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第13章 海洋大气(3)

美国新罕布什尔大学的迈克尔·莱塞等人在新一期《科学》杂志上报告说,与珊瑚共生的细菌也能为珊瑚增色,而且细菌还能帮助珊瑚吸收海水中的氮。

研究人员选择了加勒比大星珊瑚作为研究对象。他们发现,大星珊瑚能在白天吸收日光中的蓝光,并且显出橘红的颜色,这种现象属于细菌的一种特性。进一步研究发现,除虫黄藻外,还有一种名为藻青菌的细菌与珊瑚共生。莱塞解释说:珊瑚需要氮以不断生长,但海水中的氮,珊瑚不能直接吸收。藻青菌能将海水中的氮转化成氨,帮助珊瑚吸收氮。同时,正是藻青菌使珊瑚能够吸收蓝光发出橘红色光。

大西洋的珊瑚

珊瑚和珊瑚礁急需保护,这既是由于它们的多样性,也是由于人类活动造成它们的数量下降。大西洋中的珊瑚礁尤为濒危,最近估计,在过去30年间其数量减少了80%。过去人们曾假设,这些珊瑚礁不像太平洋的珊瑚礁那么重要,因为它们的种类要少很多,而且没有本地种。但Fukami等人现在对这一假设表示怀疑,其理由是,传统分类方法可能低估了大西洋珊瑚在种类发生学上的独特性。事实上,最重要的大西洋珊瑚中很多都属于只在大西洋出现的古代种系,如果目前的趋势继续下去,这些珊瑚有可能消失。

夏雨,阳光,彩虹

“东边日出西边雨,道是无晴却有晴”,唐代刘禹锡《竹枝词》中的这两句诗形象地道出了夏季降雨的特点。的确,由于地球下垫面性质差异很大,夏季受热必然不均,接近下垫面的空气的温度就不一样。温度高的地方,空气上升猛烈,易形成积雨云,从而有降雨的发生;反之则反。所以,夏天出太阳下雨的现象是常有的,即所谓“太阳雨”。当然,“太阳雨”并不会时时出现,夏雨也并不都“温柔有情”。

北宋诗人苏轼在《六月二十七日望湖楼醉书》中对夏雨作过形象的描绘:“黑云翻墨未遮山,白雨跳珠乱入船。卷地风来忽吹散,望湖楼下水如天。”全诗妙趣横生,在展现西湖风光景色的同时,突出地写了夏雨的急狂和阵性。的确,夏季降雨不少都是由于大气热力作用而产生的,所以夏雨常常来势迅猛,并伴有狂风、雷电甚至冰雹。

在我国沿江地区,还流传着“夏雨不过江”的气象谚语。在大江大河流经的地区,常常就会出现这样的现象:江河的一边雨滴如注,而对岸却滴雨未落。这其实也不奇怪,因为夏季积雨云是沿着对流旺盛的地带移动的,在江河表面,空气温度要比陆地低,空气上升、对流较弱,对积雨云的发展不利,江河上的空气就形成了一条阻隔积雨云的“长堤”,从而使得含雨量丰富的积雨云不能通过江河。

彩虹是大气中的细小水滴经太阳光折射、反射而形成的弧形彩带。夏雨过后,大气中的小水滴数量较多,所以易形成彩虹,晚唐大诗人李商隐就有“虹收青嶂雨,鸟没夕阳天”的诗句。由于夏日“太阳雨”的出现,表明夏雨有时空分布不均的特点,不下雨的地方,空气水分少,不易形成彩虹。所以,夏雨过后,常常会有“残虹”、“断虹”的出现,南朝张正见在《后湖泛舟》诗中写道:“残虹收度雨,缺岸上新流”。又因为夏季空气温度高,有时一阵雨过后,大气中的水分立刻挥发布匀,所以“虹消雨霁,彩彻云衢”(王勃《秋日登洪府滕王阁饯别序》)的现象也是有的。

正因为夏雨过后出现彩虹的可能性较大,所以,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,气象学家们别出心裁,用人工增雨的方式使伦敦下了场大雨。大雨过后,气候宜人,并且天遂人愿,伦敦上空出现了巨大的彩虹,为王子的婚礼增添了喜庆色彩,同时也创下了人工影响气候的奇迹。

一分为二看雷电

在地球对流大气层中,每一瞬间都有雷声隆隆,每一秒钟都有近百次雷电奔驰落地,每天有800万次闪电释放着大量的能量。在中国各地,年均40天以上的雷暴日,每平方千米有6次以上的落地雷。

在北京初雷最早是4月6日,最晚是5月23日,平均是4月28日前后初雷;终雷约在10月1日,最晚是11月3日,年雷暴日35.6天,7月雷暴日最多,平均10.8天。山区雷暴日多于平原,例如:密云、延庆、佛爷顶、古北口年均雷暴日数均超过40天。

《北京晚报》2003年6月11日33版登出了赵先生的“有了避雷针也不能侥幸”一文,详述了雷电对人类生命财产的危害及如何防护的知识,给读者有力的启示,千万别忽视雷害。

事物总是一分为二的,雷电也不例外!它给人类也能带来贡献。

雷电是一种无污染的能源。它一次放电能达1亿—10亿焦耳。中国成语中就有“雷霆万钧”一词。利用这种巨大的冲击力,可以夯实松软的基地,从而为建筑工程节省大量的能源。根据高频感应加热原理,利用雷电产生的高温,可使岩石内的水分膨胀,达到破碎岩石、开采矿石之目的。

雷电能治病。每场雷雨过后,空气中的气体分子在雷电场的作用下,会分离出带负电的负氧离子。研究人员测试表明,雷电过后,每立方厘米空气中的负氧离子可达1万余个,而晴天里的闹市区,负氧离子仅几十个。实验表明,被称作“空气的维生素”的负氧离子,对人体健康很有利。医疗专家模拟雷电的神奇作用,将负氧离子引入病房,结果发现,当室内空气中的负氧离子的比例调控在9比1之时,对气喘、烧伤、溃疡以及其他外伤的治疗有促进作用,可使居室内细菌、病毒减少。同时,对过敏性鼻炎、神经性皮炎、关节疼痛等病症均有一定的疗效。

此外,雷鸣电闪时,强烈的光化学作用,还会促使空气中的一部分氧气发生反应,生成具有漂白和杀菌作用的臭氧。伴随着雷电的上升气流,可将停滞于对流层下面的污染大气携带到10千米以上的平流层底部。

它还可以制造氮肥。发生雷电时,大气中的闪电通道可达到几千米长,温度极高,有大量的二氧化氮。生成的二氧化氮溶解雨水中,变成浓度不高的硝酸,落入土壤中,又和其他物质化合变成硝石,这是大自然对人类无偿的恩赐。

什么叫酸雨

酸雨是指含有一定数量的酸性物质(PH值小于5—6)的大气自然降水,包括雨、雪、雹、露等。

酸雨中的酸性物质绝大多数是硫酸、硝酸等无机酸,多数情况下又以硫酸为主。硫酸和硝酸是由二氧化硫和氮氧化物转化而成的。

我们知道,煤、石油等矿物燃料,在燃烧过程中,会产生大量二氧化硫。在适当日照和水的气象条件下,二氧化硫被氧化为SO3,SO3与水蒸气或雨滴相遇,就形成了硫酸烟雾或酸雨。硫酸烟雾能长时间停留在空气中,其毒性比二氧化硫高10倍。有资料记载:二氧化硫在空气中浓度达到8ppm时,人开始感到难受,而硫酸烟雾不到0.8ppm时,人就难以忍受。

另外,在煤、石油等矿物燃料高温燃烧和机动车排放的尾气中,都可产生大量的氮氧化物。氮氧化物是毒性很大的气体,一氧化氮排入大气后又极易转化为二氧化氮。二氧化氮遇水即生成硝酸和亚硝酸。

空气中的硫酸和硝酸随降雨或降雪降到地面就形成了酸雨。酸雨的危害是相当广泛的。它可使土壤酸化贫瘠、河水污染,从而影响植物的生长,加快物种退化速度;城市建筑、名胜古迹在经年的酸雨侵蚀下,受损严重;其对人体健康的危害也是很大的。

目前,全球已形成三大酸雨区。我国覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区,面积达200多万平方千米的酸雨区是世界三大酸雨区之一。我国酸雨区面积扩大之快、降水酸化率之高,在世界上是罕见的。世界上另两个酸雨区是以德、法、英等国为中心,波及大半个欧洲的北欧酸雨区和包括美国和加拿大在内的北美酸雨区。这两个酸雨区的总面积大约1000多万平方千米。

气象与电能

人们在生产、生活中始终离不开电。而随着人民生活水平的提高,以及各行各业现代化程度的不断提高,对于电能的需求量不断增大,电能的作用也显示出巨大威力,这是越来越多的人所公认的。然而气象与供电之间存在着非常密切的关系,恐怕这一点还未被人们所认识。

首先是电能的需求量与天气有关。在夏季高温炎热的天气里,人们已习惯了开启空调或打开电扇,来改善室内的小气候,达到防暑降温的作用,从而增加了用电量;在冬季寒冷的天气里,用于取暖的电器,如空调、电暖气、电热毯、电热宝等的使用,使得用电量大幅度上升;在强大、高耸的积雨云主体临空,或沙尘暴来临时,天昏地暗,瞬间照明用电也会突增,负载加大,这些都是因为天气的原因使得用电量增加。因此,根据天气预报信息,来制定供电计划是保证电力调度的一个不可忽视的环节。

其次是供电线路与天气的密切关系。我们都知道,当夏季出现强雷暴天气时,会引起跳闸或烧坏变压器;当台风或强对流天气产生10级以上大风时,容易刮断电线,吹倒电线杆,造成线路故障,或二、三类线路交叉短路;在北方冬季强冷空气入侵时,很容易出现雨凇,可使电线积冰厚度达2.5厘米以上,电线重力负荷增加,导致高压线断线、倒杆等,进而会造成局部或全部停电,使供电不正常。

再次是变压器检修与天气的关系。变压器、油开关、电缆头等检修必须选择晴朗和空气较为干燥的天气进行。雨天则不能检修,空气相对湿度在75%以上时也不能检修,否则损伤的变压器、电缆头易炸,因此检修时间的确定,就需要准确的天气预报做保障。

此外,电能的开发和利用也与气象有着重要的关系。如被称为气象能源的太阳能、风能通过转化可以产生电能。而这种能量转换过程,不会对环境产生负面影响,同时太阳能、风能可再生,可以说是取之不尽,用之不竭。目前,世界各发达国家乃至发展中国家,对气象能源的开发都十分重视,近10年来风能是全世界增长最快的能源,截止到2000年6月,全球风力发电总装机容量达到14吉瓦(1吉瓦=109瓦),其中德国4644兆瓦、美国2533兆瓦、西班牙1812兆瓦、丹麦1761兆瓦、印度1095兆瓦,而我国只有246兆瓦。以色列是太阳能开发利用较好的国家,它利用太阳能集热材料制作太阳能加热器,以此建立太阳能电站,解决供电问题。

气象学家的唤雨工程

人类作为地球的主宰者,很早以前就产生了呼风唤雨,控制天气变化的梦想。直到二十世纪40年代,人们才开始唤雨的尝试,几十年以来,人们在这方面取得了一定的进展。在气象学中,把唤雨称为“人工增雨”。

天气变化莫测,人们又是怎样降伏大气,降下雨来的呢?

首先我们要了解一下云的降水机制。云是由于夹带着地面水汽的空气团随着气流上升,在这个过程中,一部分水汽蒸发掉,一部分则升入云中,因冷却而凝结,成为云中水汽的一部分。但是不是每一块云都会下雨的,这不仅取决于云中水汽的多少,同时还要看云中供水汽凝结的凝结核有多少。有充足的水汽和凝结核,水汽便可在凝结核上凝结,形成较大水滴,降至地面。但是若云中水汽含量很大,而没有或仅有少量的凝结核,水汽是不会充分凝结的,也不能充分地下降。即使有的小水滴能够下降,也终会因太少太小,而在降落过程中中途蒸发。在这种情况下,科学家们就想出了一个办法,向云中播撒制冷剂、结晶剂、吸湿剂和水雾等,以改变云中水滴的大小、分布和性质,干扰云中气流,改变浮力平衡,加速其生长程,达到降水目的。高空的云有暖型云(云内温度在0℃以上)和冷型云(云内温度在0℃以下)。对冷型云的人工增雨,常常是播撒制冷剂和结晶剂,增加云中冰晶浓度,以弥补云中凝结核的不足,达到降雨的目的。对暖型云的人工增雨,则通常是向云中播撒吸湿剂和水雾,加强云中水汽碰撞,促使云滴增大。

人工增雨的方法多种多样,有飞机、高炮、火箭播撒催化剂法,还有地面烧烟法。

人工增雨目前还处在试验研究阶段,虽然取得了一些可喜的进展,但是,诸如实施人工影响作业后,雨量的净增量、落区、时效及撒播催化剂的种类、时机、方法等,都还需要进一步的研究。要达到按照人们自己的意志呼风唤雨,仍须做长期努力。

话说天气预报

2004年7月10日,一场城区的局地暴雨,给北京的排水和道路交通带来了严峻考验,也大大提高了政府和市民的防灾、减灾意识,特别是对突发性的自然灾害,人们的重视程度越来越高。与此同时,人们也越来越关心天气预报了,不仅想知道准确的预报结果,还想尽可能早的知到更长时间的天气预报。我们人类赖以生存的大气瞬息万变,天气预报就是利用各种最新的科学技术捕捉这些变化中的信息,对未来时期内天气变化的预先估计和预告的。

自古以来人们就梦想能够有一天提前知道未来的天气情况。这一梦想在150多年前得以实现,这就是应用天气学方法进行天气预报。当然,当时的天气预报其准确率还是很低的。随着科学技术的不断进步和人们对天气认识的逐渐深化,目前气象部门应用各种先进的科学技术手段,使天气预报的水平有了长足进步。

天气预报大致可分为以下几类。短期气候预测也就是长期天气预报,这种预报一般是对一个月以上的天气气候特点进行分析和预测的。中期天气预报是对一周左右的天气过程进行分析和预报的。短期天气预报,是做未来一两天的也就是24—48小时的天气预报。另外,还有做几小时的短时天气预报。天气预报还根据服务对象的不同分为公众预报,决策服务天气预报和专业天气预报。在这内容繁多的天气预报中,我们如何应用天气预报呢?首先我们必须要了解天气预报的时效问题。

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