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2016-02-01在天空中作畫—夜光雲與貝母雲
554 期
Author 作者
王國英／臺灣大學大氣科學系學士、碩士，英國劍橋大學化學系博士，現為中央大學大氣科學系特聘教授。專長為大氣觀測和模擬研究。
大氣裡雲的現象主要是出現在對流層範圍（從地面到10~15公里高度），我們所熟悉的夏季積雨雲、冬季層雲、天空晴朗時看到的卷雲等皆出現在對流層裡，或是對流層頂附近的區域。雲的形成與消散是大氣一個非常重要的過程，雲的主要化學成份是水氣分子（H2O），而水氣分子的主要來源是來自近地面的水氣分子，隨著空氣的上升運動，由溫度較高的低對流層進到溫度較低的中高對流層時，由於溫度下降，飽和水氣壓降低使得水氣分子開始釋放凝結潛熱，而凝結成雲滴或冰晶。因此低溫區域的出現，是空氣塊在運動過程中，空氣塊裡面的水氣分子凝結成液態雲滴，或是結冰成細小顆粒的冰晶的充分必要條件。高溫時有利於水氣分子以氣態的方式存在，低溫時則有利於水氣分子進行狀態的改變，形成液態的雲滴或是固態的冰晶。
從以上的討論得知，雲形成的要件有二：要有水氣分子的來源，及要有足夠的低溫使得水氣分子能夠達到飽和而凝結。雲的物理過程在對流層是如此，那麼此物理機制也可用來理解離開對流層的其他大氣區域中，所發生其它雲的現象的主要理解工具。
大氣的垂直熱力結構
地球大氣和地表受到來自太陽的短波輻射加熱，以及大氣分子在垂直方向的分佈特徵，使得大氣背景溫度的垂直熱力結構產生非常有趣的分佈。即便空氣的流動是沒有邊界的，不像是固體的分隔物將流體分開，但是垂直上熱力的結構特徵，使得大氣在垂直上呈現分層現象，就像是被有形的物質分開了一般。大氣的最低層為對流層（troposphere），高度範圍從地面至10~15公里高度；對流層之上為平流層（stratosphere），其高度範圍為10~15公里至50公里高度；平流層之上為中氣層（mesosphere），其高度範圍為50公里至85公里高度；中氣層之上為增溫層（thermosphere）。.....【更多內容請閱讀科學月刊第554期】