凝结尾的形成机制探讨

1、凝結尾的形成機制探討劉綠杭、周春妤指導：陳正平教授、吳育雅老師每當飛機飛過，淡藍的天空出現如絲如絮的凝結尾，或吹散開來的羽毛狀、甚至拉鍊狀卷雲，我們不論正在做什麼事，總會停下來看得入神。參加中央氣象局推動與美國NASA合辦的SCOOL(Students Clouds Observations On-Line)計劃的觀測之後，我們開始每天紀錄天氣、觀察天上的雲，表格上的觀測項目中也包含了持續性凝結尾和消散性凝結尾的數量，但我們很少在衛星通過的時間（約上午十點）看到凝結尾。從陳正平教授的課稍了解其形成原因後，便對凝結尾的神出鬼沒開始起了更大的好奇心。我們從各種角度來探討凝結尾的形成機制：第一，比對

2、由實際觀測及衛星照片找出的凝結尾出現實例，和利用板橋探空資料計算出利於形成凝結尾的個案，討論適合形成凝結尾的條件；第二，比較不同季節雲量的個案中，凝結尾產生的天氣條件；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；第四，模擬凝結尾的實驗。凝結尾，雲圖上現身天空中的凝結尾若非經過很長的時間而散開成卷雲，一般人都能輕易的辨認，但如何從衛星雲圖上判斷凝結尾呢？以下歸納出下列幾點方法：1.找出與國際航道大約平行，寬約1km的細長高雲。2.排除地面上類似形狀，及其他特殊天氣型態造成相似結構的干擾。3.將當日探空資料代入凝結尾檢驗模式，評估其形成的高度是否可能為國際航線飛機的飛航高度。這天會有凝

3、結尾嗎？探空資料比一比只要晴朗的天氣、有飛機飛過高空就能形成凝結尾嗎？為什麼有時它形成之後繼續擴散成滿天的卷雲，有時卻什麼也沒有呢？除了理論上的解釋，我們以四組不同季節及雲量的案例，每組分別就凝結尾有或無的兩筆資料加以分析；同一季節中，在雲圖上看來雲狀、分布都相似的個案，在比較各組對流層上部的探空資料後發現：相對溼度方面，有凝結尾的個案皆高於無凝結尾的個案；溫度方面，兩組多雲的例子中，有凝結尾的個案是低於無凝結尾的個案，兩組少雲的例子則差異較小。哪時候凝結尾多？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尾的出現頻率比上半日略高，從飛航頻率和天氣狀態來探討原因，下半日飛航

4、頻率的確比上半日高出約兩倍；天氣狀態的差異則不顯著。做一個凝結尾吧！模擬凝結尾最大的困難是氣體的溫度變化不易控制，故將水的凝結改為鹽類的沉澱。依照凝結尾的形成主要為混合成雲的原理，因水的飽和蒸氣壓隨溫度呈凹向上形的曲線，在冷熱兩團未飽和的空氣混合時，便有機會達飽和而成雲；轉換為溶液的性質，即用溶度積常數對溫度的曲線來評估是否會達飽和。而此工作第一步是必須挑選出適合的溶質：（1） 有顏色，以利於觀察。（2） 溶於水是吸熱反應，其平衡常數才會與溫度成正相關，如同水的飽和蒸汽壓與溫度成正相關一般。（3） 解離後活性不至於過高、不具危險性、非貴重金屬化合物。（4） 平衡常數約介於十的負三到負六次方之間，才不會因太易溶解而難以觀察沈澱，或太難溶解使實驗時間拖得過長。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尾的瞬間美妙沉澱。在飛航頻率愈來愈高的今天，凝結尾的形成勢