人与自然 系列丛书-第61部分

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　　比如说，气象卫星是提供全球气象资料的现代化探测工具，它大约一个多小时就可以绕地球一圈。由于地球本身的自转，气象卫星一天24小时会有两次经过地球某一固定点的上空，一次在白天，一次在夜里。于是，地球上的观测点白天在某一时刻会像每天看到太阳那样重复看到气象卫星，所以人们叫它为“太阳同步卫星”。气象卫星上装有电视摄像机和红外辐射仪，它们能拍摄地球外围的云层图像，测定地面及大气层中温度变化的数据，气流、大洋环流和风力的情况也在它的观察范围内。卫星上的电子通讯装置能将卫星观测到的资料、图片、数据自动地传输给地面的接收站。　
　　卫星云图是分析气象变化情况和趋势的重要依据之一。我们每天在电视上看到中央气象台播送的全国气象预报节目中都有卫星云图的镜头。雨带的分布和走向、冷空气的南侵、热带风暴的形成和位置以及移动方向等等，在卫星云图上都可以清晰地反映出来。　
　　除了卫星的运用以外，大型计算机在天气预报中也占有越来越重要的位置。因为天气变化的因素往往是十分复杂的，因此现代气象观测的手段也是多种多样的，如上面所说的卫星观测还只是其中之一。此外还有高空探测仪，地面观测站，海洋观测船，高山观测点等等。这些由各地以各种手段测报来的数据资料，还须进行综合分析，光靠人工运算，速度是肯定来不及的。再说有时还要结合某地气象历史资料一起分析，显然就要求助于计算机。目前，美国、日本等发达国家，在气象预报中心使用的大型计算机的计算速度已达每秒钟几十亿次。这些计算机为气象预报的准确性立下了汗马功劳。　
　　当然，除了以上两个因素外，气象预报的地区网络以至全球网络的建立，各类气象观测设备、仪器的现代化，通讯设施的先进等等，也都为气象预报变得越来越准确提供了保证。　
　　随着科技水平的不断提高，气象预报还将变得更为准确。因此，对于每一个人来说，早晨起床后，可不要忘了听一下天气预报呀。




人工降雨是怎么回事　
　　夏天，有时天气酷热、干燥，一连十几天甚至是一个月不下雨。这时候，人们是多么希望能下一场大雨，带来一些凉意埃酷热的天气更是苦了农民，农田都晒成一片白色，干得裂开了缝，庄稼无精打采地耷拉着头，眼看到手的丰收又将被严酷的旱情夺走了。以前，碰到这样的情况，或者是开春时持续干旱而影响了播种，农民只能求神拜佛，乞求老天爷开恩，降下一嘲及时雨”，可是神佛往往是令人失望的。　
　　现在的人们当然不会去求助于神佛显灵，遇到这样的情况，他们依靠科学。早在1940年，美国通用电气公司的物理学家、化学家朗缪尔就开始研究人工降雨的方法。要使天下雨，一般来说需具备三个条件：第一，天空中要有足够的水蒸气；第二，要有晶核，它能使空气中的水蒸气凝结成水珠；第三，温度要低，只有天气冷，水蒸气才会结成水滴。根据以上这些原理和条件，朗缪尔开始了他的试验。首先，他让一个冷冻箱内充满了水蒸气，然后把干冰（固体二氧化碳）撒到冷冻箱里去。干冰能使温度下降，又能和空气中的尘粒一样，代替了晶核，使箱里的水蒸气凝结在干冰颗粒的周围，形成了和冰、雪及雨滴一样的结晶。这时的冷冻箱里仿佛产生了一场暴雨（雪）。　
　　这个研究和实验的结果表明：可以利用干冰来进行人工降雨。　
　　干冰在室温下很容易升华，须要把它放在冷冻设备里，用飞机把它运送到高空，然后在云层中撒开，使得空中的空气冷却，形成晶核，转变成雨珠，实现人工降雨。但是，干冰的保存十分困难，后来，美国的物理学家冯内加特用碘化银晶体来代替干冰。碘化银能在室温下长期保存，而且在进行同样规模的人工降雨时，它的需用量也比干冰少，因此运输十分方便。再往后，人们又想出用发射装置把碘化银从地面直接送到高空的云层里去，同样能有效地进行人工降雨。制造一次中等规模的人工降雨一般只需1公斤左右的碘化银。当然，由于碘化银的价格比较昂贵，加上飞行或发射费用等因素，目前人工降雨主要还是用在农业生产或者是扑灭森林火灾等方面，使这种方法能取得较好的经济效果。而夏天为人们驱赶暑气的人工降雨还十分少见。




雷雨后的空气怎么会格外新鲜　
　　每当雷雨过后，如果你打开窗户，一定会感到空气格外地新鲜。所以，人们往往喜爱在雷雨后到街上去逛逛，或者到野外去散散步，呼吸一下雨后的清新空气，那真是令人心旷神怡。可是，你知道为什么雷雨后空气会变得格外新鲜吗？　
　　这里有两个原因：第一，什么东西经水一冲洗，立即换了个摸样，变得干干净净，清爽可爱。空气也是这样，一场倾盆大雨，就好像给空气痛痛快快地洗了个“淋员，把空气中的灰尘和其他脏东西全都冲掉了，空气就变得干净而纯洁；第二，那是因为下雷雨总是夹杂着闪电，而在闪电时，空气中便发生了一种化学变化——空气中的一部分氧气变成了臭氧。　
　　臭氧，这是一种什么样的化学物质呢？原来，臭氧也是氧，而且它还是氧气的亲哥哥呢。浓的臭氧是淡蓝色的，有一股很臭的味儿，具有很强的氧化能力。我们知道，在一个氧分子中，含有两个氧原子；而在一个臭氧分子中，却含有3个氧原子。臭氧还有漂白和杀菌的本领呢。目前，科学家们正在试验用臭氧来净化水质。有人会担心，这样一来，水中会不会有臭味呢？　
　　其实这种想法是多余的，因为稀薄的臭氧是一点儿也不臭的，反而会给人一种清新的感觉。雷雨后，空气中就产生了少量的臭氧。它能净化空气，杀死细菌，因此雷雨后的空气就特别的新鲜。　
　　那么，臭氧又是如何产生的呢？　
　　如果你走进一个电动机室里，关上窗户，就会闻到一股刺鼻的臭味儿。　
　　原来，在正进行工作的电动机里，电压很高，电动机里产生了电火花，使周围的氧气受到激发，就有一部分变成了臭氧。　
　　雷雨时的臭氧，也是这样产生的。一块带正电的云与一块带负电的云碰到了一起，放电时发出火花，就产生了闪电与雷鸣。闪电时的电压很高很高，可以达到几十亿伏特，所以它产生的巨大电火花，使空气中的一部分氧气变成了臭氧。　
　　明白了这些，雷雨后，多到户外去散散步，呼吸新鲜空气，对身体可是大有好处埃你知道彩虹和雨的关系吗1981年7月29日，在英国查尔斯王子与黛安娜小姐结婚的大喜日子里，伦敦下了一场短暂的大雨，随后雨过天晴，伦敦上空出现了一条巨大的色彩绚丽的彩虹，为王子的婚礼增添了喜庆的色彩。人们都以为这是巧合，有人甚至归功于上帝为英国皇室助兴。其实，这是英国气象学家创下的人工影响气候的奇迹。他们利用雨后天空最有可能出现彩虹的气象科学原理，分析了这天伦敦上空的各种气象因素，认为如果采取人工增雨的方式将会在雨后出现彩虹，结果大获成功。　
　　“赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩练当空舞？”彩虹究竟是怎样产生的呢？　
　　彩虹是大气中的细小水滴经太阳光折射、反射后形成的弧形（或圆形）光带。由于受天气条件和天空状况的影响，彩虹时有时无，时亮时暗，时宽时窄，极富魅力，成为历代文人墨客最为青睐的天象之一。南北朝时的文人江淹在《赤虹赋》中写道：“残雨萧索，光烟艳烂；水若金波，石似琼岸，俄而赤虹电出。。”为我们展现了一幅雨后彩虹的风景画。　
　　彩虹也可能出现在雨前。《诗经》曰：“朝隋于西，崇朝其雨。”是说西边有虹是雨的一种征兆，意思和民间流传的“东虹日头西虹雨”相近，有一定的科学道理。因为我国天气系统一般都是从西向东移动的，西边有虹，则告诉人们那里已聚集了大量的小水滴，这种坏天气将移入本地区。　
　　彩虹有时还出现在雨中。北宋沈括在《梦溪笔谈》中写道：“虹乃雨中日影也，日照之，则有之。”因为虹的形成须有光照，所以这里的雨就是我们通常说的“太阳雨”。刘禹锡在《竹枝词》中对这种雨作过形象传神的描述：“东边日出西边雨，道是无晴却有晴。”　
　　彩虹最多的当然还是出现在雨后。因为雨后空气中的小水滴很多，当光照条件适宜时，最易形成长虹。晚唐诗人李商隐就有“虹浮青嶂雨，鸟没夕阳天”的诗句。有时因为雨后空气中的小水滴分布不均，天空中还会出现“残虹”和“断虹”。　
　　我国江南一带，夏秋之际出现雨后彩虹的机会较多一些，届时你不妨自己留心观察一下这美丽的自然景观，对雨和彩虹的关系就会有亲身感受了。




《气象学》写成　
　　《气象学》为古希腊著名学者亚里士多德所著，是世界上最早的有系统的气象学专著。大约完成于公元前340年左右，全书共4册。前3册讨论气象学方面的问题，第4册主要讨论化学上的问题。在亚里士多德以前，虽然有许多对气象现象提出的解释，但都是零星和片断的，甚至是带有神话色彩的，并没有系统的研究。　
　　亚里士多德将先前所有的各种气象学思想和经验进行了系统的整理，而且提出了自己对各种天气现象的见解和理论，使之成为一门有系统的科学——古代气象学。亚里士多德认为：地球是由火、空气、水、土四种要素组成的，这些要素由于太阳的作用可以互相转换。太阳把地面上因水受潮的物质通过干燥，使其变成热气离开地面，于是就形成风，与前者的蒸发物一起产生空气。云、雨、雪、霜、露都是由于空气温度的变化而形成的。《气象学》和古希腊许多有关自然界的现象和理论一样，都是从经验性科学发展出来的。有相当的猜测性，甚至不当之处。此书的问世，使亚里士多德成了以后2000年中气象理论方面无可置疑的权威。在17世纪末以前，西方所有有关气象学上的著作和论著都没能脱离亚里士多德气象学的影响。　
　　第一张天气图的绘制　
　　绘制第一张天气图的是德国物理学家布兰德斯。从1816年起，他在德国的布累斯劳开始研究1783～1795年间曼海姆气象学会的观测记录，绘制出了这些年间的每天综观气象图，将各地的气压和风向值填入地图，并绘出等压线，以研究云量、风和气压系统之间的关系。天气图范围从俄国的乌拉尔山到西班牙的比利牛斯山。1820年，他出版了所绘制的天气图和说明书。由于当时没有电报和电话之类的信息传递工具，各气象站之间的资料交换只能靠邮运，所以这一技术没能立即用于天气预报。即使如此，天气图的出现为分析气压、风和云雨之间的关系以及建立天气系统的概念做出了贡献。　
　　布兰德斯当时根据天气图的分析认为，风向与气压的高低有关，并且认为高气压区一般天气良好，低气压区一般天气恶劣。天气图的出现是近代气象学研究起点的标志，布兰德斯也因此被誉为气象学的先驱。




人工气候室的发明　
　　1949年在美国的帕塞迪纳，建成了世界上第一个人工气候室，它可以自动控制室内的温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度。同时还设有空气过滤和消毒灭菌设备。人工气候室的出现，引起了植物学界的极大重视，接着在生物科学的不同领域也开始研究和设计了不同用途的人工气候室，应用范围从植物扩大到农业、动物饲养、鱼类饲养等诸多方面，为加速农业生产的工厂化发展开辟了新途径。　
　　实验结果表明，有一种感光性强的水稻品种，在自然条件下生长，从播种到抽穗需要105天，全生育期140天。可是，在人工气候室里，由于得到了比较理想的温度、湿度和光照条件，从播种到抽穗仅需要64天，全生育期仅需要88天，而且穗大、粒重，不受自然气候条件制约，一年可连续种植4代。　
　　中国科学院上海植物生理研究所于1969年也建成了一座大型植物人工气候室，使用面积达360平方米，有人工光实验室19间，自然光实验室6间，温度可控范围是0～50℃，相对湿度可控范围是30～90％，光照强度可达3万支烛光。经过多年的运转和使用证明，性能良好。　
　　气温上升引起自然界变化之谜　
　　从理论上讲，大气中二氧化碳的“温室效应”早为人们所承认，但有人对二氧化碳的增加不会导致全球性的气温升高表示怀疑。他们的主要依据是，从北半球的温度记录来看，本世纪40年代以来，平均气温大约每10年下降0。1℃，现在可能继续在下降。近20年来，大气中二氧化碳的含量却在不断增加，这似乎表明，气温的变化与二氧化碳的增加相悖。同时，另一些人认为，自70年代以来，亚欧北部地区在持续转暖，这可能与二氧化碳的增加有关。　
　　美国科学家通过近十年来的人造卫星拍摄的南极照片的比较，发现近年来夏季南极的冰雪比十年前明显减少。他们还发现有些地方的海平面，近年来有上升的趋势。他们认为，这可能是由于大气中二氧化碳增加的结果。　
　　我国的气象资料表明，近年来我国东北地区，尤其是黑龙江省，气温明显上升，越往南增温越不明显；南方有些地区气温似乎在下降。　
　　理论分析表明，大气中的二氧化碳增加1倍，可使大气的平均温度上升2。9℃。地面温度的上升随纬度的增加而增加：在纬度40度的地方接近平均值，在两极地区比平均值高3倍左右，在赤道地区只升高平均值的一半左右。　
　　根据这种分析，我们看看近百年来由于二氧化碳增加对大气温度的影响：1860年大气中二氧化碳含量是290PPm，1960年是314PPm，1980年是336PPm。这就是说，1960年以前的100年间二氧化碳只增加了24PPm，而1960年以后的20年间增加了22PPm，后者的增长速度为前者的4。6倍，原因不仅是燃烧的石油和煤炭以惊人的速度增加，同时也与世界人口的激增以及大规模的森林植被被破坏有关。理论计算表明，二氧化碳增加24PPm，可使平均气温上升0。17℃，在100年间气温对气候的影响是微不足道的，就是20年内气温上升0。17℃，在一般地区也难以觉察，因为一个地区的温度年平均值波动±0。2℃是常有的事。但是，由于两极地区的温度要比平均值高3倍左右，所以近年来两极地区的温度可能要比20年前高0。5℃左右，这就有可能使两极的冰雪在夏季融解得更多些。　
　　从今后的能源结构来看，我们可以认为在今后半个多世纪内，大气中二氧化碳的增加速率将与过去20年基本一致。这样，如果以1960年大气中二氧化碳的含量为基数，到2000年增加20％，可使平均气温上升0。6℃，这还不会给气候带来多大影响；到2040年增加到72％，气温要比现在高2℃，这也不能说就是很不适宜的气候。问题是由于这种温度上升得太突然，不是在几百几千年，而是在短短的几十年内，这对各方面的影响就不能不引起我们的注意了。　
　　如果大气平均温度上升2℃，赤道地区可上升1℃左右，两极地区可上升6℃左右。那时候高纬与低纬的温度梯度将比现在明显减小，这就必然会影响径向大气环流。径向大气环流是影响天气过程的主要因素之一