书城科普读物气象百变魔图
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第5章 天气的形成(4)

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。

1883年8月23日,印度尼西来的喀拉喀托岛上,发生了一次强烈的火山爆发。喷发出的火山灰渣约有180亿立方,大量细小尘埃升到七八万米的高空,长期弥漫于天空。所以那一年,世界各地看到的彩霞都特别鲜艳美丽,人们称之为“血霞”。

由于霞的颜色和鲜艳程度与大气中水气的含量、尘埃多少有关,因此,霞的色彩与出没对天气变化有指示意义。谚语说:“早霞不出门,晚霞行千里”,就是说早霞预兆雨天,晚霞预示晴天。

空气流动成风

空气流动就成风。空气流动得越快,风就越大。对于大范围的空气来说,它的运动有上下左右区别。气象学上把空气的上下运动叫做垂直运动,也叫做对流,而空气的水平运动就是风。

空气的水平方向流动,是各地气温和气压分布不均匀造成的。空气流动的规律,是从气压高的地方流向气压低的地方,于是就产生了风。高气压和低气压之间的气压差越大,空气流动的速度越快,风也就刮得越大。

人们认识风,必须知识风向和风速。习惯上把风的来向定为风向。如西北风,是指从西北方向吹来的风;东南风即为东南方向吹来的风。风速是指单位时间空气流过的距离。风速根据风力的大小划分为0—12的13个等级。风速和风级的对应关系可用右表表示。

尽管风级划分为12级,但自然界的实际风速有的还要大得多,如龙卷风的风速甚至达到每秒200米以上。

风是天气变化的主要因素,不同的风能产生迥然不同的天气。地球上除了常年不变的信风和随季节变化的季风外,还有台风、龙卷风、海陆风、山谷风、焚风、布拉风、干热风等形形色色的风。

风对人类既有利也有弊。一年一度的季风给我国大部分地区带来大量的雨水。大风是一种取之不尽、用之不竭的无污染的能源。但大风、台风、龙卷风、干热风等又会给人民生命财产和农业生产带来巨大的威胁。

我国北方春、秋短

季节是根据气候寒暖和昼夜长短的变化而来的。谁都知道,春秋季气候温和,夏季炎热而冬季寒冷。如果把一年中每三个月定为一季,那么各季的日数大致相近,只不过相差一两天,这就没有季节长短的问题。但是由于各个地方在地球上的位置不同,有的在南方,有的在北方;有的离海远,有的又近些;有的是平原,有的是高山;有的经常吹这种方向的风,有的又经常吹那种方向的风。这样,在同一时期里,各地的气候也就大大不同。例如,1月份在哈尔滨是冰雪满地,在广州所看到的却是红花绿叶。为了表示各地具有实际气候意义的季节,一般应用温度高低来划分季节。在我国比较通行的是用每候(5天为一候)平均气温10℃为冷与暖的分界温度,22℃为暖与热的分界温度。在10℃以下定为冬季,10~22℃之间定为春秋季,22℃以上定为夏季。根据这样的标准来划分季节,各地的四季长短就不相同了。

我国北方的春季是比较短的,一般不到两个月。例如北京春季是从4月1~5日到5月21~25日,沈阳从4月21~25日到6月10~14日,哈尔滨从4月26~30日到6月20~24日等。可见这一带,当拆了冬季需要的火炉之后,不久就要搭起夏季需要的凉棚了。

既然季节是按照温度来确定,那么温度升降的快慢就可以决定季节的长短。在我国北方,冬季太阳辐射很弱,照射时间又短,并且经常有北方更冷的空气流来,温度很低。自1月最冷的时期过去以后,一方面太阳辐射逐渐加强,另一方面冷空气势力又在不断削弱,于是温度逐步上升,天气也逐步变暖,但降水稀少,空气干燥,到了3月以后,由于太阳辐射进一步的加强和冷空气进一步的减弱,使得地面温度能够迅速升高。所以北方各地一般以3月到4月温度上升的幅度最大,也就是4月比3月有显著的增暖。例如北京3月份的平均温度为4.4℃,这时天气还比较冷,4月为13.2℃,已成为春暖季节了。

在春季期间,这一带降水仍然是不多的,除有些日子起风外,多半是晴天,空气干燥,太阳辐射又在继续加强,地面吸收的热量自然迅速增多,空气温度也跟着扶摇直上,经过不到两个月的春季就开始进入夏季了。例如北京5月平均温度已经达到20.2℃,到了6月就升高到24.2℃了。所以北方春季一般都比较短。

同样道理,自7月最热时期过去以后,太阳辐射逐渐减弱,冷空气势力又在不断增强,于是温度逐步下降,以10月到11月下降的幅度最大。例如北京10月份平均温度为12.5℃,到11月就下降到4.0℃,已是寒冬季节了。

总的说来,我国北方春天和秋天特别短,主要是由于那里的纬度较高,冬季来得早,去得迟的缘故。因为在北半球中纬度地带冬季是比南半球长的。

我国南、北两方差异大

冬天,我国北方地区的最低温度,往往下降到-30~40℃,田野里到处都积着厚厚的雪,而南方地区的温度大都在0℃以上,最低温度也不过摄氏零下几度。到了夏天,北方和南方的温度差异却很小了,这是什么道理呢?

因为地球上气温的高低,决定于地表吸收太阳辐射能的多少和地表热辐射能力的强弱。如果光照强度大,时间长,地面接受太阳辐射的热量就多,同时向空气放出的热量也多,气温就高;反之,气温就低。

我国地处北半球,冬天照到北半球上的太阳光,全是斜射的。由于太阳光射向我国北方和南方的倾斜程度不同,北方比南方倾斜得厉害一些,地面上单位面积所获得的太阳热量比南方少;也就是说,北方比南方的光照强度要小。

从光照时间的长短来看,冬天,一天内光照时间南方比北方长,如冬至前后,我国海南岛海口市的光照时间约为10.9小时,而黑龙江省哈尔滨市只有8.6小时左右。夏天情况正好相反,北方的光照时间比南方长,如夏至前后,哈尔滨白昼长达15.7小时左右,而海口只有13.2小时左右。

另外,在冬季,北方经常受到盛行的偏北气流影响,寒流频频南下,带来了当地纬度远不可能有的寒冷天气;在南方很少有偏北气流盛行,温度仍然较高。而到夏季,南方盛行的东南季风,可以把暖空气源源不断地吹到北方。

由此可见,冬天,我国南方比北方的光照强度大,光照时间又长,盛行的偏北气流影响很小,这就造成北方和南方的温度相差很大;夏天,虽然南方的光照强度比北方大,但是光照时间比北方短,而且盛行的东南季风,可以源源不断地吹到北方,这也就减小了两者的温差。所以夏天我国南北方的温度差异很小,在黑龙江省我们照样可以种水稻。

全球同纬度最冷的国家——中国

我国最北部的冬季是很冷的,你如果在冬季到那里去旅行,就会看到原野上遍地积雪(积雪期长达6~7个月,其中11月到来年3月天天都有积雪),大地一片洁白,好象是到了北极一般。

那么,世界同纬度上的国家是不是也都这么冷呢?

不,不是的。我国冬季恰恰是世界同纬度上最冷的地方。如果把我国1月平均气温和世界同纬度上的国家比一下,那么,我国东北地区要比同纬度平均偏低15~20℃,黄淮地区偏低10~15℃,长江以南偏低6~10℃,就是华南沿海也要偏低5℃上下。我国最北的黑龙江省的一个县城呼玛镇和英国首都伦敦所处的纬度基本相同,但是,呼玛1月平均气温是-28.6℃,而伦敦却高达4.0℃,伦敦不仅没有几米深的冻土和遍地积雪,而且冬草常青,绿水常流,平均气温就像在我国呼玛5000里以南的杭州一般。再比如,我国的天津市和葡萄牙首都里斯本纬度相近,里斯本1月平均气温已近10℃,和我国广东广西北部一样,一派郁郁葱葱的大好春光,而天津的1月气温-4.2℃,只有田里越冬的小麦和公园里的松柏才使大地点缀上斑斑点点的绿色。再说,我国广西的桂林1月平均气温是8.0℃,虽然这里冬季也是青山绿水,景色秀丽,可是每年还有2~3天下雪,9~10天有霜,而同纬度上的美国迈阿密1月平均气温却高达19.9℃,霜雪罕见,海滨的椰子和槟榔树高插蓝天,是一派绮丽的热带风光。

为什么我国冬季成为世界同纬度上最冷的国家呢?

大家不都有这样的生活经验吗?冬季里,当寒潮大风停止以后,在温暖太阳的照耀下,天气渐渐回暖,可是好景不长,常常第二次寒潮又接踵南下,气温重又猛降。如果把每天的平均气温依次点成曲线,那曲线的形状就好比大海的波涛或是陡峻的群峰一般。可见,我国冬季所以特别冷,主要是因为冬季里常常从北方刮来的寒潮冷空气的缘故。如果没有寒潮南下,气温达到纬圈平均水平,哈尔滨就可以暖得像徐州、郑州一般,北京比南昌、长沙还要暖和,上海更温暖得象无冬的南宁、广州一样了!

这些寒潮是从哪儿来的呢?它们来自苏联的西伯利亚。有些寒潮还来自北冰洋畔,不过,它们也是要经过西伯利亚的。而西伯利亚正是北半球冬季中最冷的地方。北极圈上的维尔霍扬斯克和奥伊米亚康地方,1月平均气温近-50℃,绝对最低气温低到过-72℃,这样严寒的空气刮到我国来(虽然一路上在高太阳和暖地面的烘烤下,气温有所升高),当然就使我国东部地区成了同纬度上的低温“冠军”。但是,我国四川省西南和云南省大部分地区冬季处在来自西南亚的干暖西南西风气流里,气候便十分温暖:海拔1891米的昆明市1月平均气温高达7.8℃,它和东部同纬度上海拔只有1167米,但却处在寒潮冷气流控制下的桂林(1月平均气温8.0℃)一样温暖;再如云南省金沙江干暖河谷中海拔1118米的元谋,1月气温高达15.5℃,却比同纬度海拔仅185米的湖南林县高出9.7℃之多……。可是,要知道在冬季中我国南方地区每升高1公里气温平均要降低4~5℃之多。

我国雨量知多少

在我国的气象台站里,都有一个直径20厘米的雨量筒,有的还有自记的雨量计,用来测量雨量,大多数一天测量2次,2次相加的雨量称为日雨量。把一个月和全年的日雨量相加就是这个月和这一年的总雨量。再对观测以来各年(或月)的雨量进行平均,就是这个地方的年(或月)平均雨量。例如,上海的年平均雨量(简称年雨量)1128.5毫米,北京年雨量682.9毫米。