷卻且有足夠的輻射冷卻和微風通過上述淺層混合冷卻空氣,水蒸氣就會開始凝結成霧
雖然在大氣層底層有大量的水蒸氣有助於形成霧,但事實上,乾燥的高空空氣是有助於形成霧的,這是因為空氣中的水蒸氣吸收紅外線輻射,而且,就像雲一樣,可以將其中的一些熱量重新輻射回地球,這意味著如果高空空氣乾燥,地表的冷卻效率會更高
假設一個鋒面在某個區域上移動並帶來雲和雨,那麼很有可能在這之後天空晴朗、風平浪靜,如果這種情況發生在晚上,那麼輻射霧的形成過程就可以開始了
蒸發霧
在這種情況下,這些雨水可以蒸發到靠近地球表面的空氣中增加空氣的露點,這意味著霧氣可能在比地面乾燥時稍高的溫度下開始形成,而潮濕的地面還意味著不需要結露就可以形成霧
山谷霧是輻射霧的另一個特殊情況,其形成過程也是得益於地表的冷卻,通過向太空發射輻射使空氣達到露點溫度,並導致水分凝結
大多數人都知道暖空氣上升,這是因為暖空氣比冷空氣密度小,那麼對應的就是冷空氣會下沉了
在丘陵地區的夜晚,山上的地表會變涼,這反過來又冷卻了正上方的空氣,然後,較冷的空氣下沉到山谷中,很像流經河流的水,冷空氣的聚集意味著霧在山谷中的形成比在平坦的地形上更快,持續時間更長
這也就是在冬季的某些時候,一些山谷或盆地會出現持續數天的霧的原因,因為微弱的陽光不足以溫暖山谷中那一大片冷空氣
「平流」一詞是指熱量和水分通過風從一個地方轉移到另一個地方,平流霧主要在海面上形成(也稱為海霧),但有時也能在陸地上形成平流霧
當風把溫暖潮濕的空氣吹過涼爽的海面時,就會出現海霧,海面直接冷卻上面的空氣,使水蒸氣凝結成霧
我們在前面了解到,輻射霧主要在夜間或早晨形成,隨著太陽的升高,地面溫度上升,輻射霧也會立即蒸發消散,但是與陸地不同的是,海洋不會隨著太陽的升起和落下而升溫和降溫,因此,海霧可以在一天中的任何時候發生(這也是為什麼輻射霧不會在海上發生的原因)
而當大範圍的海霧在海岸形成時,它有時也會向陸地推進,在天氣較為溫暖的日子裡,隨著它向內陸進一步移動,往往會消散,但是一旦海霧平流到陸地上,它可能會顯示出一個輕微的變化,它會在下午變薄,然後經過一晚上後又變得更密集,這就是輻射—平流霧
觀測下的輻射—平流霧
霧與未來天氣的變化有著密切的關係,自古以來我國勞動人民就懂這個道理並反映在許多的諺語裡
如「黃梅有霧,搖船不問路」,這就是說春夏之交的霧是雨水的先兆,故又有「夏霧雨」的說法
又如「霧大不見人,大膽洗衣裳」,這就是說冬霧兆晴,秋霧也是如此