【天文台科普】夜晚嘅雲係咩顏色？一文解構不同時間雲的色彩變化

（原文取自天文台網頁，大小標題、引言及內文，經過香港01編輯修訂）

為什麼雲是白色的？

雲中的水滴或冰晶的大小，足以令各種波長（不同顏色）的可見光強烈地散射。由於光在大量水滴或冰晶之間向各個方向作出多重散射（圖一），並對可見光只有微弱吸收，所以散射後的光包含各種可見光波長，並組成我們所看見的白色（圖二）。

由雲造成的散射和由大氣層造成的有什麼不同？

由於在大氣中的空氣分子和微粒的大小與可見光的波長相若，太陽光以「雷利散射」方式在大氣層散射，其中藍光或紫光（波長較短的光）比紅光或橙光（較長波長的光）更易被散射（詳情請參見「藍天」）。

可是，在雲中水滴或冰晶的大小（大約或大於10µm），卻遠遠大於可見光的波長。故此所有波長的可見光受這些粒子的散射程度相若（圖三），這稱為「米散射」。它與具顏色選擇性的散射，亦即造成藍天的雷利散射不同。

為什麼雲會變灰或變暗？

當雲發展得愈來愈厚，更多的陽光會被反射，愈來愈少的陽光可以穿透它（見圖四）。由於很少陽光可以到達雲底，令在雲底的散射亦較少，所以雲底呈灰色。此外，如果在雲底附近的水滴愈來愈大（例如，當水滴重量足夠造成降雨的前一刻），它們會變成較弱的散射體和較強的吸收體。因此，大部分陽光經過反射或吸收後才能到達帶雨厚雲的雲底。由於從雲底到達地面觀察者的光大為減少，所以在下雨前雲看起來是又灰又暗的（圖五）

為什麼日落的雲是紅色或橙色的？

雲的顏色還取決於照射在雲上的光之顏色。在日落時，當陽光穿過厚厚的大氣層和塵埃顆粒，藍光以雷利散射方式散射，只剩下紅到橙色或紅色的光（見問題二）。雲會反射這些未被散射的紅色或橙色光，並呈現這顏色（圖六）。其效果猶如紅色電筒照在白紙上。

不同高度的雲在日落時會同時變紅嗎？ 

由於地球是圓的，在當太陽越過地平線時，不同高度的雲會在不同的時間變紅（圖七）。日落前的一刻，低雲（如層雲）的顏色會首先變紅。日落之後不久，高雲（如卷雲）會逐漸被染成深紅色，並在變暗的背景下變得明顯。地面上的觀測者可以根據日落時不同的雲變色先後次序，分辨不同高度的雲（圖八）。

晚上的雲是什麼顏色？

在有光源的情況下我們才可看見夜間的雲。在月光下的薄雲層一般呈白色。對於厚實低雲的雲底，其主要光源來自城市中的路燈和其他地面上的燈光（較常見為橙黃色或白色）。這種光會射至上空的雲層，被低雲雲底散射，令低雲在市區看來是橙黃色或白色的（見圖九）。雲層愈密或愈低，這現象則愈明顯。

原文：雲的色彩

作者：香港天文台郝孟騫

參考：

1. C.D. Ahrens, Meteorology Today: An Introduction to Weather, Climate, and the Environment.

2. Bohren, C.F., 1987, “Clouds in a glass of beer”, Dover Publications Inc.

3. 維基百科