书城童书《地球知识篇》(上)
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第14章 地球万象(3)

根据成因的不同,雾又可分为辐射雾、平流雾、蒸气雾、上坡雾、锋面雾等几种。辐射雾是地面空气因夜间辐射散热冷却达到水气过饱和状态后形成的。这种雾大多出现在晴朗、微风、近地面水气又比较充沛的夜间或早晨。辐射雾的出现,一般表示当天的天气晴好,因此有“十雾九晴”的说法。平流雾是由空气的水平流动造成的。当暖湿空气流经冷的地面或海面,空气的低层因接触地面或海面而冷却,使水气凝结而成雾。平流雾的出现,一般预示两三天内要下雨。锋面雾产生于冷暖气团交锋的锋面地带。我国梅雨季节常出现这种锋面雾,它也是阴雨天气的预兆。

我国雾最多的地方要数四川的峨眉山了。1953~1970年间平均雾日多达323.4天,差不多天天有雾。

雾对航海、航空和农作物都有很大影响。如海上航行一旦遇上了浓密海雾,船只可能迷失方面,甚至发生触礁、碰撞等事故;飞机遇上大雾天气就难以起飞或降落;农作物在一直多雾阴冷的天气里,产量和质量都会受到影响。

云滴形成的雨

谁都知道,天上有云才能下雨,但不是所有的云都会变成雨。据研究,一个细小云滴的体积大约要增大100万倍,才能成为一颗普通大小的雨滴降落下来。

一颗云滴要长大成为能降落到地面的雨滴或雪花,必须经历两个过程:一是凝结和凝华增大过程,这种作用在云滴增大的初期起主要作用;二是云滴的碰撞增大过程,这种作用在云滴增大的后期起主要作用。

在雨滴形成的初期,云滴主要依靠不断吸收云体四周的水气来使自己凝结或凝华。如果云体内的水气能源源不断得到供应和补充,使云滴表面经常处于过饱和状态,这种凝结过程将会继续下去,使云滴不断增大,成为雨滴。但有时云内的水气含量有限,在同一块云里,水气往往供不应求,这样就不可能使每个云滴都增大为较大的雨滴。有些较小的云滴只好归并到较大的云滴中去。

如果云内出现水滴和冰晶共存的情况,那么,这种凝结和凝华增大过程将大大加快。当云中的云滴增大到一定程度时,由于大云滴的体积和重量不断增加,它们在下降过程中不仅能赶上那些速度较慢的小云滴,而且还会“吞并”更多的小云滴而使自己壮大起来。当大云滴越长越大,最后大到空气再也托不住它时,便从云中直落到地面,成为我们常见的雨水。这种“碰撞合并”过程同样可以在云滴上升时产生。

雨的成因多种多样,形态也各不相同。既有灰蒙蒙的毛毛雨,又有倾盆而下的雷阵雨;既有连绵不断的连阴雨,又有噼啪作响的冷蛋雨……。此外,还有冻雨、酸雨、夜雨、干雨、无云雨、报时雨等等,真可谓五花八门,无奇不有。

为测定降雨量的大小,气象工作人员在地面观测场的露天放置一个直径为20厘米的金属圆筒雨量器,它一天24小时所接收到的雨量就是日降雨量,可用量杯量出。我国中央气象局规定:凡日降雨量在10毫米以下的称为小雨,10~25毫米为中雨,25~50毫米为大雨,50毫米以上称为暴雨。我国暴雨强度最大、雨量最多的地方是台湾省。1967年10月17日,台湾省的新寮地区曾发生过雨量达1672毫米的纪录,接近非洲南部留尼旺岛日降雨量1870毫米的世界纪录。

冰晶连成的雪

雪和雨一样,都是云滴凝结而成。当云中的温度在0℃以上时,云中没有冰晶,只有小水滴,这时只会下雨。如果云中和下面空气温度都低于0℃,小水滴就凝结成冰晶、雪花,下落地面。

雪花是一种美丽的结晶体,它在飘落过程中成团地攀联在一起,就形成雪片。单个雪花的大小通常在0.05~4.6毫米之间。雪花很轻,单个的重量只有0.2~0.5克。无论雪花怎样轻小,怎样奇妙万千,它的结晶都是有规律的六角形,所以古人有“草木之花多五出,独雪花六出”的说法。

雪花的形状与它形成时的水气条件有密切关系。如果云中水气不太丰富,只有冰晶的面上达到过饱和,凝华增长成柱状或针状雪晶;如果水气稍多,冰晶边上也达到过饱和,凝华增长成为片状雪晶;如果云中水气非常丰富,冰晶的面上、边上、角上都达到过饱和,其尖角突出,得到水气最充分,凝华增长得最快,因此大都形成星状或枝状雪晶。

我们常见的雪是白色的,但有时也会出现红雪、黄雪、黑雪、绿雪、褐雪等彩雪,它们都是在特殊的环境和条件下形成的。例如,在那些终年冰封的永久性冰雪地带,生长着大量的含有红色素的藻类,白雪就被红藻粘染而成红雪;绿雪常见于北极、西伯利亚和阿尔卑斯山等地,它主要是由绿藻类的雪生衣藻和雪生针联藻的大量繁殖而形成的;在我国天山东段与沙漠相邻的地区,有时会出现因夹着黄色尘土而使白雪变黄的黄雪。

雪对人类有很大好处。首先是有利于农作物的生长发育。因雪的导热本领很差,土壤表面盖上一层雪被,可以减少土壤热量的外传,阻挡雪面上寒气的侵入,所以,受雪保护的庄稼可以安全越冬。积雪还能为农作物储存水分。此外,雪还能增加土壤肥力。据测定,每1升雪水里,约含氮化物7.5克。雪水渗入土壤,就等于施了一次氮肥。用雪水喂养家畜家禽、灌溉庄稼都可收到明显的效益。

降雪还有一个好处是,能使浮游在空气中的灰尘、细菌随着雪花沉落地面,有些病毒被冻死了,病原减少了。雪后,空气新鲜、清洁,对人体健康大有好处。

雪对人类有利也有害处。在三四月份的仲春季节,如突然因寒潮来侵袭而下了大雪,就会造成冻害。所以农谚说:“腊雪是宝,春雪不好。”

雹云孕育的冰雹

冰雹是从发展强盛的雹云中降落下来的,所以常常与雷暴雨同时出现。大小不等的冰块落到地面,大的如鸡蛋、核桃,小的像黄豆、米粒。有一年,我国甘肃省的平凉地区曾降过一次大冰雹,最大的一颗竟达50多公斤重。

雹云是积雨云的一种,它与一般的积雨云有所不同:雹云的云底较低,一般离地面只有几百米,而云顶却很高,可达十几公里,云体相当高大深厚,大都呈暗红色或灰黄色。

雹云内部有三个不同的层次:云体的下部是由水滴组成的暖云(温度在0℃以上);云体的上部是由冰晶、雪花和过冷水滴组成的冷云(温度在0℃以下而未冻结的水滴);云体的中部是冰水共存的区域。在这种既有水滴又有冰晶、雪花的混合云体中,水气很容易直接凝结在冰晶上,并使冰晶迅速增大为冰粒。当冰粒大到0.1毫米左右时,就要随着云中的垂直气流上下来回翻腾。当云中的上升气流比较强烈时,冰粒就被送到云的上部,一路上与过冷水滴、冰晶及雪花相碰撞,逐渐凝结成一个不透明的白色冰核,称为“冰雹胚胎”。

当云中的上升气流减弱时,这个冰核又要从云的上部降落下来。由于云体下部的温度比较高,冰核落到这里,表面一层冰雪开始溶化为水,同时又有一部分水滴粘附上去。当再碰到猛烈上升气流时,这个冰核再次被带到高空,粘附在它外面的一层水滴又开始冻结成一层冰壳。由于雹云中的上升气流时强时弱,变化无常,所以冰雹胚胎就这样一次又一次地被托上去,落下来,经过几次到十几次的反复,冰雹胚胎越长越大,分量越来越重。当云中的上升气流再也托不住它的时候,就从云中一落千丈地掉下来,成为我们所见到的冰雹。冰雹天气一般多出现于夏季闷热的午后。

冰雹是一种破坏性很大的灾害性天气。一场重雹灾常使大批作物、果树、蔬菜遭到毁灭性的打击,即将成熟到手的庄稼也会颗粒无收,有时还直接威胁着人民生命及财产安全。现在,虽然有了一些人工防雹、消雹方法,但还不能从根本上制服冰雹灾害。

冷凝的雾淞和雨淞

雾淞和雨淞俗称“树挂”。在寒冷的冬季,近地面有雾,而且雾内小水滴的温度已在0℃以下时,一些树枝、电线或近地面物体的突出部位,有类似霜一样的乳白色凝结物,这就是雾淞。

雾淞有两种。一种是过冷却雾滴碰到冷的地面物体后迅速冻结成粒状的小冰块,叫粒状雾淞,它的结构较为紧密。另一种是由过冷却雾滴凝华而形成的晶状雾淞,结构较松散,稍有震动就会脱落。

如果在近地面存在一个逆温层,即温度自地面向空中有逐渐递增的趋势,那么当云中的过冷雨滴降至温度低于0℃的地面及树枝、电线等物体上时,会立即冻结成透明或半透明的冰层,使树枝或电线等变成粗粗的冰棍,有时还边滴淌、边冻结,结成一条条长长的冰柱,这就是雨淞。雨淞也叫冰凌、树凝,形成雨淞的雨称为冻雨。

我国大部分地区雨淞都在12月至次年3月出现。雨淞最多的地方是四川的峨眉山,平均每年出现135.2天,最多的年份出现167天。雾淞出现最多的地方是在吉林省的长白山,年平均出现178.9天,最多的年份有187天。

严重的雨淞会压断树枝、作物、电线,影响交通。如河北承德于1977年10月27~28日出现了一次罕见的雨淞,使60多万棵树折断。

地面凝结的露水.

夏秋的早晨,我们常可在一些草叶上看到一颗颗亮晶晶的小水珠,这就是露。古时候,人们以为露水是从别的星球上掉下来的宝水,所以许多民间医生及炼丹家都注意收集露水,用它来医治百病及炼就“长生不老丹”。其实,露水不是从天上降下来的,而是在地面上形成的。

露水的成因可以从吃冰镇饮料时得到证明。当我们把冷饮倒地杯子里时,杯子外面马上会出现一层薄薄的水珠。这是因为杯子外面的热空气碰到杯壁时冷却而达到饱和,于是一部分水气就在杯子外面凝结成小水珠。在晴朗无云、微风飘拂的夜晚,由于地面的花草、石头等物体散热比空气快,温度比空气低。当较热的空气碰到地面这些温度较低的物体时,便会发生饱和而凝结成小水珠滞留在这些物体上面,这就是我们看到的露水。如果夜间有微风,那么它们会把那些由于发生了水气凝结而变得较干燥的空气吹走,使湿热空气不断进来补充,从而产生较大的露珠。

露水对农作物生物很有利。因为在炎热的夏天,白天作物的光合作用很强,会蒸发掉大量的水分,发生轻度的枯萎。到了夜间,由于露水的供应,又使作物恢复了生机。此外,作物在潮湿的空气里有利于对已积累的有机物的转化和运输。

电荷碰撞生雷电

闪电和打雷是大气中的一种放电现象。在人们不知道雷电发生的原因之前,以为天上有“雷公”、“电母”之神,还杜撰了“雷劈孽子”的故事来警告那些忤逆不孝的人。

1752年7月的一天,美国科学家富兰克林冒着生命危险,在雷雨中将一只带有铁丝尖端的丝绸风筝放上了天,结果把天雷引到了地面。这次实验揭开了千百年来的雷电之迷:原来,天上的雷电和我们平时看到的两个物体摩擦生电完全是一回事。

在夏季闷热的午后及傍晚,地面的热空气携带着大量的水气不断上升到天空,形成大块大块的积雨云。积雨云的不同部位聚集着正负两种电荷,这时地面因受到近地面积雨云中的电荷感应,也带上了与云底不同的电荷。我们知道,不同的电荷是会相互吸引的。但是空气的导电性能很差,它阻挡着正负两种电荷的会合。当云层里的电荷越聚越多,达到一定强度时,就会把阻挡它们会合的空气层击穿,打开一条狭窄的通道,强行会合。由于云中的电流很强,通道上的空气就会被烧得炽热,温度比太阳表面还要高好几倍,所以会发出耀眼的白光,这就是闪电。雷声是因为通道上的空气和云滴受热而突然膨胀后发生的巨大声响。

闪电和雷声是同时发出的,但由于闪电是光,它的速度(每秒30万公里)要比是声音的雷的速度(每秒340米)快得多,所以我们平时总是先看到闪电,后听到雷声。

雷电可以击毁房屋,造成人畜伤亡,还会引起森林火灾,破坏高压输电线路。雷电更是安全飞行的大敌。如飞机误入雷雨云中,易遭受强烈颠簸,使飞机外壳结冰,甚至遭受直接电击,造成飞行事故。

当然,雷电并不都是坏事。仲夏季节产生雷电的雷雨云往往伴随着降雨,能给农作物提供充分的水分。雷雨将大气中的灰尘、烟雾等污染物冲刷一光,起着净化大气的作用,使雨后的空气变得更加清新。另外,闪电产生的高温,能使空气中氮气和氧气直接化合成二氧化氮,随雨水渗入土壤中变成硝酸盐,它是肥田的上等肥料。

色彩缤纷的虹霓

在炎热的夏天,一阵暴雨过后,有时我们能看见一条七色的彩环横跨南北,悬挂有空中,这就是虹。有时在虹的外侧还能看到第二道虹,光彩比第一道虹稍淡,称为副虹或霓。虹和霓色彩的次序刚好相反。虹的色序是外红内紫,而霓的色序是外紫内红。

我国早在殷代甲骨文中,就有关于虹的记载。古人以为虹是龙在雨后的显形,所以虹字带上了“虫”字旁,并一直沿用至今。其实,虹是飘浮在空中的小水滴反射太阳光而形成的。如果我们在天气晴好的早晨或傍晚,背着太阳站着,然后用嘴向空中喷出一口水,就会看到在那些水珠上面有一条小小的彩虹。而一场大阵雨后的空气中,就飘浮着许多像这样的小水珠,它们就像一个个悬浮在空中的三棱镜,太阳通过它们时,先被分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光带,然后再反射回来。这时,如果有人站在太阳(在地平线附近)和雨滴形成的“雨幕”之间,就会看到一条色彩缤纷的彩虹。如果太阳经过小水滴的两次折射和反射,那么在虹的外侧就会出现颜色稍淡、排列相反的霓。

虹的色彩鲜艳程度和虹带的宽度与空气中的水滴大小有关。水滴大,虹就鲜艳清晰,比较窄;水滴小,虹就淡,也比较宽,如水滴过小,就可能没有虹。

虹主要出现在夏季,冬季很少见。这是因为夏季多雷阵雨,雨滴也较大。往往一阵雨过后,很快转晴,空中尚飘浮着很多小水珠,经太阳照射后就形成了虹。冬天一般天气干燥,下雨机会少,阵雨就更少,所以冬季较难见到虹。

预兆天气的霞

在日出和日落前后,天际有时被染成红或橙红色的艳丽色彩,这就是霞。出现在早晨的叫朝霞,出现在傍晚的叫晚霞。

霞是怎样产生的呢?日出和日落时分,太阳光要通过较厚的气层才能照射到地平线附近的空中,当阳光通过大气层时,因紫色光和蓝色光波长较短,被散射减旨得到厉害,到达地平线上空时已所剩无几了。余下的光线只有波长较长的红、橙、黄色。这些光线经地平线上空的空气分子、水气和尘埃杂质的散射后,我们就能看到色彩艳丽、美如画卷的彩霞了。

空气中的水气、尘埃杂质越多,彩霞的颜色就越鲜艳。天上如有云块,这些云块也会“染”上艳丽的色彩。