云南刷屏七彩祥云，是祥瑞还是修仙？

　　来源：果壳

　　去年12月底开始，包括迪庆、丽江等多地在内的云南西北部，持续数日出现了壮丽的“七彩祥云”。而在最近几天，这样的“七彩祥云”愈发绚烂，为天空留下一道绝美的风景线。

　　七彩祥云刷屏

　　比如，泸沽湖上空，彩色微澜映照烟水碧波；

2021年1月2日泸沽湖上空 | 微博@请别伤害胖子好么

2021年1月3日泸沽湖上空 | 微博@yangjin162 天象爱好者整理

　　又如，玉龙雪山，振翅的羽翼守护翼下群峰的冰雪晶莹；

2021年1月4日拍摄于玉龙雪山附近 | 微信@十五，天象爱好者整理

　　抑或，香格里拉，浸染的苍穹轻拂大地的秘境。

2021年1月4日拍摄于香格里拉 | 微信@江才，天象爱好者整理

　　在古人看来，或许这就是彩凤倏然飞掠，留下斑斓片羽，赠给这片壮美山河。这也是云南得名“彩云之南”的由来之一。

　　如今的我们，不仅依然能欣赏流传千年的美景，还能从科学的角度，追寻彩云背后的成因。

　　虹彩荚状云

　　在气象学上，前文提及的众多七彩祥云，根据光学特性（虹彩）和基本形态（荚状），被称作虹彩荚状云。而具体的云种，则需要视云的高度，可以归为虹彩荚状卷积云、高积云等。

　　对于荚状这个形态，可能的成因有多种。当地的荚状云，主要和横断山区地形造成的背风波与定常涡旋（驻波）相关。

　　当风翻越群山时，不仅会受到地形的抬升，也会在贴近山体的地区出现显著的摩擦减速，而离山体较远的高空，减速却并不显著。这样的差异会激发出一个地形波或涡旋，由于在背风坡出现，也称作背风波。

　　当风速较为稳定时，这个波动也保持相对稳定驻留；如果富含水汽，在波动的抬升区，就能凝结形成不同高度的荚状云。

风翻越山地后，在背风坡形成波动，并在不同高度形成荚状云 | weather.gov

　　而最引人注目的绚烂虹彩与日华，则和光的衍射有关。

　　当组成荚状云的过冷水滴或冰晶直径在40微米以下时，由于其直径接近可见光的波长（0.4-0.76微米），此时阳光会偏离直线传播，并绕过这些水滴或冰晶——这就是衍射现象。

光遇到和自身波长接近的障碍物时，“绕过障碍物”传播形成衍射现象 | atoptics.co.uk

　　因为阳光中不同单色光的衍射效果不同，它们会被分离并投映在云上，形成彩虹般的斑驳陆离，因此也被称作虹彩。

　　虹彩的具体形态，与过冷水滴、冰晶的直径，以及阳光的投射角度都有关联。在一定范围内，过冷水滴与冰晶的直径越小，衍射产生的色彩效果就越绚烂，虹彩环或日华环的半径也会更大。

直径40微米（左上）、20微米（左下）、10微米（右）的水滴衍射白光形成的虹彩特征| atoptics.co.uk

　　万米之上

　　这几天连续刷屏的梦幻彩云，色彩更为绚丽，这表明组成它们的过冷水滴和冰晶直径非常小，通常需要在更高的高度才会出现。此外，在黄昏时分，大地逐渐沉入暮色时，这些虹彩荚状云依然辉映余霞，这进一步证明了它们的高度非常高。

　　众多资深爱好者结合大量实况影像记录，根据云体大小、视角等参数和日落后的光学特性，经历了一波三折的讨论后，最终认定最近几日的虹彩荚状云海拔高度在16-18千米左右。

　　这个高度高出了常规对流层顶，也极大地超出了常规虹彩荚状云的高度，必然有特殊的气象条件才能形成。

　　我们以北京时间1月2日14时为例，根据NCEP气象再分析资料，绘制对流层顶温度和气压（可代表高度）相对1981-2010年平均的偏差。

2021年1月2日14时，对流层顶温度相对于1981-2010年同期平均的偏差（填色，单位：℃）和对流层顶气压相对该基准的偏差（等值线，单位：0.1hPa） | 作者绘图

　　可以看到，包括丽江在内，青藏高原和东侧边缘地区都出现了对流层顶气压偏低（高度偏高）和温度偏低的特征。

　　对流层顶高度偏高有利于出现位置更高、更细小的荚状云，而温度偏低则有利于稀少的水汽凝结成云，这都有利于虹彩荚状云的形成。

　　那，高度偏高的对流层顶又是怎么形成的呢？

　　如此大范围的偏高，必然存在较稳定的气候因素——其中之一，是今冬青藏高原东部积雪偏少造成的气温偏高。

　　从下图相关分析看，对流层顶的气压和青藏高原东部地面气温有明显负相关，即地面气温偏高时，对流层顶气压偏低，高度相应偏高。

　　如果从物理机制上看，当积雪偏少与地面气温偏高时，青藏高原对上方对流层大气的冷却与收缩下沉的动力减弱，因而容易导致对流层顶的高度相对较高。

1979-2018年1月，亚洲大陆对流层顶气压对同期青藏高原东部（90°E-102°E，28°N-35°N）平均气温指数的回归分析（填色，单位hPa/℃），打点区域为通过0.05显著性检验地区 | 作者绘图

　　除了气候原因，横断山区激发的地形重力波，不仅将对流层较低空富含水汽的气团向上输送，也“抬高”了局地的对流层顶，利于虹彩荚状云的形成。类似的现象，在极地平流层云的形成过程里出现过。

　　云中“河流”

　　还有一个问题在于：形成云的水汽从何而来？

　　通常而言，对流层顶区域的大气都相当干燥。但根据模式结果，当地对流层顶附近（约18千米高）的大气相对湿度相当大——而它的局地性表明，很可能是前文提到的地形波，让相对低处的水汽抬升到较高层面。

北京时间2021年1月3日11时，NCEP模式结果70hPa（18.5km）的对流层顶-平流层底层相对湿度大小。黄色为相对干燥区，蓝色为相对湿润区；绿圈为丽江附近，可以看到当地和西侧横断山区出现了显著的局地“湿润区” | earth.nullschool.net

　　那么，在较低的层面上，是否存在显著的水汽输送呢？

　　向下看接近12千米高的对流层高层（250hPa高度），的确发现了一道往云南西北部横断山区输送的“河流”——高湿度的水汽通道。

　　根据风场溯源，它从赤道附近马来群岛的对流云活动开始，水汽随着上升运动，被部分带到对流层高层，然后由南亚高压边缘的风输送，最终经孟加拉湾进入云南西北部横断山区。

北京时间2021年1月3日11时，NCEP模式结果250hPa层面（约11km高）的对流层高层环流与相对湿度，红箭头是随南亚高压外围环流的水汽输送通道，为云南西北部横断山区输送了显著的水汽 | earth.nullschool.net

　　至此，关于那些梦幻彩云的身世，有了一个较为可信的推断。

　　在千里之外的马来群岛，无数的对流云在朝向苍穹不息生长，也升起沧海浮沫间的水汽，直入青冥。这些进入高空的水汽随风漂泊，如同奔涌在天际的长河；当来到横断山区时，群峰激发的地形波让它们升向更高远的对流层顶，也将长风编织凝结成了流云。最终，当阳光在云间流淌时，借助衍射现象，这些荚状云便播撒出无数流光的虹彩迷离。

　　对于大地上的我们，会惊叹折服于彩云之南间，群山与阳光编织的大美。

　　而对于这些虹彩荚状云，它们大概会永远记得故乡海的形状。它们借助长风与群山的力量，令天空泛起了海的波澜；而每一片的色彩，都流淌着千万里外浪花映照的阳光。