凝結(jié)尾的形成機(jī)制探討

1、凝結(jié)尾的形成機(jī)制探討劉綠杭、周春妤指導(dǎo)：陳正平教授、吳育雅老師每當(dāng)飛機(jī)飛過(guò)，淡藍(lán)的天空出現(xiàn)如絲如絮的凝結(jié)尾，或吹散開(kāi)來(lái)的羽毛狀、甚至拉鍊狀卷雲(yún)，我們不論正在做什麼事，總會(huì)停下來(lái)看得入神。參加中央氣象局推動(dòng)與美國(guó)NASA合辦的SCOOL(Students Clouds Observations On-Line)計(jì)劃的觀測(cè)之後，我們開(kāi)始每天紀(jì)錄天氣、觀察天上的雲(yún)，表格上的觀測(cè)項(xiàng)目中也包含了持續(xù)性凝結(jié)尾和消散性凝結(jié)尾的數(shù)量，但我們很少在衛(wèi)星通過(guò)的時(shí)間（約上午十點(diǎn)）看到凝結(jié)尾。從陳正平教授的課稍了解其形成原因後，便對(duì)凝結(jié)尾的神出鬼沒(méi)開(kāi)始起了更大的好奇心。我們從各種角度來(lái)探討凝結(jié)尾的形成機(jī)制：第一，比對(duì)

2、由實(shí)際觀測(cè)及衛(wèi)星照片找出的凝結(jié)尾出現(xiàn)實(shí)例，和利用板橋探空資料計(jì)算出利於形成凝結(jié)尾的個(gè)案，討論適合形成凝結(jié)尾的條件；第二，比較不同季節(jié)雲(yún)量的個(gè)案中，凝結(jié)尾產(chǎn)生的天氣條件；第三，比較一天中上半日與下半日的飛航頻率和高空天氣狀態(tài)；第四，模擬凝結(jié)尾的實(shí)驗(yàn)。凝結(jié)尾，雲(yún)圖上現(xiàn)身天空中的凝結(jié)尾若非經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間而散開(kāi)成卷雲(yún)，一般人都能輕易的辨認(rèn)，但如何從衛(wèi)星雲(yún)圖上判斷凝結(jié)尾呢？以下歸納出下列幾點(diǎn)方法：1.找出與國(guó)際航道大約平行，寬約1km的細(xì)長(zhǎng)高雲(yún)。2.排除地面上類似形狀，及其他特殊天氣型態(tài)造成相似結(jié)構(gòu)的干擾。3.將當(dāng)日探空資料代入凝結(jié)尾檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?，評(píng)估其形成的高度是否可能為國(guó)際航線飛機(jī)的飛航高度。這天會(huì)有凝

3、結(jié)尾嗎？探空資料比一比只要晴朗的天氣、有飛機(jī)飛過(guò)高空就能形成凝結(jié)尾嗎？為什麼有時(shí)它形成之後繼續(xù)擴(kuò)散成滿天的卷雲(yún)，有時(shí)卻什麼也沒(méi)有呢？除了理論上的解釋，我們以四組不同季節(jié)及雲(yún)量的案例，每組分別就凝結(jié)尾有或無(wú)的兩筆資料加以分析；同一季節(jié)中，在雲(yún)圖上看來(lái)雲(yún)狀、分布都相似的個(gè)案，在比較各組對(duì)流層上部的探空資料後發(fā)現(xiàn)：相對(duì)溼度方面，有凝結(jié)尾的個(gè)案皆高於無(wú)凝結(jié)尾的個(gè)案；溫度方面，兩組多雲(yún)的例子中，有凝結(jié)尾的個(gè)案是低於無(wú)凝結(jié)尾的個(gè)案，兩組少雲(yún)的例子則差異較小。哪時(shí)候凝結(jié)尾多？早上還是下午？將探索尺度由一年縮小到一天，我們可以觀察到下半日凝結(jié)尾的出現(xiàn)頻率比上半日略高，從飛航頻率和天氣狀態(tài)來(lái)探討原因，下半日飛航

4、頻率的確比上半日高出約兩倍；天氣狀態(tài)的差異則不顯著。做一個(gè)凝結(jié)尾吧！模擬凝結(jié)尾最大的困難是氣體的溫度變化不易控制，故將水的凝結(jié)改為鹽類的沉澱。依照凝結(jié)尾的形成主要為混合成雲(yún)的原理，因水的飽和蒸氣壓隨溫度呈凹向上形的曲線，在冷熱兩團(tuán)未飽和的空氣混合時(shí)，便有機(jī)會(huì)達(dá)飽和而成雲(yún)；轉(zhuǎn)換為溶液的性質(zhì)，即用溶度積常數(shù)對(duì)溫度的曲線來(lái)評(píng)估是否會(huì)達(dá)飽和。而此工作第一步是必須挑選出適合的溶質(zhì)：（1） 有顏色，以利於觀察。（2） 溶於水是吸熱反應(yīng)，其平衡常數(shù)才會(huì)與溫度成正相關(guān)，如同水的飽和蒸汽壓與溫度成正相關(guān)一般。（3） 解離後活性不至於過(guò)高、不具危險(xiǎn)性、非貴重金屬化合物。（4） 平衡常數(shù)約介於十的負(fù)三到負(fù)六次方之間，才不會(huì)因太易溶解而難以觀察沈澱，或太難溶解使實(shí)驗(yàn)時(shí)間拖得過(guò)長(zhǎng)。我們最後選擇碳酸鈣和氯化鉛。在未飽和的冷熱兩杯溶液混合中，看到了狀似消散性凝結(jié)尾的瞬間美妙沉澱。在飛航頻率愈來(lái)愈高的今天，凝結(jié)尾的形成勢(shì)