书城教材教辅新课改·高一地理备课素材(上)
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第20章 元大气(6)

数分钟后,在主虹内侧直接相连处,生成了狭细的三虹,以后又出现了四虹,4条虹在天空中的时间约15~20分钟之久。

人们常见的是一条虹,偶尔能见到两条虹并列悬挂在空中。含七种色光的太阳光线,射入大气中的水滴(雨滴或雾滴),各种色光经历折射和反射后,可在雨幕或雾幕上形成彩色光弧环。当光弧环对观测者所张的角半径约42度。光环的彩色排序是内紫外红时,称为虹。

在虹的外面,有时还出现较虹弱的彩色光环,光环对观测者所张的角半径约为52度,彩色环的排序与虹相反即内红外紫,称为霓或副虹。

(三)日月晕环

天空中有一层高云,阳光或月光透过云中冰晶时发生折射和反射,便会在太阳或月亮周围产生彩色光环,光环彩色的排序是内红外紫。称这七色彩环为日晕或月晕,统称为晕。其中对观测者所张的角半径为22度的晕最为常见,称22度晕,偶尔也可看到角半径为46度的晕和其他形式的与晕相近的光弧。

由于有卷层云存在才出现晕,而卷层云常处在离锋面雨区数百千米的地方,随着锋面的推进,雨区不久可能移来,因此晕就往往成为阴雨天气的先兆。

(四)霞光

日出前后和日落前后,天空的很大部分,特别是太阳附近的天空染上了颜色,当这部分天空有云朵时,云朵也染上了颜色,从地平线向上空,彩色的排序为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,有时个别彩色可能不明显,但排序不变,这就是朝晚霞。日出前后的叫朝霞,日落前后的叫晚霞。

霞是怎样形成的呢?实际上它和天空产生蔚蓝色的道理是一样的。都是由于空气分子的散射作用而造成的。只不过是日出和日落前后时,阳光通过厚厚的大气层,被大量的空气分子散射的结果。据计算,太阳在地平线上时所透过的大气层厚度为白天太阳当头时所透过的大气层的35倍。

由于阳光被大量空气分子所散射,紫色和蓝色的光就减弱得最多,到达地平线上空时已所剩无几了。余下的只是波长较长的黄、橙、红色光了。这些光线经地平线上空的空气分子和尘埃、水汽等杂质散射以后,那里的天空看起来也就带上了绮丽的色彩。空中的尘埃、水汽等杂质愈多时,这种色彩愈显著。如果有云,云块也会染上橙红艳丽的颜色。

另外,存在于大气中的水汽和灰尘是影响霞色彩的基本因素。大气中所含的水汽越多,霞的色彩越红。空气湿度的增加通常发生于坏天气的气旋逼近之前,因此当出现红色或橙色的鲜明的霞时,就可能预示着天气将变坏,当然也可能预示着降水的发生。

(五)极光

极地上空常出现梦幻般的光芒,遥望夜空的极光,其形状像缓慢摇摆移动着的布幔,但近看这个布幔时,发现这其实是由东向西伸长的大量弧形光集合而成,波浪般的向西移动后再顺着地球磁极方向绕回来,最后光线聚集成混沌状态。

由布幔般的光帘和线条的正下方观看极光,则可看到“日冕型极光”。如果极光足够明亮,可以看到由空中四散的多彩光卷成巨大旋涡的形状,至于产生旋涡状的原因尚待研究。

淡色的极光看起来是白色,逐渐明亮后才出现色彩,而淡绿色可以说是极光的特征,亮度增加时,下半部呈现明亮的绿色,上半部则可以看到淡红色。在极光最明亮、最活跃时,在绿色极光下方出现深红色,宛如界线般地两种颜色轮廓分明。

极光的色彩变化速度非常快,形成明显色差的原因是地球大气中多种原子和分子辐射出来的不连续波长的光,而非阳光似的连续波长的光。

看到极光的人都会被色彩鲜艳和时刻变化多端的极光帘幕所吸引,通常极光是出现于离地面100~200千米的高空,这个区域属于高层大气领域。也可以说,极光是发生在太空空间与地球界面处最具魅力的物理现象。

太阳不断释放出大量电子和质子,我们称之为“太阳风”。极光就是太阳风对地球磁场及大气产生交互作用出现的现象。

太阳风通过太空空间到达地球,使地球磁场形成圆锥状的“地球磁力圈”,地球磁力圈拥有数千千米到数十万千米的广阔领域,可储存来自太阳风的能量。地球磁力圈的夜侧部分(背向太阳的一侧)象彗星一样拖着长长的尾巴,被称为“磁力圈尾”。位于磁力圈尾的电子会接受这种能量的一部分,并改变方向射人地球。

极光会根据射人地球的电子数目以及太阳风而发生变化,并使电子运送的能量大幅增加,由此引起“极光风暴”现象,而在此现象出现之时正是观测极光的最佳时机。太阳活动是以11年为1个周期反复出现极大期和极小期,极光风暴较多发生于太阳活动很活跃的极大期中。太阳活动活跃的时期,小规模的极光风暴是数星期出现1次,大规模者则数个月出现1次。

通常极光只出现于环绕地球磁极卵形区——“极光卵形地区”。极光卵形区的中心点不是磁极,而略偏向地球背面的一侧。活动较弱时,极光卵形区的直径约为3000千米左右。以北半球来讲,极光卵形区的范围包括围绕北磁极的斯堪的那维亚半岛、西伯利亚北部、阿拉斯加、加拿大中央地区到格陵兰岛南部。

极光活动强烈时,极光卵形区的直径可以扩大到约4000~5000千米,其范围则包含了斯堪的那维亚半岛、西伯利亚中部、阿拉斯加到加拿大南部。1989年超大型极光风暴出现时,在日本北海道也看到极光现象,北半球最南端的观测纪绿是1957年的墨西哥市(大约北纬20度)。

南半球的极区也能观测到极光。由于南半球的陆地较少,大多是利用船只、飞机或南极大陆上的基地来观测。极光风暴发生时,在澳大利亚东南方的塔斯曼尼亚岛和新西兰南部也能看得到。

极光卵形区在接近午夜时会扩大到离磁极最远的地区。此外,极光最明亮时是出现在黄昏以后,因此观测极光的最佳时间是黄昏之后到午夜前,又长又暗的极光风暴大多出现在春分和秋分时期。

即使运用最新的照相技术和电视摄影机,仍然无法完全捕捉令人惊叹不已的壮丽的极光活动场面。希望直接观赏极光,只能像守株待兔般地等待下一次极光风暴,或是前往可定期性观测到极光的地方,也就是前往或北或南的极地,如斯堪的那维亚等高纬度的地区,以及亚洲靠近北纬70度附近的地方才能看得见。不过,在接近磁极附近就不需要刻意选择纬度太高的地方,因此加拿大中央地区大概是最佳的观测点之一。

观赏极光的另一个要点是要有“黑暗的天空”,而最重要的是远离都市去选择无“光害”环境。因为即使是壮丽无比的大型极光,和都市的灯光相比,仍显得较暗。在山顶上应该有足够的黑暗度可以看见极光。但往返高处是很辛苦的,也许选择远离人烟的广阔平原或湖沼旁会比较妥当。如果可以观测到天河,对观测者而言就是一个环境幽暗、云层较少的观测景点。在高纬度地区,黑暗夜空往往是指冬季。

希望前往现场观测极光的人,必须准备充分的保暖衣服,并且不要忘记带手套,准备齐全后就只有祈福有幸观测到美丽极光了。

十二、云是天气的表情

自古以来,我国劳动人民在生产实践中,就积累了“出门看天气”“鸡鸣早看天”的丰富经验。所谓“看天”也可以说主要是看“云”,或称为“看云识天气”。

关于云与天气变化的记载,可以追溯到殷商时期。在河南挖掘出的殷商甲骨文中就有“东云自南,雨”的卜辞。到了明清时期,出现了我国最早的云图,共有132幅。每一幅云图上都有说明,解释当日、月或北斗附近有类似图中所绘云象时,将知未来有何种天气出现。

那么,为什么有的云下雨,有的云不下雨呢?原来构成云体的水沫或冰凌实在太小,它们常被下面的空气托住,飘浮在空中。直到云滴的直径长到空气托不住时,才能成为雨滴、雪花或冰雹降落到地面上。云滴增大的条件是错综复杂的,也就是说不同的云是否能降水是受大的天气系统的背景所影响。

从时间方面看,一年四季天气不同,看云识天气也就有区别。从一天来看,不同的时刻,空气里的水汽和冷却的条件也常有差别。从空间来说,南方与北方不同,不同的下垫面也不同。而且,天空的云还经常要从一地移向他地,会在这个过程中加强、减弱、变厚、变薄……因此,“看云识天气”是一件很不容易的事,需要有一定的基本功。

“看云识天气”的谚语格外丰富,一般可把“看云识天气”的谚语分为7类。这7类是:云的出现时间、云的方向和位置、云的动态、云的形状、云的颜色、云的明暗、晴与阴。下面分别说一说。

一年中间,气候上总的规律春温、夏热、秋凉、冬冷;冬半年干燥,夏半年潮湿。一天当中,存在着白天温度高,夜间温度低的日变化。这些差异,在云天变化上都有相应的反映。例如,浓黑的积雨云总是出现在夏天,而冬天的云较平稳,所以说“二八月,看巧云”,“五六月,看桥云”。

一般说来,本地产生的云,是白天受阳光照射,地面上的水受热而蒸发,有水汽跑到天空而形成的。这样形成的云,往往在上午10时左右开始出现,到下午成长壮大,发展旺盛。而一到晚上,地面热量散失,生成云的加工条件不再具备,于是云便慢慢消散。若是后半夜还有云,则是由有利于云生成的天气系统(低气压、锋面)就地产生的,或者由外地移来。谚语“一更上云二更开,三更不开雨就来”“上夜起云下夜消,下夜起云不开交”等,就是这样的意思。在有云出现的低层空气里,低层较高层暖和,出现在高空的云多为冰晶云,低空的云多为水沫云。

因此,云必须又低又厚,才容易降落大雨。所以有“天低有雨天高旱”,“天矮要下雨,天高就会晴”等谚语。通常,我国大部分地区位于地球上的中纬度地带,高空盛行西风,云天变化常是自西往东影响的。谚语“乌云在东,有雨不凶”“乌云集西,大雨凄凄”,反映的正是这样的情况。

但在夏天,南方暖湿空气势力很强,也就经常有云从东、东南、南方把雨带到本地,因而又有“东南疙瘩云,午后大雨淋”“乌云在东,有雨更凶”“南边起云头,南阵最风流”“东南云上不来,上来没锅台”。当北方有冷空气快速南下时,常带来狂风暴雨,甚至造成雷电、冰雹天气。所以有“西北恶云长,雹子在后晌”“北方黑云起,刮北风下大雨”等谚语。

在云已经形成后,云体随着空气继续上升,就又有利于云体内的水沫的冰凌长大,所以有“云上升,下大雨”“云向上,大水涨”的谚语。可是,当全天布满云层时,人们并不能直接看到云体的上升运动,而只能间接地去推测。也就是谚语说的“低云不走,大雨淋头”“低云下大雨”。

谚语“云浮有雨”,意思也是指云的浮升,可是有的谚语提到的“浮云”,则是指的空中飘浮移动的朵朵云彩。这种“浮云”内部没有较强的上升运动,多是久晴的象征。

还有的谚语如“高云变低云,明日雨淋淋;低云变高云,天气会转阴”,前一句说云变厚变低的情形,容易降落大雨;后一句则描述低层消散,露出原来就在高层的云,或是云变薄的情形,所以天气容易转阴,却不会有大的降雨。

空气上升运动的情形十分复杂。通常,并不是大片地区的整层空气会全部在上升,而是一处上升,四周的空气却在下降,形成上下对流的状态,叫做空气的对流运动。谚语“黑云乱翻花,雹块要到家”“云乱翻,淋倒山”“云碰云,雨淋淋”等,都是反映空气对流的。对流愈强,愈有利于降水产生。

识别各种不同形状的云,对识天气很益。例如,见到卷云或卷云出现时,便知道不久要下雨。谚语“马尾云,雨必临”“天上钩钩云,地下雨淋淋”等就是这个意思。当天空出现鱼鳞状的卷积云时,预示未来天气转坏,有“鱼鳞天,不雨也风颠”的说法;当鱼鳞状的高积云出现时,预示天气晴好,有“天上起了鲤鱼斑,明日晒谷不用翻”“瓦块云,晒死人”的说法。淡积云、浓积云、积雨云是积状云发展的不同阶段,所预示的未来天气也不同。

谚语“馒头云,晒干塘”“宝塔云,雨淋淋”等就是这种情况。当堡状云、絮状云、悬球状云、荚状云等有指示意义的云出现时预示未来天气变坏或晴好。谚语“城堡当日现,雷雨即时见”“棉絮云,雷雨临”“悬球云,大雨淋”“天上豆荚云,地上晒煞人”等就是对这些云与天气变化关系的揭示。

云的颜色与天气也有一定的关系。由于云体内部有水沫、冰凌的不同构造,还因为各种云的厚薄、高低差别很大,太阳或月亮的光射到不同构造、不同厚薄、不同高低的云层里,便会映出不相同的颜色来。

高空很冷,高云内全是小冰凌、小冰粒,受到阳光照射,就反射出亮晶晶的光泽,使整个云体呈现银白色,中空的云大多是小冰粒和小水珠混合组成,受阳光照射时常映出稍深的颜色。低空的云,多由大小不一的水珠构成,阳光照进这样的云里,不能完全透过,便映出较深的颜色。如灰白、浅灰、深灰、灰黑等色。云愈厚,云色愈阴暗。要是云内有大雨点和冰雹块,更会映出异乎寻常的色彩来。例如金黄色、蛋黄色,发黄、发红等。

谚语“黄云翻,冰雹天”“天黄有雨,天黑有雨”“天上灰布悬,雨丝定连绵”“黑云片片起,狂风就要生”“满天布黑云,雨大吓死人”“浓云发红,雹子不轻”等,就是用云的颜色来预测天气的。

当出现霞的时刻,天顶和对面天空的云常被霞光染成各种颜色。大致说来有较大的水珠和雨点的低空云,常被染成红色;有小水珠的雪花中空云,多被染为橙色、茶黄色或蛋黄色;那些内部全是小冰粒的高空云,通常不受霞光的影响,保持它们原有的银白色。这方面的谚语有“朝霞不出门,晚霞行千里”等。

有一些谚语需做一些特别说明,如“黑吃红,雨等不到明;红吃黑,雨等不到晚”“云吃火,没处躲;火吃云,不要紧”,不少人曾经认为,谚语里提到的“红”和“火”大都是指太阳。实际上是指“火烧天”,即霞。所谓“黑吃红”或“红吃火”,跟另一些谚语讲的“火烧乌云盖”的意思相同。也就是“火烧天,烧过了没得雨;烧不过要下雨”中提到的“烧不过”的情景。

云的明暗对天气也有指示意义。当乌云布满天空时,假若四际天边尤其西北方的云层发白发亮,表明那部分云里有大雨点,它一移过来就要降雨,“亮一亮,下一丈”“一光一暗,大水上坎”“有雨天边亮”,就是这种情况的谚语。倘若并不是云体发白发亮,而是云层开裂露出了蓝天,则是天气转好之兆,“西北方漏天,明晨必晴”“西北露了脚,明天大胆割”,则是这种情况的谚语。

用当时天气的晴与阴也能预报天气。例如:辽宁的谚语“久晴必久雨,久雨必久晴”;安徽的谚语“久晴出现露,有雨在明后”;吉林的谚语“日月全阴雨雪到,日月半阴风声叫”等都属于这一类谚语。

十三、空气污染有哪些严重的危害?

在当今世界上,大气环境问题已经成为一个举世瞩目的全球性问题。酸雨、臭氧层破坏、“温室效应”等造成的环境污染和生态破坏已波及地球的各个角落,对经济的发展、社会的安定和人类的生存构成了严重的威胁,人类面临着大气污染的挑战。