书城科普读物探究式科普丛书-变化异常的天气:天气和气候
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第1章 变幻莫测——天气学习篇(1)

第一节瞬息万变——认识天气

天气与人类的生活息息相关,天气的阴晴冷暖直接影响着我们的日常活动。要想进一步了解天气,我们首先要弄清几个概念。天气是指一定区域短时段内的大气状态(如冷暖、风雨、干湿、阴晴等)及其变化的总称。天气现象是指在大气中发生的各种自然现象,即瞬时内大气中各种气象要素(如风、云、雾、雨、雪、霜、雷、雹等)空间分布的综合表现。天气系统通常是指引起天气变化和分布的高压、低压和高压脊、低压槽等具有典型特征的大气运动系统。各种天气系统都具有一定的空间尺度和时间尺度,而且各种尺度系统间相互交织、相互作用。许多天气系统的组合,构成大范围的天气形势,构成半球甚至全球的大气环流。

天气系统总是处在不断新生、发展和消亡的过程中,在不同发展阶段有其相对应的天气现象分布。因而一个地区的天气和天气变化是同天气系统及其发展阶段相联系的,是大气的动力过程和热力过程的综合结果。

各类天气系统都是在一定的大气环流和地理环境中形成、发展和演变的,都反映着一定范围地区内的环境特性。比如极区及其周围终年覆盖着冰雪,空气严寒、干燥,这一特有的地理环境成为极区低空冷高压、高空极涡、低槽的形成和发展的背景条件。赤道和低纬地区终年高温、潮湿,大气处于不稳定状态,是对流性天气系统产生、发展的必要条件。中高纬度是冷、暖气流经常交汇地带,不仅冷暖气团交替频繁,而且其斜压不稳定,是锋面、气旋系统得以形成、发展的重要基础。天气系统的形成和活动反过来又会给地理环境的结构和演变带来深刻的影响。认识和掌握天气系统的形成、结构、运动变化规律以及同地理环境间的相互关系,对于了解天气以及气候的形成、特征、变化和预测地理环境的演变都是十分重要的。

第二节千差万别——天气现象

天气现象是指发生在大气中、地面上的一些物理现象。它主要表现为降水、地面凝结、视程障碍、雷电和其他现象等,这些都是在一定的天气条件下产生的。

(1)降水现象:根据降水物的形态可分为液态降水、固态降水和混合型降水。液态降水包括雨、毛毛雨、阵雨等;固态降水包括雪、冰粒、米雪、阵雪、霰、冰雹等;混合型降水包括雨夹雪、阵性雨夹雪等。此外,根据降水性质,又可分为阵性降水、连续性降水和间歇性降水三种类型。

(2)地面凝结和冻结现象:包括露、霜、雾凇、雨凇等。

(3)视程障碍现象:包括雾(雾状比较浓的一类)、轻雾、吹雪、雪暴、烟幕、霾、沙尘暴(沙尘较强的一类)、扬沙、浮尘等。

(4)雷电现象:包括雷暴、闪电、极光。

(5)其他现象:包括大风、飑、龙卷风、尘卷风、冰针、积雪、结冰。

下面,我们来具体了解一下各种天气现象。

1.“呼叫”转移——风

在我们生活中,会经常听到一些像“四季东风是雨娘”、“南风暖,东风潮,北风过来没处逃”之类的谚语,这些谚语就是来形容无处不在的风。

风通常理解为空气相对于地表面的水平运动,用风向、风速或风力来表示。气象上把风吹来的方向确定为风的方向。因此,风来自北方叫做北风,来自南方叫做南风。气象台站预报风时,当风向在某个方位左右摆动不能确定时,则加“偏”字,如偏北风;当风力很小时,则采用“风向不定”来说明。

风既有方向,也有大小,因此,风的预报包括风速和风向两项。风速常用“级”来表示,其级别是根据风对地面物体的影响程度来确定的。目前,在气象上,按风力大小一般可以把风分为12个等级。在天气预报中我们听到的“北风4到5级”,通常指的是平均风力;又如“阵风7级”之类的用语,“阵风”指的是风速忽大忽小的风,而此时的风力则是指风速最大时的风力。

我们在日常生活中都能感受到风的存在,那你知道风是怎样形成的么?形成风的直接原因,是由于气压在水平方向的不均匀分布。它受大气环流、地形、水域等不同因素的综合影响,表现的形式也多种多样,如季风、地方性的海陆风、山谷风、焚风等。

风是农业生产的环境因素之一。当风速适度时,农田环境条件可以得到很好的改善。

近地层热量交换、农田蒸散和空气中二氧化碳、氧气等的输送过程,可以随着风速的增大而加快或加强。风还可以传播植物的花粉、种子,帮助植物授粉和繁殖。

风能被认为是分布广泛、用之不竭的能源。我国盛行季风,非常有利于作物的生长。在内蒙古高原、东北高原、东南沿海以及内陆高山,都具有丰富的风能资源,都可作为一种新能源得到开发利用。

2.润物无声——雨

从进入校门开始,我们就会经常读到有关雨的诗章,它已成为诗人表情达意的代名词。在我们的日常生活中,也会经常遭遇雨天,还有很多人对雨有着一种莫名的情愫。那么你们对雨又了解多少呢?

雨是从云中降落的水滴。陆地和海洋表面的水经过蒸发,变成水蒸气,水蒸气上升到一定高度后遇冷变成小水滴,这些小水滴组成云,它们在云里相互碰撞,合并成大水滴,当它大到空气支撑不住的时候,就从云中落了下来,形成了雨。

雨的成因多种多样,它的表现形态也各具特色——有毛毛细雨、连绵不断的阴雨、倾盆而下的阵雨。分布稠密均匀的微细液态降水就是平常我们所说的毛毛雨。其水滴直径小于0.5毫米,可随风飘流。毛毛雨常伴有雾,但又与雾不同。从全球范围来看,大范围毛毛雨出现频率最高的地区主要集中在中纬度、低海拔地区。阵雨指的是下雨时短促、开始和终止都很突然、降水强度变化很大的雨。阵雨发生时有时会伴有电闪和雷鸣,多发生在夏季。雷阵雨则表现为大规模的云层运动,比阵雨要剧烈得多,还伴有放电现象,常见于夏季。雷阵雨来临时,往往会出现狂风大作、雷雨交加的天气现象。大风来时飞沙走石,甚至掀翻屋顶吹倒墙壁。

气象学家根据24小时内降雨量的大小,把雨划分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨几个等级。小雨是指降雨量在10毫米以内,雨滴清晰可辨,落在地上不四溅,洼地积水较慢,雨声缓和;中雨是指降雨量在10.0?24.9毫米,雨落如线,雨滴不易分辨,落到屋顶和硬地上发生四溅现象,可听见沙沙的雨声,水洼形成较快;大雨是指降雨量在25.0?49.9毫米,倾盆大雨,模糊成片,雨滴落到屋瓦和硬地上发出哗哗的雨声,水潭形成极快;暴雨是指降雨量在50.0?99.9毫米;降雨量在100.0?250.0毫米的叫大暴雨;降雨量超过250.0毫米的叫特大暴雨,地势低处容易受淹。

雨的作用可不容小觑。它可以滋润万物,灌溉农作物;净化空气,调节气候,降低气温;促进地球水循环;是几乎所有远离河流的陆生植物补给淡水的唯一来源;是干旱地区人畜饮用水的主要来源;有利于水库蓄水,补充地下水,补充河流水量;有利于发电和航运,等等。

然而,由暴雨所造成的洪水也会给人类带来巨大的灾难。

此外,自然界中还有许多稀奇古怪的雨,例如“鱼雨”、“钱币雨”、“报时雨”、“贝壳雨”、“蛙雨”、“铁雨”、“金雨”、“木石人禽雨”等,统计一下有180多种呢。不过它们都是龙卷风的杰作。

3.隐形薄纱——雾

如果你生活在乡村,在秋冬的清晨,很可能体验到雾带给你的美妙感受,然而生活在都市中的人是很少有这样的机会的。下面,就让我们一起来了解一下雾——这种制造出奇妙世界的精灵。

如果要给雾下一个定义的话,那它可以分为三层意思来理解:凡是大气中因悬浮的水汽凝结,能见度低于1千米的天气现象称为雾;雾是接近地面的云;由悬浮在大气中的微小液滴构成的气溶胶称之为雾。雾大多出现在深秋初冬的早晨。雾的形成需要三个条件:一是冷却,二是加湿,三是有凝结核。如果地面热量散失,温度下降,空气又相当潮湿,那么当它冷却到一定的程度时,空气中一部分的水汽就会凝结出来,变成很多小水滴,悬浮在近地面的空气层里,从而形成了雾。雾和云都是由于温度下降而造成的,因此,雾实际上也可以说是靠近地面的云。雾一般出现在秋冬的早晨。

雾可以分为以下几种:

(1)辐射雾:日落后,地面的热气辐射至天空里,冷却后的地面冷凝了附近的空气。而潮湿的空气便会因此降至露点以下,形成无数悬浮于空气里的小水点,这便是辐射雾。它主要在秋天或冬天的清晨,天晴且风弱时出现,在日出后不久或风速加快后便自然消散。大多出现在晴朗、微风、近地面水汽比较充沛且比较稳定或有逆温存在的夜间和清晨。

(2)平流雾:暖而湿的空气作水平运动,经过寒冷的地面或水面,逐渐冷却而形成的雾,在气象上叫平流雾。

(3)蒸发雾:冷空气流经温暖的水面而形成的雾。蒸发雾范围小,强度弱,一般发生在下半年的水塘周围。

(4)上坡雾:这是潮湿空气沿着山坡上升,绝热冷却使空气达到过饱和而产生的雾。形成这种雾的条件是这种潮湿的空气必须稳定,山坡坡度须较小。否则形成对流,雾就难以形成。

(5)锋面雾:经常发生在冷、暖空气交界的锋面附近。锋前锋后均有,但以暖锋附近居多。锋前雾是由于锋面上方暖空气云层中的雨滴落入地面的冷空气内,经蒸发,使空气达到过饱和而凝结形成。

锋后雾,则由暖湿空气移至原来被暖锋前冷空气占据过的地区,经冷却达到过饱和而形成的。因为锋面附近的雾常跟随着锋面一道移动,军事上常常利用这种锋面雾来掩护部队,向敌人进行突然袭击。

(6)烟雾:通常所说的烟雾是烟和雾同时构成的固、液态混合气溶胶,如硫酸烟雾、光化学烟雾等。城市中的烟雾是由人类的活动造成的。早晨和晚上正是供暖锅炉的高峰期,大量排放的烟尘悬浮物和汽车尾气等污染物在低气压、风小的条件下,不易扩散,与低层空气中的水汽相结合,比较容易形成烟尘(雾),而这种烟尘(雾)持续时间往往较长。

(7)谷雾:这种雾通常发生在冬天的山谷里。当较重的冷空气移至山谷里,暖空气同时亦在山顶经过时产生了温度逆增现象,结果生成了谷雾,而且可以持续数天。

(8)冰雾:当任何类型的雾气里的水点被冷凝为冰片时便会生成冰雾。通常需要温度低于凝点时才会生成,所以常见于南北极。

4.速战速决——闪电

李白《梦游天姥吟留别》中这样写道,“列缺霹雳,丘峦崩摧”,诗中“列缺”指的便是闪电。由此,我们可以看到,闪电的威力确实不一般。下面,我们就一起走进“闪电”的世界。

闪电是指云与云之间、云与地之间和云体内各部位之间的强烈放电。暴风云产生的电荷,底层为阴电,顶层为阳电,在地面产生阳电荷,如影随形地跟着云移动。正电荷和负电荷彼此相吸,但空气却不是良好的传导体。正电荷奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体,企图和带有负电荷的云层相遇;负电荷枝状的触角则向下伸展,接近地面。最后正负电荷终于克服空气的阻障连接上巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云涌去,产生出一道明亮夺目的闪光。一道闪电的长度,短的可能只有数百米(最短的为100米),但最长的可达数千米。闪电的温度极高,高热使沿途空气剧烈膨胀,空气移动迅速,因此形成波浪并发出声音。闪电距离近,听到的就是尖锐的爆裂声;如果距离远,听到的则是隆隆声。