烟是什么形状的？
烟是什么形状的？
你见过工厂烟囱排出的白烟吗？估计大多数人会心里一嘀咕：这谁没见过？红白相间的烟囱高耸入云，浓厚的白烟从上方喷吐出来，逐渐弥散到大气之中，这是现代工业园区最为常见的场景之一。
那么，你知道烟囱排出的白烟有哪些形状吗？这恐怕就会把人给问住了——不就是一团团的白烟，哪有什么具体的形状？
其实细心观察就会发现，这些白烟有的是一条细细的直线，有的是以烟囱口为顶点的等腰三角形，甚至有的还能像波浪一样上下起伏……
（图片来源：veer图库）
看似无定形的烟气，也可以根据形状进行分类。而要想知道形状如此多变的原因，还要从大气中的温度差说起。
操纵形状的“幕后主使”：大气的温度层结
在人类的生产生活活动中，各种热源排放的烟、气体等形成的烟体飘浮在大气中，被风吹动后会呈现出各种不同的形态。因为轻盈如羽毛，气象学家将这种烟体命名为烟羽。
（图片来源：Wiki）
烟羽的形状与大气物理学中一个重要的概念——大气的温度层结密切相关。大气的温度层结是指地球表面上方大气的温度随高度变化的情况，根据变化的趋势，大气温度层结主要分为稳定层结、不稳定层结和中性层结三种类型。
由于地表是近地面大气的主要热源，所以海拔越高，温度越低是我们的一个日常经验。稳定层结则是一个相反的现象：大气中温度随高度的增加而升高，即暖空气位于冷空气之上，因此也称为逆温现象。
在逆温层中，重的冷空气在下，轻的暖空气占据了更高的位置，由于密度差异，冷空气很难克服暖空气的浮力而上升，因此向上的垂直运动受到了限制，就像盖了一个“盖子”，从而形成了稳定的大气结构。这种情况下,通常天气较为晴朗，风力相对较小，气象条件比较稳定，夜间更为常见。同时悬浮在大气中的烟尘、杂质、有害气体等难以穿过逆温层向上扩散，使得空气质量下降，能见度恶化，所以逆温层很多时候也是局地空气污染的“帮凶”。
逆温层无法散去的污染物造成严重的空气污染（图片来源：Wiki）
与稳定层结相反，不稳定层结就是大气中温度随高度增加而降低的情况。地面的空气在太阳光的照射下受热，会比周围的空气温度高，而高空的温度比地面温度要低，冷空气下沉、暖空气上升，容易形成对流运动，从而形成了不稳定的大气结构，通常会带来阴雨天气。
（图片来源：veer图库）
中性层结介于稳定层结与不稳定层结之间，即大气中温度随高度的变化相对较小的情况。在中性层结中，空气的垂直运动，既不受到促进也不受到抑制作用，而是保持一种相对中立的状态，天气相对比较平静。
（图片来源：veer图库）
扇型、锥型、屋脊型……烟羽的形状竟然这么多！
了解了温度层结，让我们回到烟羽的形态上来。受温度层结的影响，烟羽形状大致可以分为扇型（又称平展型）、屋脊型（又称爬升型）、环链型（又称波浪型）、熏烟型（又称漫烟型）以及锥型，下面让我们来分别认识一下：
烟羽形状的分类与对应的大气温度层结趋势。左侧图表中虚线代表干绝热减温率，实线代表温度随高度的变化（图片来源：《大气物理学》）
1. 扇型烟羽
在晴朗的夜晚或日出前，大气处于稳定层结，对流活动不旺盛，所以烟羽的垂直扩散受到抑制，同时在水平方向上又有风的作用，所以水平方向的扩散远大于竖直方向的扩散，最后就像是一把扇子一样慢慢展开，留下一条清晰的线条在空中划过。
（图片来源：Walter Baxter）
2. 屋脊型（爬升型）烟羽
是一种日落后的“特产”。日落后，排放口上方大气不稳定，湍流强烈，烟羽扩散强，而排放口下方，由于地面温度降低得比大气更快，所以大气形成了稳定层结，不易发生对流，烟羽难以扩散。因此，烟羽下侧边缘清晰，呈平直状，烟气浓密，而上部湍流扩散较强，烟气稀薄。烟羽上下对比强烈，远远看就好像屋脊一般。
（图片来源：veer图库）
3. 漫烟型烟羽
与屋脊型烟羽相类似，多发在日出后。这时的地面刚开始受到太阳辐射的影响而逐渐升温，排放口下方地面的温度高于大气的温度，处于不稳定层结，对流活动强，烟羽向下扩散强烈。而排放口上方仍处于稳定层结，对流活动弱，烟羽几乎无法向上扩散。结果导致烟羽下面的部分浓得像墨汁，而上面则清晰得像刀切一般，就像是上下颠倒的屋脊形烟羽。烟体无法向上扩散、只能向下蔓延，这也是造成工业区和城市的早晨烟雾弥漫的重要原因之一。
（图片来源：veer图库）
漫烟型烟羽造成城市早晨烟雾弥漫的示意图（图片来源：mappingair）
4. 波浪形烟羽
最有趣的是波浪形，它最喜欢出现在晴朗的午后。此时地面在太阳光照射下温度迅速上升，地面的温度显著高于大气的温度，大气处于不稳定层结，对流活动强烈，烟羽在垂直方向上有明显的起伏，就像是在水面上荡起了一道道曲折的波浪，仿佛是有人抓住了一根绳子在上下甩动。
（图片来源：veer图库）
5. 锥型烟羽
锥型烟羽喜欢在阴天或多云的白天现身，或者在有强风的夜晚突然闪现。这时的大气状态处于中性或弱稳定层结，对流弱或无对流，烟羽的扩散主要靠热力和水平风向的影响，形状就像是个圆锥体。离开排放口一定距离后，烟羽的烟轴基本保持水平，虽然扩散能力较弱，但却可以传播到很远的距离。
（图片来源：veer图库）
烟羽的舞蹈承载着大气的秘密，在现代都市的喧嚣中，我们或许很少留心这些烟羽的舞姿，然而，正是它们在空中的轻盈飘舞，让我们对大气的复杂性和美妙之处有了更深层次的认识。