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第9章 天气观测及预防天气预报的由来(2)

近年来,把气象用于军事目的的设想更多了。例如,在云中施放小火箭,触发局部区域闪电放电,能有效地抑制闪电,从而造成一条无电通道,或电场很弱的空中通道;使用单分子薄膜材料,可以减少局部地区大气的相互作用,抑制台风的发展,甚至改变台风的运动方向,给敌方造成破坏。

气象现象的作用

天气同人类活动密切相关,而且社会经济越发达,越需要了解天气变化。不仅工业、农业、牧业、渔业、建筑业、航空、航海、公用事业、军事等部门需要,连商业、文化体育、医疗事业等也都受到天气好坏的巨大影响。

近年来,人们在天气现象的探索、研究中,寻找气象规律,创造出不少关于气象学的奇闻轶事。

气象能帮人破案。加拿大安大略气象中心的气象学家戴维·默多克,从1973年以来为加拿大和美国的刑事和民事法庭的400起案件提供了可靠的依据,揭开了不少疑谜,帮助侦破了案件。

1978年2月,加拿大的一个8岁女孩失踪了4天,尸体在雪地中被人发现。由于没有充分的证据而无法逮捕那个可疑的人。警察请来了默多克。他仔细察看了女孩尸体,发现女孩脸上覆盖了一层雪融化后又冻结所产生的晶体。他断定,在女孩死后,气温曾上升到0℃以上,以致表面部分融化,空气温度增高。后来气温又下降,因此才在裸露的脸上凝结成晶体。他查阅了近期的天气记录,确认这个女孩的死亡时间大约在她失踪后的两小时内,由此破了案。

在多伦多一个公园里,人们发现一具女尸,旁边放着一个手提包,包内有一顶折叠的塑料雨帽,上面留有水汽。警方请来了默多克,他查阅了测雨雷达记录,知道这个妇女死时,多伦多市只有两个地区在下雨。警察立即调查这两个地区的可疑情况,几小时后,把凶手捉拿归案了。

1978年夏天,安大略省发生多次神秘的森林火灾,使成万公顷森林被毁。人们怀疑有人纵火,派出专家到现场调查,默多克也在内。据气象记录资料,每次森林火灾,天气都晴好。经过“起火点”和气象记录资料分析才知道,游客们把汽车开到路边,发动机没熄火,边赏景,边拍照。汽车底盘下的防污染装置里的催化换流器发出来的热辐射,烤焦了路旁的青草。

当游客们驾车离开后,干草在微风的吹拂下燃烧了起来,逐渐蔓延成为森林大火。

由于默多克在破案中的成就辉煌,他成为世界上第一个被国际公认的专家,被誉为“天气福尔摩斯”。

随着时代的发展,气象对商业的影响越来越大。日本有一家公司,主要业务是从事店铺设计、销售规划和市场调查等。有一份《生活气象报告》,按季节或气候的变化,将顾客引向无意识的购买行动。这项报告按照气温、湿度和日照等因素进行分类,分析出气象与商品销售量的关系。比如,每当台风或阴雨的天气,干电池的销售量便会激增;遇上天气晴朗,则越野车卖得特别多;暖炉在初冬或寒流来时特别畅销;冬天,火锅销路畅旺时,连带着围裙、座椅、橙汁和豆腐的销量也会增加。这家公司所做的气象分析结果,准确度很高。

日本三菱商事和三菱电通共同合作,根据气象情报的分析,制作发行《销售动向预测报告》,每天两次由传真机电传到全国四大地区的超级市场用户。

目前,在日本已有10多家经营这类服务的公司,由于所提供的气象情报对实际销售活动有很大帮助,受到企业用户的欢迎。

澳大利亚的一个超级市场,有一个经理靠卖西瓜发了财。有两年,由于夏季高温持续时间长,一些大城市瓜果紧缺,而这个经理却货源充足,销路很旺,财源滚滚。到了第三年,一些果品公司经理效法大量订购西瓜,而他大批减少买进西瓜。这一年,天气阴凉,时间很长,也只有他没有忧愁西瓜的滞销。原来,这是商业气象学帮了大忙。他研究气象同商品需求的关系,可预测商品的需求情况,从而准确地判断行情,得出客观生产、采购和销售计划,获得最大的经济效益。

近年来,一些国家的专家学者的探索气象因素同人的关系研究中,进行大量临床实验,弄清了一些诱发疾病的气象因素,如流行性感冒、气喘、关节炎、心绞痛、心脏病、中风、溃疡性出血等等。还发现气象因素会使血压、血液成分、代谢过程等发生变化,并影响人的体力和智能。

有些国家的医疗气象学已迅速建立起来,寻找同人类健康有关的不良气候因素,作出医疗气象预报。例如,天气预报说:“由于受暖气团影响,未来几天内将有高温天气,患有心脏病和高血压的人不宜外出。”或者说:“高血压、气喘、胆结石等患者,请注意病情变化,做好预防工作。”医院、疗养院等听到这类预报后,立即对病人采取严格的医学监护措施,按照不同的病情采取各种理疗方法,以减少由于气候和气象条件变化造成疾病的发展。

“呼风唤雨”

《西游记》叙述了不少关于呼风唤雨的故事。例如灵感大王一夜之间呼风降雨,作冷结冰,使通天河封冻起来;同经河龙赌雨的奇事。最有趣的故事是,唐僧师徒4人往西天取经,路过“东迟国”,正遇当地“久旱无雨”、土地干裂。孙悟空一来为了降伏妖魔,二来为了“普济黎民”,登天求雨。在“龙王”、“雷公”、“风婆”、“云童”等神的配合下,但见他将手中金箍棒往天上指了几下,刹那间云滚风卷、雷雨大作,直下得“桑田变沧海”、“陆岸滚波涛”,解救了当地因旱灾引起的燃眉之急。

从前,科学还不发达,人们对雨的来历不了解,逢到干旱年头,人们想雨、盼雨、求雨。当愿望实现不了的时候,只有求神拜佛,造龙王、祈求神仙保佑。还创造了许多美丽的幻想。

俗话说:“天有不测风云”。在古代,多变的天气确实是难以预测的,当然,也没法来呼风唤雨、驾驭天气了。

随着科学的发展,人们逐渐掌握雨水的来龙去脉和形成的规律。天上无云不下雨,因为云是雨的前兆,雨是从云里降落下来的。太阳照耀着陆地和海洋,水被蒸发成水汽进入大气,遇冷凝结成微细水滴。云,一般是由悬浮、聚合的水滴组成的“暖云”,云中温度在0℃以上,另一种是由比较冷的水滴和小冰晶组成的“冷云”,云中温度低于0℃。暖云在夏天比较多,冷云在冬天比较多。冷云中的温度低于-20℃左右时,小冰晶把附近水滴中蒸发出来的水汽吸过去,体积增大。它们在云中上下“旅行”,相互碰撞。上升的气流托不住冰晶了,它们就从天空飘落下来,这就是雪花。如果在下降过程中,经过冰水转化,就形成了降雨。

如今,千百年来人们美丽的幻想和希望,已经变成了事实。

曾经有这样一件趣事:1773年一个冬夜,俄国彼得堡皇家大舞厅内正在狂欢漫舞。大厅里点燃了数百支蜡烛,门窗紧闭,因为大厅内温暖如春,渐渐空气变得很闷热,有几个妇女晕倒在地,有人急中生智,打碎了窗上的玻璃,室外冷空气涌进来,……于是,人们又如醉如痴地欢舞。忽然人们惊奇地发现,大厅里居然飘起朵朵雪花来。开始有人以为雪是窗外飘进来的,可是向外一看,天空里是满天星斗。对此,人们一直困惑不解。

一个多世纪过去了,气象学家揭开了这个谜。原来,大厅里几百支蜡烛燃烧后,散发出许多烟尘和二氧化碳,许多对舞伴们呼吸时,也排出了大量的水汽和二氧化碳。当冷空气突然涌进大厅,温度突然降低,水汽就在烟尘上凝结,于是形成飘雪奇事。

1930年,荷兰科学家维拉尔特进行过一次人工降雨的实验,使用飞机将1.5吨干冰碎块,载运在2500米高空,并投散在离机200米的云层中,还出动4架飞机在云层下监视,发现在8平方千米的范围内降落了丰沛的雨水。

试验是成功了。可是,维拉尔特却不知道致雨的原理。1933年,瑞典人贝吉经过不断研究才了解到,在冷云中同时存在冰晶和过冷却水滴,由于冰晶比过冷却小水滴的饱和水汽气压要低,因此,水汽会直接凝聚在冰晶上。只要云中有足够数量的冰晶,经过“冰水转化”,就能形成降雨。后来,有人提出和发展了暖云降雨的理论。

从此,人们降雨的试验在全世界展开了。

20世纪30年代以来,我国进行过多次人工降雨、降雪和消雹等试验,取得较大的成绩。

1958年夏季,雷林市及周围地区遭到了几十年未遇的大旱。7月份降雨仅2毫米,松花湖也因久旱而蓄水量大大下降。大地干裂,庄稼枯萎,人畜饮水和工业用电都受到严重威胁。我国由此开始了第一次人工降雨试验。

当飞机穿越云层,把降雨催化剂——干冰撒向积云后,奇迹出现了:云涛翻滚,云层变厚,不久风力增大,甘霖自天而降。在8月~9月中,飞机共飞行22架次,共撒干冰10吨,基本上消除了旱情。

1970~1972年,浙江新安江水电站进行人工降雨试验,估计可增加水库蓄水9~15亿立方米,可发电1.9~2.4亿度。1971年,湖南柘溪水库进行飞机人工降雨,作业29架次,使库区降雨平均为77毫米,比历年同期增加3~5成。使水库水位提高7米,可发电6300万度。1972年,黑龙江一些地区森林火灾十分严重,进行人工降雨,再加上其他措施,终于将大火扑灭。

人们把干冰投入云中,干冰吸收周围的热量,就会使冷云更冷,云中的冰晶越来越多。碘化银在-4℃的时候能使水滴和水汽凝成冰晶。在暖云中,撒播的催化剂一般为“盐粉”。由于盐粉是一种吸湿性很强的凝结核,当它被撒在云中时,周围的水汽会很快依附在盐粒上,变成较大的水滴;盐粉还能促使云层扰动、垂直对流、温度变化,从而加快降雨。

人工降雨的试验成功,不仅为人类战胜干旱消灭火灾作出了很大贡献,而且还为驾驭天气,改造气候铺平了前进的道路。

从1969~1975年,人工降雨法取得了较大的成就,其中之一是,以色列的几千公顷沙漠,用人工降雨的办法变成了耕地。

人们用经过胶囊处理的尿素,向雾层里散播,它能吸收四周的水汽,使体积增大,下降时,一路上又吞并小水滴,最后降落成雨。

到了今天,天气的好坏仍在不同程度上影响着人类。但是,人工降雨的实验已经取得了较大的成就,人们除了用飞机播撒这些催化剂外,还可以在地面上用炮弹、火箭或气球等,把催化剂送到云中,可以人工消雹,抑制雷暴和闪电,或减弱台风风力。

驾驭天气

1969年8月,美国等国家进行了一次抑制风暴“黛比”的试验。以加勒比海东部巴巴多斯岛作基地,花了3个月的时间,动用了一艘一端插入海水的专用船,10艘工作船,24架飞机,数以千计的气球和浮标,7个人造卫星,由7所联合机构以及美、加的大学和独立研究实验等人员1500人,对云型、温度、风速、洋流以及海水盐分等等,分别作了数百万次的测量,测量资料全部输入电脑。

在“黛比”飓风眼墙外围两次撒播碘化银,由于催化作用,在原来眼墙外围发展起一个新的眼睛,老眼墙随即消失,使飓风眼扩大了,能量以分散的形式重新分配,最大风速降低了30%,受灾害的程度相应地减轻许多。这个重要的成就是动员了大规模的人力和物力才获得的,是人类驾驭天气的起步。

科学的发展,使气象观测和预报技术日益自动化。一个由电脑控制的世界——“天气控制中心”

开始形成,经常接收由两组不同的人造卫星所供应的资料。第一组卫星供应接收到的当时天气的各种资料;另一组卫星供应接收到的设在全球地面自动气象台、海洋仪器浮标站记录的资料,包括有关温度、湿度、水流和风速等。加上从系留气球、气象火箭、飞机、船舰等观测到的资料,组成一个全球性的较完整的立体观测系统。天气控制中心的电脑,将各种资料集中输入天气预报系统中,进行数值预报计算等。然后,处理中心再将计算结果以气象分析图、雨量分布图、天气预报图形式输出,发出天气预报和灾害警报。

天气控制中心的电脑还能自行检验校正,编制每天、每月和全年的气象观测资料报表,一天就可完成。由于对天气现象形成的物理过程和物理原因了解和分析得详细快速,气象观测和预报日益可靠、高效和快速了。

英国在人工控制天气方面取得重大进展,利用“调节大气中静电屏蔽层”的方法,可以在大范围内控制天气的晴雨。

1981年7月29日,英国查尔斯王子同黛安娜举行婚礼。从事天气控制研究的英国气象学家别出心裁地拟定了一个计划——代号为“晴——雨行动”,为婚礼增添新奇色彩。婚礼开始了,气象学家们果然创造了大自然的奇观:在伦敦,先是用人工降下了一场倾盆大雨,然后又在天空中人造出两道巨型彩虹。当婚礼进入高潮时,在教堂镀金圆顶上空有一道明亮的光柱垂直悬挂着,光辉灿烂,而伦敦上空的天气风和日丽。

1982年4月1日,英国科学家首次使用激光催雨的方法,制造了一场大雨,这种方法是把强大的激光射向指定的云层,激光使云层中的部分小水滴发生电离,使一部分小水滴带正电荷,而附近的小水滴带负电荷,并汇合成一个较大的水滴,在降落途中又不断吞并其他小水滴,然后形成降雨。

日本科学家设计了一种“人造山脉”降雨的办法,它适用于沙漠地带。人造山脉用玻璃纤维制成,外面涂上聚四氟乙烯,长10000米,宽1000米,高600米,利用湿润空气遇“山”后沿坡爬升,遇冷凝结成雨。以色列科学家发现,有一种细菌具有催云化雨的作用,如果能大量培育这种细菌,用来制造大雨,将是最经济的。

前苏联科学家研究出人工降雨的新办法。在晴天,人们用功率很大的喷雾机向空中喷水雾,并把雾喷到足够的高度。上升气流将水雾带到高处,5分钟后就会在3000米的高空形成堆积云。喷水雾使空气温度降低,还会使空气中原有的水汽凝结成细水滴。用这种方法向空中每喷射1吨的水雾,可以获得1000吨的雨水。

20世纪80年代初,英国在人工控制天气方面取得了重大进展。他们设想沿英国西海岸布置一系列电极,使大气层的对流层中镁原子电离,产生一个密度可变的静电屏蔽层。然后,调节它的密度,即可控制气团的运动。

到21世纪,人们已有能力驾驭天气了。那时候,如果有什么地方发生干旱,急需播雨时,电脑接收到信息后,就会作出决定,建议在指定的海域上,加速蒸发海水。人们发射火箭到选定海域,在水面散布一层能由生物分解的无害染料或油质分子层,助长蒸发的速度;几小时后,雨水就会在干旱的地方降落。风调雨顺的日子定将来到。

大气科学

云、雨、雹、雪、风和太阳都是每日频繁出现的天气特色,长久以来都吸引着人类。无数的人们在思考它并设法预测它的变化。祈求神灵重视它那巨大而又骇人的自然神力。占星者们利用星辰的移动预测天气,农夫和水手们积累气象规律,依照现有的条件显示未来大气状况的特点。

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