云的颜色形成原理
云是由大量小水滴和小冰晶聚集形成的。空气中的水蒸气升至高空与冷空气相遇,逐渐形成小水滴或小冰晶,大量的小水滴和小冰晶与尘埃等混合并漂浮于空中就组成了云。云本身不发光,也没有颜色,我们看到的云的颜色其实是太阳光照射到云层并与云层中的一些微粒发生散射、反射或吸收等物理作用所导致的结果。当太阳光照射到云层时,会发生多种光学现象。比如,当微粒的直径与波长相当时,就会发生米氏散射,散射强度与光波长的二次方成反比。相对于瑞利散射,米氏散射的强度要弱很多。
云呈现白色的原因
白云是白色的,主要是因为云主要由小水滴组成,而这些小水滴的颗粒半径大于电磁波波长。当太阳光照射到这些小水滴时,会发生米氏散射。在米氏散射中,各种波长的光散射强度相差不大,不会存在蓝光比红光更容易散射的情况,它们是共同散射的。因此,太阳光经过小水滴的散射后,仍然呈现出包含各种波长的混合光,也就是白光,所以我们看到的云就是白色的。此外,乌云并不是无亮度的“黑云”,而是有亮度的,并且其散射光实际上也还是白光,与白云的散射光在光谱方面没有差别,这是因为大水滴和小水滴对于可见光来说都是无色透明球透镜,散射光的颜色由入射光的颜色决定。
云的光学特性与白色的关系
云的光学厚度是云阻止光穿过它的程度,它取决于物理特性和云维度。当云的光学厚度较小时,散射光的强度和波长没有什么关系,各个波长的光几乎都是均匀散射,所以我们看到的云是白色的。此外,米氏散射指的是,那散射粒子大于电磁波波长时,散射强度将与波长无关,只与散射粒子的半径有关,半径越大,散射光越弱,半径越小,散射光越强。由于白云中的小水滴半径使得各种波长的光均匀散射,从而呈现白色。
大气物理中云白色的解释
在大气物理中,天空之蓝,云朵之白,晚霞之赤,都是源于光的散射。云的颜色与米氏散射有关。云层本身比较薄,当阳光穿过云层时,各种色光的散射强度相差不大,所以云看起来就是白色的。当云层较厚时,阳光几乎不能照射下来,云便呈现出灰色。
云白色现象的科学研究
对于云的研究,包括对其分类、形成过程、光学特性等方面。云被分为10个不同的云属,根据不同的形状和高度,有层状云、堆状云、层堆状云、薄云和雨云等。此外,世界上还存在一些罕见的云与罕见气象现象,如阵晨风云、乳状云、斗笠云、开尔文-亥姆霍兹波云、珠母云、糙面云、穿洞云等。同时,也有一些网站和资源为识云者提供了入门指南和详细介绍。