物理与气象

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1、厄尔尼诺现象“厄尔尼诺”现象是指南美赤道附近（约北纬4度至南纬4度，西经150度至90度之 间）幅度数千公里的海水带的异常增温现象。原来，太平洋洋面并不是完全水平的。在南半球的太平洋上，由于强劲的东南信风向西 北横扫，将海水也由东南向西推动，结果是位于澳大利亚附近的洋面要比南美地区的洋面高 出约50厘米。与此同时，南美沿岸大洋下部的冷水不停上翻，给这里的鱼类和水鸟等海洋 生物输送大量养料。令人不解的是，每隔数年，这种正常的良性环流便被打破。一向强劲的东南信风渐渐变 弱甚至可能倒转为西风。而东太平洋沿岸的冷水上翻也会势头减弱或完全消失。于是太平洋 上层的海水温度便迅速上升，并且向东回流。这股上升

2、的厄尔尼诺洋流导致东太平洋海面比 正常海平面升高二三十厘米，温度则升高2-5摄氏度。这种异常升温转而又给大气加热，引 起难以预测的气候反常。经如，厄尔尼诺曾使南部非洲、印尼和澳大利亚遭受过空前未有的 旱灾，同时带给秘鲁、厄瓜多尔和美国加州的则是暴雨、洪水和泥石流。那次厄尔尼诺效应 造成了 1500余人丧生和80亿美元的物质损失。关于厄尔尼诺现象的成因，迄今科学家们尚 未找到准确的答案。有人认为，可能是太平洋底火山爆发或地壳断裂喷涌出来的熔岩的加热 作用造成洋流变暖，进而导致信风转弱和逆转。另有人则推断，也许是因为地球自转的年际 速度不均造成的。他们说，每当地球自转的年际速度由加速度不均造成的。

3、他们说，每当地 球自转的年际速度由加速变为减速之后，便会发生厄尔尼诺现象。令人忧虑的是，厄尔尼诺 现象的出现越来越频繁。原来认为5年、7年乃至10年来临一次，后来又以3至7年为周 期出现。但进入90年代以来似乎每两三年就降临一次。尽管厄尔尼诺的成因尚未查清，但人类并未在它面前听天由命、无所作为。1986年国 外科学家成功地提前一年预报了厄尔尼诺现象的来临，并积极探索温室效应与厄尔尼诺现象 之间的联系。可以预言，人类终将能解开这一肆虐人类的大自然之谜，并找出办法，避免它 的危害。高空的气温为什么低研究大气现象时常常用到热力学第一定律。通常把温度、压强相同的一部分空气作为研 究的对象，叫做气团，直

4、径上千米。由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没 有明显的影响，即(1)式中Q=0,所以气团的内能的增减只等于外界对它做功或它对外界做 功的多少：AU=W阳光烤暖了大地，地面又使得下层的气团温度升高，密度减小，因而上升。气团膨胀的 时候要推挤周围的空气，对外做功，因此内能减小，温度降低。所以，越高的地方，空气的 温度越低。对于干燥的空气，大约每升高1 km温度降低10C。飞机在万米高空飞行的时候，舱外气温往往在一50C以下。由于机上有空调设备舱内 总是温暖如春。不过这时空调的作用不是使空气升温，而是降温。高空的大气压比舱内气压 低，要使舱内获得新鲜空气必须使用空气压缩机把空气从舱外压

5、进来。在这个过程中，空气 压缩机对气体做功，使气体的内能增加，温度上升。如果不用空调，机舱内的温度可能达到 50C以上！为什么收音机晚上比白天收台多我们知道波的传播方式主要有三种，即： 在地面上传播的地皮； 在天空中依靠电离层反射来传播的天波; 直线传播的微波。一般收音机能收到的主要是中波、短波，通常中波是以地波的形式存在，因而，传播的 距离比较有限，大约在几百公里的范围内，但这并不就说中波不能以天波的形式来传播，为 了说明这一点我们先看一下电离层是怎样形成的及其特性如何。在地球表面的大气层中， 在大约50公里到几百米的范围内，一部分中性气体分子受到太阳光的照射而发生电离，分 解成为带有正电的

6、离子和自由电子，这层大气层就叫电离层。它对不同波长的电磁波有着不 同的特性，对波长小于10米的电磁波可以毫无阻挡地让它通过，奔向茫茫的太空。对于波 长超过3公里的长波，电离层基本上把它吸收掉。对于中波、中短波以及短波，波长越短, 电离层对它的吸收能力就越小，对它的反射能力就越强。因此短波最适宜以天波的形式进行 传播，其所传播的距离可以达到几千公里的地方，但是电离层是不稳定的，白天电离程度高, 夜晚电离程度低，电离层对中波和中短波的吸收能力减弱，这时中波和中短波就可以更好的 利用天波进行传播，因而收音机在夜晚的台比白天多。由于电离层稳定程度低，电离程度高， 经常变化，所以无线电波到达接收机时信号

7、强弱也在变化，因此，在用一般的收音机听短波 广播时，声音常是忽大忽小。大气特殊垂直的“五层楼”结构就整个地球来说，愈靠近核心，组成物质的密度就愈大。大气圈是地球的一部分，若与 地球的固体部分相比较，密度要比地球的固体部分小得多，全部大气圈的重量大约为5X10 万吨，还不到地球总重量的百分之一；以大气圈的高层和低层相比较，高层的密度比低层要 小得多，而且越高越稀薄。假如把海平面上的空气密度作为1,那么在240公里的高空，大 气密度只有它的一千万分之一；到了 1600公里的高空就更稀薄了，只有它的一千万亿分之 一。整个大气圈质量的90%都集中在高于海平面16公里以内的空间里。再往上去当升高到 比海

8、平面高出80公里的高度，大气圈质量的99.999%都集中在这个界限以下，而所乘无几 的大气却占据了这个界限以上的极大的空间。探测结果表明，地球大气圈的顶部并没有明显的分界线，而是逐渐过渡到星际空间的。 高层大气稀薄的程度虽说比人造的真空还要“空”，但是在那里确实还有气体的微粒存在， 而且比星际空间的物质密度要大得多，然而，它们已不属于气体分子了，而是原子及原子再 分裂而产生的粒子。以80-100公里的高度为界，在这个界限以下的大气，尽管有稠密稀薄 的不同，但它们的成分大体是一致的，都是以氮和氧分子为主，这就是我们周围的空气。而 在这个界限以上，到1000公里上下，就变得以氧为主了；再往上到24

9、00公里上下，就以氦为主；再往上，则主要是氢；在3000公里以上，便稀薄得和星际空间的物质密度差不多了。自地球表面向上，大气层延伸得很高，可到几千公里的高空。根据人造卫星探测资料的 推算，在2000-3000公里的高空，地球大气密度便达到每立方厘米一个微观粒子这一数值， 和星际空间的密度非常相近，这样2000-3000公里的高空可以大致看作是地球大气的上界。整个地球大气层象是一座高大的而又独特的“楼房”，按其成分、温度、密度等物理性 质在垂直方向上的变化，世界气象组织把这座“楼”分为五层，自下而上依次是：对流层、 平流层、中间层、暖层和散逸层。对流层是紧贴地面的一层，它受地面的影响最大。因为地

10、面附近的空气受热上升，而位 于上面的冷空气下沉，这样就发生了对流运动，所以把这层叫做对流层。它的下界是地面， 上界因纬度和季节而不同。据观测，在低纬度地区其上界为17-18公里；在中纬度地区为1 0-12公里；在高纬度地区仅为8-9公里。夏季的对流层厚度大于冬季。以南京为例，夏季 的对流层厚度达17公里，而冬季只有11公里，冬夏厚度之差达6公里之多。在对流层的顶部，直到高于海平面50-55公里的这一层，气流运动相当平衡，而且主要 以水平运动为主，故称为平流层。平流层之上，到高于海平面85公里高空的一层为中间层。这一层大气中，几乎没有臭 氮，这就使来自太阳辐射的大量紫外线白白地穿过了这一层大气而

11、未被吸收，所以，在这层 大气里，气温随高度的增加而下降的很快，到顶部气温已下降到-83C以下.由于下层气温比 上层高，有利于空气的垂直对流运动,故又称之为高空对流层或上对流层中间层顶部尚有水 汽存在，可出现很薄且发光的“夜光云”，在夏季的夜晚，高纬度地区偶尔能见到这种银白 色的夜光云。从中间层顶部到高出海面800公里的高空，称为暖（热）层，又叫电离层。这一层空气密 度很小，在700公里厚的气层中，只含有大气总重量的0.5%。据探测，在120公里高空， 声波已难以传播；270公里高空，大气密度只有地面的一百亿分之一，所以在这里即使在你 耳边开大炮，也难听到什么声音。暖层里的气温很高，据人造卫星观

12、测，在300公里高度上，气温高达1000C以上。所以这一层叫做暖层或者热层。暖层顶以上的大气统称为散逸层，又叫外层。它是大气的最高层，高度最高可达到3000公里。这一层大气的温度也很高，空气十分稀薄，受地球引力场的约束很弱，一些高速运 动着的空气分子可以挣脱地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空间中去。根据宇宙火箭 探测资料表明，地球大气圈之外，还有一层极其稀薄的电离气体，其高度可伸延到22000 公里的高空，称之为地冕。地冕也就是地球大气向宇宙空间的过渡区域。人们形象地把它比 作是地球的“帽子”。此外，还可以把整个大气看成是一座别致的“两层小楼”。这种“两层楼”的设计又是 以大气的不同特征为

13、根据的。第一，按着大气的化学成分来划分。这种划分是以距海平面90公里的高度为界限的。在90公里高度以下，大气是均匀地混合的，组成大气的各种成分相对比例不随高度而变化， 这一层叫做均质层。在90公里高度以上，组成大气的各种成分的相对比例，是随高度的升 高而发生变化的，比较轻的气体如氧原子、氦原子、氢原子等越来越多，大气就不再是均匀 的混合了，因此，把这一层叫做非均质层。第二，是按着大气被电离的状态来划分，可分为非电离层和电离层。在海平面以上60 公里以内的大气，基本上没有被电离处于中性状态，所以这一层叫非电离层。在60公里以 上至1000公里的高度，这一层大气在太阳紫外线的作用下，大气成分开始电

14、离，形成大量 的正、负离子和自由电子，所以这一层叫做电离层，这一层对于无线电波的传播有着重要的 作用。为何瑞雪兆丰年？12月20日以来，新疆北部、西北地区东部的部分地区、华北大部、黄淮和江淮、湖北 北部等地普遍下起了今年入冬以来的最大降雪。虽然大雪天气对交通运输带来不利的影响， 但降雪滋润土壤，杀死病虫害，净化空气，对农业生产和人们健康有益。冬天该下雪的时候就要下雪，降雪后农业生产收益多多。我国民间广为流传“瑞雪兆丰 年”，意思是说冬天下几场大雪，这是来年庄稼获得丰收的预兆。这是因为冬季天气冷，下的雪往往不易融化，盖在土壤上的雪是比较松软的，雪花和雪 花之间留有空隙，空隙中充满空气，空气又具有

15、不良的热传导特性，这样就像给庄稼盖了一 条棉被，外面天气再冷，下面的温度也不会降得很低。等到冷空气过去以后，天气渐渐回暖, 雪慢慢融化，这样既保住了庄稼不受冻害，而且雪融下去的水留在土壤里，给庄稼积蓄了很 多水，对春耕播种以及庄稼的生长发育都很有利。另外，下雪能冻死害虫，雪在融化时要从土壤中吸收许多热量，这时土壤会突然变得非 常寒冷，温度降低许多，害虫就会冻死。所以说，冬季下几场大雪是来年丰收的预兆。今冬，华北大部、黄淮、江淮、湖北等地出现了大雪天气，预兆明年将是一个丰收年。您知道哪些生活气象小知识人们日常生活处处都有气象学问，参考使用这些气象参数对提高生活质量大有帮助。(1) 生活环境温度

16、人类学家认为“人类发源于地球21C等温线附近”，因为这个气 候环境最适宜人类生产和生活。据研究，对于多数人来说，环境气温为1722C时，人体 感觉最舒适；气温1518C最宜从事轻体力劳动；气温717C最宜从事重体力劳动；气温 1018C时最宜从事脑力劳动；居室温度2025C时有利于休息；午睡的室温不宜低于2 8C；穿衣最舒适的皮肤温度为33C左右；人体最佳温度是37C ；夏季游泳水温2530C 为宜；晨练最佳气温为1520C；饭菜的适宜温度为4560C；饮水的温度为5060C； 阳光浴的气温为1530C ；沙疗时10厘米沙层的温度宜为4145C。(2) 疾病易发气候 肝炎发病适宜气候为020C；疟疾发病最适宜气候为1620C以 上;肠、胃传染病最易在气温1519C的气候环境下高发；流脑流行的最佳气候环境为8 10C，最不宜流行的气候环境为22C以上；气温大于35C时胸搏增加，