如果天空也有发型，会是什么样？
2023/4/25 18:45:25 中国国家地理
在如今这个快节奏的年代，大部分人很少能够静下心来，花上哪怕几分钟，凝视我们头顶这片富有活力、气象万千的天空。
在本文中，职业风暴摄影师刘屹靖(网名Range四方)，将为大家详细解读奇特而有趣的气象景观——雨幡和降水线迹，它们就像是挂在云朵之下的旗帜或幕布，为天空带来了意想不到的“装饰”效果，但有时也会带来破坏性的灾害。
如果说雨幡是帅气精神的直发，
那雪幡就是有着艺术范儿的卷发了
有一些云层的降雨，在落向地面途中“中道崩殂”，没落地就在空中蒸发了。这种现象，气象学上称之为“雨幡”(virga)，即雨滴在下落过程中不断蒸发，在云层底部形成的丝缕状悬垂物，在每一缕“丝”中，都有着数不尽的雨点。它们由线到面，织成了一面雨做的“旗帜”，你也可以称它为云端垂下的“幕布”。
此时如果再来一阵风，这面“旗帜”便会倾斜起来，在云底随风飘荡。如果云底落下的雨滴不是特别密集，此时的雨幡更像是唐代诗人贺知章笔下“万条垂下”的“绿丝绦”。不过，这个“绿丝绦”是由雨滴构成的，因此我更愿意称它们为“水丝绦”。它们看起来又像是剪成细丝状的绸缎，在云下绘出一根根优美、飘逸的线条。
在川西甘孜藏族自治州的黑石城，星空摄影师柏乐(网名拂晓)拍摄了一张教科书级别的雨幡图片。
在这张图里，我们能清晰地看到雨幡的纹理细节，霞光恰好洒在云底与地面之间，将雨幡千丝万缕的轻柔姿态呈现得淋漓尽致——成片的雨滴在云底划出了一道道密织的线条，整体看起来，酷似一面挂在云底、随风飘荡的旗帜。
太阳落山，天空的西边出现了火烧云
东边月亮升起来
与此同时，在摄影师的正前方(东北)
突然出现一片密如发丝的雨幡
正好被夕阳照亮，场面极为壮观。
摄影/柏乐
假如云层高度很高，或者环境温度很低，云里落出的降水粒子便可能不是雨滴，而是雪花，那么此时的幡便叫作雪幡。
雪幡在高海拔地区(如青藏高原)更为常见。因为基础海拔高，云体高度也相应更高。在低温环境下，云内水汽不断通过凝华生成冰晶，最终落出云底成为雪花。在青藏高原的一些雪山附近，我们看到的基本是以雪花为主要降水粒子的雪幡。
例如在西藏山南市浪卡子县的喜马拉雅山上空，一位风光摄影师就拍到过壮观的雪幡图片。我们从中能清楚地看到它和雨幡的不同——如果说雨幡是一头帅气精神的直发，那么雪幡就像是略显凌乱、有艺术范儿的卷发了。因为雪花的下落速度比雨滴慢，大气中垂直方向上不同的风力，对雪幡的“塑形”效果很明显，所以雪幡的纹理会更加紊乱，没有雨幡那么顺直。
图为西藏山南市浪卡子县喜马拉雅山上空的罕见画面：太阳将呈“T”字形的幡状云照射得熠熠生辉，而一轮明月悄悄地从幡状云上方探出头来，这是一幅罕见的幡状云加日月同辉的画面。而且，更奇特的是，幡状云下面的“幡”是卷曲的，因此这很可能是雪幡。
要是降水粒子更密集，
幡状云就会演变为降水线迹云
那么，为什么会出现雨滴或雪花无法落地的情况呢？
我们知道，云是悬浮在空中由大量水滴、冰晶或兼由两者组成可见的聚合体，当水汽不断凝结(凝华)，使它们增大成为雨滴(雪花)，而上升气流无法顶托住这些水滴或冰晶时，它们便会从云底掉下来，形成雨滴或雪花。落出来的这些降水粒子在接触到云外大气的那一刻，就会开始蒸发或升华。所以，如果这些降水粒子的量太少，亦或是下落过程中接触的空气太过干燥——相对湿度过低，少量的降水粒子就会因为蒸发/升华速率过快，而在落到地面之前就半途夭折，这便是雨幡(雪幡)出现的核心条件：降水粒子太少，云外大气又过于干燥。
除此以外，还有一种情况，也会导致雨幡(雪幡)的形成，那就是雨滴或雪花开始下落的高度太高。例如一些高积云，高度可达四五千米，这意味着云内产生的降水粒子，会经历一段很长的落地时间，因此和云外大气充分接触的时间也很长。此时大气不一定非常干燥，但降水粒子依然无法落地，在落地前就已蒸发或升华。
图为产生雨幡和降水线迹的主要云属示意图
资料来源/张超、王燕平、王辰编著《云与大气现象》
从原理上说，一旦满足了“有降水粒子下落”加上“大气干燥”这两个条件，任何种类的云都可以产生幡。在我国冬天寒潮南下时，漫天出现的灰白雨层云，或者是在一夜大雨过后，第二天天晴时出现的层积云，甚至是“天上鱼鳞斑，晒谷不用翻”的高积云及卷积云，都可以产生“幡”。
“幡”作为云的一种附属结构，与云体原本的名字结合在一起，称为“幡状云”，由此衍生出“幡状积雨云”、“幡状层积云”、“幡状高积云”等一系列名称。我见过很多种的幡状云，其中有一种云形成的幡状云给我留下了深刻印象。这种云的学名叫悬球状云，也就是俗称的“乳状云”。
图是在甘肃敦煌上空，出现了拖着长长尾巴的“水母云”(也叫胡子云)，这是漏光高积云产生的雨幡(或雪幡)，主要是由冰晶和液滴构成。在我国西北地区，如果看到幡状高积云，通常表明空气比较干燥，近期不会产生落到地面的降水
摄影/何敏仪
它看上去就像一个个球或袋子悬挂在云底，有时是零散几个，个头也不大，有时可能密布整片天空，个头大且光滑饱满。乳状云是一种附属云，可以附属出现在其他主要云属之下，例如高积云、高层云、卷云等。
但是，在一些情况下，乳状云会因某种原因破碎，然后变成“幡”，甚至可以成为接地的降水线迹。具体是什么原因导致乳状云破碎的，目前也没有定论。
正所谓“众人拾柴火焰高”，对于雨幡(雪幡)而言，也可以比喻为“众幡下落轨迹长”。雨幡(雪幡)的触地过程，实际上是一场降水粒子和干空气的拉锯战。当越来越多的降水粒子开始从云底落下，“幡”的先头部队通过蒸发/升华作用，不断与下落途中的干空气对抗，用自己的“牺牲”换来下方空气的湿润，为后面继续落下的降水粒子铺好了一条“康庄大道”。这样一来，后面的降水粒子就能在一个相对湿润的大气中，落到更低的高度。
图为日喀则市康马县出现的降水线迹云
摄影/陈业伟
当降水粒子触地的那一刻，成为人们可感受、也是气象观测设备可监测的雨滴或雪花时，降水粒子所属的云便不再叫“幡状云”，而是“降水线迹云”。尽管此时在远处看，它可能还保留着“幡”的外观，但由于已满足了气象学上降水的定义，因此不再称为“幡”了。在触地的降水线迹里，降水粒子比雨幡更密集，所以降水粒子能抵达地面，在云底与地面之间，刻画出许多长长的线条。
在野外，我经常看到，降水在雷暴云底和地面间，画出一道道清晰的降水线迹，配合空旷的草原或平原地景，形成了令人震撼的气象景观。
在雷暴云底部，降雨在云底和地面之间划出了一道道清晰的降水线迹，此刻云端电闪雷鸣，配合地面大片的油菜花海，场面极为震撼
摄影/吴正杰
跟着雨幡追彩虹，
是我在野外尝试的拍摄新思路
说到这里，就不得不提中国的“赏幡胜地”了，主要分布在西北地区、青藏高原以及东北的呼伦贝尔等区域。因为这些地方远离海洋，或是海拔较高，来自海洋的暖湿气流不易抵达，造成这些地方长期干燥，降水量不及我国东部。再加上这些地区有开阔的视野，因此也就成了观赏幡状云的绝佳场所。
风暴“雨幕”景观：巨大的弧状积雨云，似一堵云墙一样快速袭来，降水线迹在空中像丝绸般洒向大地。
摄影/安久
由于人口密度低，大气中来自人类活动产生的细颗粒物较少，再加上相对湿度较低，气溶胶无法有效进行“吸湿增长”，因此西北和青藏高原的能见度也远高于我国东部地区，空气十分通透。
在这样的能见度条件下，如果日落前后出现幡状云，且周围没有太多杂云与高山遮挡，夕阳光以极低的角度照射到上面，我们就能目睹一场震撼的“火烧幡状云”，甚至能看到从金黄色到深红色的颜色渐变。如果角度合适，我们甚至能看到雨幡之上挂着一道明亮的彩虹。
火烧幡状云
摄影/安久
有一次，我在内蒙古呼伦贝尔“追风暴”失败，因为当天的风暴并不强，刚奔着一个去追，结果不久后它就消散了。为了不“空手而归”，我想到了换一种思路——追彩虹。
我开始关注当天处于消亡阶段的雷暴云，它们正在不远处产生雨幡或降水线迹。我决定去有太阳的那一侧尝试拍摄彩虹。在我穿过风暴底部后不久，阳光突然洒了下来——我回头一看，一道明亮的彩虹正挂在被阳光照亮的降水线迹上。
阳光照射在雨幡和彩虹上，前景是草地和牦牛，
气象景观是云端飘荡的雨幡，
天上的雨幡与地上的经幡遥相呼应
摄影/杨桦
因此当阳光斜射时，如果我们找到太阳光的方位，再结合雨幡或降水线迹的位置，就可以“追”到彩虹：只需要移动到雨幡被太阳照射的那一面，调整好和雨幡的距离，就有可能目睹壮丽的彩虹景观。如果运气够好，甚至能看到“双彩虹”、“附属虹”等特殊现象。
青海海西蒙古族藏族自治州茫崖市冷湖镇的俄博梁，分布着大面积的雅丹地貌，就在这个气候极为干旱之地，摄影师竟然意外地拍摄到了壮观的雨幡彩虹景观。
摄影/关晓东
还有好几次，我乘坐民航飞机时，在空中“偶遇”了幡状云。在阳光照射下，这些幡状云上甚至都出现了昙花一现的正圆形彩虹(实际上完整的彩虹圈就是圆圈)。
飞机窗外一片云下悬垂的雨幡和太阳映射出的一段彩虹
摄影/黄新宇
雨幡伴随下击暴流，
在地面形成了一堵沙墙
尽管雨幡和降水线迹看起来很美，但不得不提的是，雨幡也可能伴随着一种具有破坏性的灾害性天气现象——下击暴流。在有雨幡的对流云下，有时会有一股强烈的下沉气流，在触地后迅速向四周扩散。如果这股强下沉气流在地面扩散后，产生8级(17.2米/秒)以上的雷暴大风，就可以称这股下沉气流为“下击暴流”(按大气环境的干湿，下击暴流可分“干”和“湿”两种，按尺度还可分为“微”和“宏”两种)。
对于湿下击暴流，它就像是从高处倒下一盆水，尔后在地面向四面八方炸开，水花四溅。
下击暴流形成示意图
在干燥环境下，由于云内降落的雨水(雪花)蒸发(升华)的速率很快，吸热制冷的效果也显著。蒸发/升华需要大量吸热，导致空气温度急剧下降，冷空气密度比周围空气密度大，雨幡下部就会产生强烈的、肉眼看不到的下沉气流。再加上本身雨雪粒子的拖拽作用，下沉气流就会快速下降，在近地面迅速向周围扩散，产生吹向四面八方的强风。这就是产生干下击暴流的基本原理。
2022年7月24日，我正在参加一个国家自然科学基金重点项目的气象外场观测试验，承担风暴科学摄影的职责。那一天我在内蒙古鄂尔多斯，有幸拍下了风暴云底雨幡所伴随的干下击暴流，在地面掀起扬沙的全过程——当我按下相机快门，进行延时拍摄时，云底的雨幡才刚刚到达地面，但不到一分钟后，雨幡的接地点竟扬起了一道沙尘。随后沙尘越来越高，成了一堵沙墙，向我的拍摄地靠近。尽管下击暴流没有正面朝我而来，但现场同样是狂风大作、黄沙漫天的景象。
外表“温柔”的降水线迹，
却能伴生极具破坏力的下击暴流
摄影/刘屹靖
变形的“雨幕”，
是“湿下击暴流”存在的有力证据
有时候，当水汽条件较好时，对流云内产生的降水强度非常大，此时从远处看，暴雨降落的区域已不太适合用“降水线迹”去形容，而是像一道暗灰色或暗蓝色的帘幕一样，连接着天地，此时便可以用“雨幕”来称呼它。
在一些热带地区海面上，由于高温环境，水汽充沛，热力条件好，常有孤立的雷暴单体出现，云底容易形成壮观的降水线迹
摄影/孙智韡
如果在雨幕里还存在下击暴流，那么这股下击暴流便是“湿”的下击暴流。为拍摄多角度的风暴影像，我曾多次穿过湿下击暴流，到风暴的另一头去拍摄。在湿下击暴流内，暴雨常常大到车子的任何雨刷器都无济于事，能见度可能就几十米。
假如你置身于湿下击暴流的雨幕之外，就能够看到，这种雨幕底部的外形，其实并不是半空中那种几乎垂直地面的状态，而是向外侧逐渐“撇”开，撇开那部分的远端甚至会“卷翘”起来，这是雨幕内存在强下沉气流的直接证据，而雨幕中的万千雨滴，便勾勒出了这股下沉气流的外形——这种底部向两侧撇开并卷翘起来、甚至整体呈梯形的雨幕，便是“湿下击暴流”的视觉体现。
前年7月的一天，在内蒙古包头市达尔罕茂明安联合旗，我见证了一团风暴，从开始降水到最后产生下击暴流的全过程：这团正在迅速膨胀的积雨云，一开始底部十分“干净”，连雨幡都没有。随后我迅速下车摆好相机，按下快门开始拍摄延时序列时，雨幡已经快触及地面了；就在雨幡接地后2分钟，下击暴流现身了，雨幕底部一下就变成往两边“撇”出去的形态，远端也卷翘起来。而这幅经典的湿下击暴流影像，如今已成为许多气象专家、学者的教学案例。
图为非常典型的湿下击暴流。它虽然外形看起来与雨幡、降水线迹相似，但各自属于不同的天气现象。
摄影/刘屹靖
下击暴流的突发性和局地性都很强，并且不局限于雷暴云中——一些比较浅薄的高积云或层积云，也会产生下击暴流。它是威胁飞行安全的大敌，曾造成不少事故。有时候这些积云和它们下方的雨幡看起来毫无威胁，一旦飞机飞进去，就可能会被下击暴流袭击。尽管下击暴流的预报至今仍是世界级难题，但已有国内外专家学者，研究出了预警及探测下击暴流的算法。
当然，大部分的雨幡是不会对地面产生危害的，因为伴随的下沉气流可能因为位置太高，或强度太低，而根本无法抵达地面。对于一些特别靠近地面的雨幡，只需要关注雨幡下方地面附近，是否存在明显的尘土扬起的情况——如果有，说明云内有很强的下沉气流在近地面向四周扩散，导致强风的发生；如果没有，我们则不用担心强风的威胁，可以悠闲地欣赏雨幡带给我们的震撼和美……
本文选摘自《中国国家地理》2023年4月文章：
《天空之“幕” 云端垂下“水丝绦”》
撰文/刘屹靖
审稿专家/卞建春 中国科学院大气物理研究所?研究员
责任编辑/雷东军?图片编辑/雷东军
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微信编辑：广平
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