漫游大气的炮弹

普通的枪炮利用火药爆炸的气流射出的弹丸或子弹，能在大气中飞行相当长的距离——可达15～20千米；这其实没什么好奇怪的。更令人惊奇的是，1918年德国人成功研制出了一门巨炮，其射程高达数百千米，能将弹丸发射到大气稀薄的上层，弹丸在那里能达到非常高的速度，最终落到很远的地方^[16]……不过，从大气中匆匆路过的弹丸有没有可能在那里长住下来呢？

这听起来似乎挺不可思议的。尽管如此，大气的神奇性质完全可以让这种事情成为现实。问题根本不在于现象本身的性质，而在于它的规模如何。我们知道，身体沉重的大鸟能在大气中“免费”遨游许多时间，丝毫不费吹灰之力，那弹丸怎么就不能在特定条件下做到这一点呢？诚然，鸟是有又大又宽的翅膀，换句话说也就是有很大的“升力面”。但通过简单的数学计算可知，随着物体的体积减小，所需的升力面也相对地减小，因为重量取决于体积，而体积的缩小是开三次方，面积的缩小只是开平方。如果弹丸的体积不大，气流便能像承载“马克沁的蜘蛛”一样，完美地带着炮弹在空中飞行。读到这里，你是否已经猜到了：这种“弹丸”其实是从地表进入大气的固体颗粒呢？

不错，它们很小，非常非常小……很多时候看都看不到。但它们的存在也是毋庸置疑的：看看烟囱里冒出的烟雾，看看干净房间里照入的一缕阳光吧……你要知道，这些固体颗粒的比重可要比空气大数千倍呢！尽管如此，燃烧产生的微粒以及各种尘土颗粒都能在整个大气中飞舞，乃至上升到大气的高层。原因仅仅在于上升流（哪怕是最微弱的上升流）把它们从地上带到了空中。

可这些小玩意儿又有什么好谈的呢？为什么要提这些普普通通的烟灰和尘土呢？而且还夸大其词地把这些垃圾称作“弹丸”？

事实上，还真该好好谈谈。并且只有研究这些小颗粒，才能理解许许多多其他的大气现象，因为这些微不足道的尘土在大气里扮演着至关重要的角色；你可知道，气象科学甚至给它们起了个正式名称叫作“核”^[17]。这里涉及的是大气降水，以及由空气中的水蒸气（也就是水汽）引发的种种现象。

我们常说：空气湿、非常湿或特别湿，有点干、比较干或特别干。空气的干湿正是取决于空气中的水蒸气含量。这些水蒸气从水体的表面或潮湿的地表升腾起来，在静止状态下也能自然而然地升入空中，因为它们的比重比空气要小。然而，空气容纳水蒸气的能力并不是无限的，而是都有着严格的限制条件——空气的温度越高，能容纳的水蒸气就越多^[18]。要是碰到饱和了水蒸气的空气，多余的水蒸气便会以液体或固态的形式分离出来。如果是在大气的同一层中，且湿度保持不变，那么不管是降低温度还是降低气压，都一样会发生上述情况。

飘荡于大气中的尘土，以及完全或部分溶解在空气中的水汽，二者的相互作用决定了大气中的各种构造的发展过程。哪怕是在洁净的空气中，每立方厘米也有大约500个极微小的尘粒，它们被水汽沾染并打湿，变成了凝结核，也就是水蒸气转变为其他状态的过程的起源地。在凝结过程的不同阶段中，大量凝结核变成了从大气“底部”就能看见的团块。从此它们就获得了不同的名称，有些名称用于日常交流，也有些用于科学研究。

有谁不曾在大城市里见过这样的景象：常常是在酷暑过后的夜晚时分，一大片尘土低低地浮在地面上空，覆盖了相当大的区域？这也就是所谓“霾”，是从地面扬起的固体颗粒的聚合体，能达到地表以上100、300～600米乃至1000米的高度^[19]。这里的水汽还很少，且降水本身在此并不发挥什么作用。不过，“霾”很快也很容易转变成另一种现象。只要这片尘土碰上降温或降压，水汽的凝结便开始了。这又会导致雾的形成，称作升腾雾。要从外观来区分霾和升腾雾并不那么简单，有时根本就不可能。这两种现象的基础是一样的，而凝结水汽的范围和状态又并不总是肉眼可辨。此外，这两种状态还经常相互转变。随着水汽逐渐从空气中分离出来，苍白的升腾雾也慢慢变黑、变灰，逐渐取得了另一种形式——云。

要注意把上述的升腾雾与另一种称作地方雾或地表雾的现象区分开来。这是一类有时非常浓稠的蒸腾现象，当邻接着地表或水面的空气层发生冷却时——比方说太阳已经下山而地表辐射依然强烈的时候，便会形成覆盖于其上的地表雾。气象学上根据升腾雾的形态将其归入层云类。