幾種自然現(xiàn)象形成原因的解釋

幾種自然現(xiàn)象形成原因的解釋風(fēng)是怎樣形成的大氣為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)？是什么力量驅(qū)使它運(yùn)動(dòng)的呢？原因是錯(cuò)綜復(fù)雜的。水平的風(fēng)，垂直的升降氣流，不規(guī)則的亂流運(yùn)動(dòng)，都各有其復(fù)雜的成因。這里先就風(fēng)的成因談起吧。自從十七世紀(jì)出現(xiàn)了氣壓表，指出空氣有重量因而有壓力這個(gè)事實(shí)以后，為人們尋找風(fēng)的奧秘提供了開竅的鑰匙。十九世紀(jì)初，有人根據(jù)各地氣壓與風(fēng)的觀測(cè)資料，畫出了第一張氣壓與風(fēng)的分布圖。這種圖不僅顯示了風(fēng)從氣壓高的區(qū)域吹向氣壓低的區(qū)域，而且還指明了風(fēng)的行進(jìn)路線并不直接從高氣壓區(qū)吹向低氣壓區(qū)，而是一個(gè)向右偏斜的角度。一百多年來，人們抓住氣壓與風(fēng)的關(guān)系這一條從實(shí)踐中得來的線索，進(jìn)一步深入探究，總結(jié)出一套比較完整的關(guān)于風(fēng)的理論。風(fēng)朝什么地方吹？為什么風(fēng)有時(shí)候刮起來特別迅猛有勁，而有時(shí)候卻懶散無力，銷聲匿跡？這完全是由氣壓高低、氣溫冷暖等大氣內(nèi)部矛盾運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律在支配著的。人們不僅用這種規(guī)律來解釋風(fēng)的起因，而且還用這些規(guī)律來預(yù)測(cè)風(fēng)的行蹤。云是怎樣形成的人們常常看到天空有時(shí)碧空無云，有時(shí)白云朵朵，有時(shí)又是烏云密布。為什么天上有時(shí)有云，有時(shí)又沒有云呢?云究竟是怎樣形成的呢?它又是由有什么組成的？漂浮在天空中的云彩是由許多細(xì)小的水滴或冰晶組成的，有的是由小水滴或小冰晶混合在一起組成的。有時(shí)也包含一些較大的雨滴及冰、雪粒，云的底部不接觸地面，并有一定厚度。云的形成主要是由水汽凝結(jié)造成的。我們都知道，從地面向上十幾公里這層大氣中，越*近地面，溫度越高，空氣也越稠密；越往高空，溫度越低，空氣也越稀薄。另一方面，江河湖海的水面，以及土壤和動(dòng)、植物的水分，隨時(shí)蒸發(fā)到空中變成水汽。水汽進(jìn)入大氣后，成云致雨，或凝聚為霜露，然后又返回地面，滲入土壤或流入江河湖海。以后又再蒸發(fā)(升華)，再凝結(jié)(凝華)下降。周而復(fù)始，循環(huán)不已。水汽從蒸發(fā)表面進(jìn)入低層大氣后，這里的溫度高，所容納的水汽較多，如果這些濕熱的空氣被抬升，溫度就會(huì)逐漸降低，到了一定高度，空氣中的水汽就會(huì)達(dá)到飽和。如果空氣繼續(xù)被抬升，就會(huì)有多余的水汽析出。如果那里的溫度高于0°C，則多余的水汽就凝結(jié)成小水滴；如果溫度低于雨是怎樣形成的我們已經(jīng)知道，云是由許多小水滴和小冰晶組成的，雨滴和雪花就是由它們?cè)鲩L變大而成的。那么，小水滴和小冰晶在云內(nèi)是怎樣增長變大的呢?在水云中，云滴都是小水滴。它們主要是*繼續(xù)凝結(jié)和互相碰撞并合而增大的。因此，在水云里，云滴要增大到雨滴的大小，首先需要云很厚，云滴濃密，含水量多，這樣，它才能繼續(xù)凝結(jié)增長；其次，在水云內(nèi)還需要存在較強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng)，這樣才能增加多次碰撞并合的機(jī)會(huì)。而在比較薄的和比較穩(wěn)定的水云中，云滴沒有足夠的凝結(jié)和并合增長的機(jī)會(huì)，只能引起多云、陰天，不大會(huì)下雨。在各種不同的云內(nèi)，其云滴大小的分布是各不相同的，造成云滴大小不均的原因就是周圍空氣中水汽的轉(zhuǎn)移以及云滴的蒸發(fā)。使云滴增長的因素是凝結(jié)過程和碰撞并和過程，在只有凝結(jié)作用的情況下，云滴的大小是均勻的，但由于水汽的補(bǔ)充，使某些云滴有所增長，再加上并和作用的結(jié)果，就使較大的云滴繼續(xù)增長變大成為雨滴。雨滴受地心引力的作用而下降，當(dāng)有上升氣流時(shí)，就會(huì)有一個(gè)向上的力加在雨滴上，使其下降的速度變慢，并且一些小雨滴還可能被帶上去。只有當(dāng)雨滴增大到一定的程度時(shí)，才能下降到地面，形成降雨。雪是怎樣形成的我們都知道,云是由許多小水滴和小冰晶組成的，雨滴和雪花是由這些小水滴和小冰晶增長變大而成的。那么，雪是怎么形成的呢?在水云中，云滴都是小水滴。它們主要是*繼續(xù)凝結(jié)和互相碰撞并合而增大成為雨滴的。冰云是由微小的冰晶組成的。這些小冰晶在相互碰撞時(shí)，冰晶表面會(huì)增熱而有些融化，并且會(huì)互相沾合又重新凍結(jié)起來。這樣重復(fù)多次，冰晶便增大了。另外，在云內(nèi)也有水汽，所以冰晶也能*凝華繼續(xù)增長。但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽不多，凝華增長很慢，相互碰撞的機(jī)會(huì)也不多，所以不能增長到很大而形成降水。即使引起了降水，也往往在下降途中被蒸發(fā)掉，很少能落到地面。最有利于云滴增長的是混合云。混合云是由小冰晶和過冷卻水滴共同組成的。當(dāng)一團(tuán)空氣對(duì)于冰晶說來已經(jīng)達(dá)到飽和的時(shí)候，對(duì)于水滴說來卻還沒有達(dá)到飽和。這時(shí)云中的水汽向冰晶表面上凝華，而過冷卻水滴卻在蒸發(fā)，這時(shí)就產(chǎn)生了冰晶從過冷卻水滴上"吸附"水汽的現(xiàn)象。在這種情況下，冰晶增長得很快。另外，過冷卻水是很不穩(wěn)定的。一碰它，它就要凍結(jié)起來。所以，在混合云里，當(dāng)過冷卻水滴和冰晶相碰撞的時(shí)候，就會(huì)凍結(jié)沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。當(dāng)小冰晶增大到能夠克服空氣的阻力和浮力時(shí)，便落到地面，這就是雪花。在初春和秋末，*近地面的空氣在0℃以上，但是這層空氣不厚，溫度也不很高，會(huì)使雪花沒有來得及完全融化就落到了地面。這叫做降"濕雪"，或"雨雪并降"。這種現(xiàn)象在氣象學(xué)里叫“雨夾雪”同樣雪的大小也按降水量分類.雪可分為小雪,中雪和大雪三類,具體見表3.表3.各類雪的降水量標(biāo)準(zhǔn)種類小雪中雪大雪24小時(shí)降水量2.5以下2.6-5.0大于5.012小時(shí)降水量1.0以下1.1-3.0大于3.0霧是怎樣形成的霧和云都是由浮游在空中的小水滴或冰晶組成的水汽凝結(jié)物，只是霧生成在大氣的近地面層中，而云生成在大氣的較高層而已。霧既然是水汽凝結(jié)物，因此應(yīng)從造成水汽凝結(jié)的條件中尋找它的成因。大氣中水汽達(dá)到飽和的原因不外兩個(gè)：一是由于蒸發(fā)，增加了大氣中的水汽；另一是由于空氣自身的冷卻。對(duì)于霧來說冷卻更重要。當(dāng)空氣中有凝結(jié)核時(shí)，飽和空氣如繼續(xù)有水汽增加或繼續(xù)冶卻，便會(huì)發(fā)生凝結(jié)。凝結(jié)的水滴如使水平能見度降低到1千米以內(nèi)時(shí)，霧就形成了。另外，過大的風(fēng)速和強(qiáng)烈的擾動(dòng)不利于霧的生成。因此，凡是在有利于空氣低層冷卻的地區(qū)，如果水汽充分，風(fēng)力微和，大氣層結(jié)穩(wěn)定，并有大量的凝結(jié)核存在，便最容易生成霧。一般在工業(yè)區(qū)和城市中心形成霧的機(jī)會(huì)更多，因?yàn)槟抢镉胸S富的凝結(jié)核存在。露是怎樣形成的在溫暖季節(jié)的清晨，人們?cè)诼愤叺牟?，樹葉及農(nóng)作物上經(jīng)常可以看到的露珠，露也不是從天空中降下來的。露的形成原因和過程與霜一樣，只不過它形成時(shí)的溫度在0°在0°C以上，空氣因冷卻而達(dá)到水汽飽和時(shí)的溫度叫做"露點(diǎn)溫度"。在溫暖季節(jié)里，夜間地面物體強(qiáng)烈輻射冷卻的時(shí)候，與物體表面相接觸的空氣溫度下降，在它降到"露點(diǎn)"以后就有多余的水汽析出。因?yàn)檫@時(shí)溫度在露和霜一樣，也大都出現(xiàn)于天氣晴朗、無風(fēng)或微風(fēng)的夜晚。同時(shí)，容易有露形成的物體，也往往是表面積相對(duì)地大的、表面粗糙的、導(dǎo)熱性不良的物體。有時(shí)，在上半夜形成了露，下半夜溫度繼續(xù)降低，使物體上的露珠凍結(jié)起來，這叫做凍露。有人把它歸入霜的一類，但是它的形成過程是與霜不同的。

露一般在夜間形成，日出以后，溫度升高，露就蒸發(fā)消失了。在農(nóng)作物生長的季節(jié)里，常有露出現(xiàn)。它對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是有益的。在我國北方的夏季，蒸發(fā)很快，遇到缺雨干旱時(shí)，農(nóng)作物的葉子有時(shí)白天被曬得卷縮發(fā)干，但是夜間有露，葉子就又恢復(fù)了原狀。人們常把"雨露"并稱，就是這個(gè)道理。霜是怎樣形成的在寒冷季節(jié)的清晨，草葉上、土塊上常常會(huì)覆蓋著一層霜的結(jié)晶。它們?cè)诔跎鸬年柟庹找麻W閃發(fā)光，待太陽升高后就融化了。人們常常把這種現(xiàn)象叫"下霜"。翻翻日歷，每年10月下旬，總有"霜降"這個(gè)節(jié)氣。我們看到過降雪，也看到過降雨，可是誰也沒有看到過降霜。其實(shí)，霜不是從天空降下來的，而是在近地面層的空氣里形成的。霜是一種白色的冰晶，多形成于夜間。少數(shù)情況下，在日落以前太陽斜照的時(shí)候也能開始形成。通常，日出后不久霜就融化了。但是在天氣嚴(yán)寒的時(shí)候或者在背陰的地方，霜也能終日不消。霜本身對(duì)植物既沒有害處，也沒有益處。通常人們所說的"霜害"，實(shí)際上是在形成霜的同時(shí)產(chǎn)生的"凍害"。霜的形成不僅和當(dāng)時(shí)的天氣條件有關(guān)，而且與所附著的物體的屬性也有關(guān)。當(dāng)物體表面的溫度很低，而物體表面附近的空氣溫度卻比較高，那么在空氣和物體表面之間有一個(gè)溫度差，如果物體表面與空氣之間的溫度差主要是由物體表面輻射冷卻造成的，則在較暖的空氣和較冷的物體表面相接觸時(shí)空氣就會(huì)冷卻，達(dá)到水汽過飽和的時(shí)候多余的水汽就會(huì)析出。如果溫度在0°另外，云對(duì)地面物體夜間的輻射冷卻是有妨礙的，天空有云不利于霜的形成，因此，霜大都出現(xiàn)在晴朗的夜晚，也就是地面輻射冷卻強(qiáng)烈的時(shí)候。此外，風(fēng)對(duì)于霜的形成也有影響。有微風(fēng)的時(shí)候，空氣緩慢地流過冷物體表面，不斷地供應(yīng)著水汽，有利于霜的形成。但是，風(fēng)大的時(shí)候，由于空氣流動(dòng)得很快，接觸冷物體表面的時(shí)間太短，同時(shí)風(fēng)大的時(shí)候，上下層的空氣容易互相混合，不利于溫度降低，從而也會(huì)妨礙霜的形成。大致說來，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到3級(jí)或3級(jí)以上時(shí)，霜就不容易形成了。因此，霜一般形成在寒冷季節(jié)里晴朗、微風(fēng)或無風(fēng)的夜晚。霜的形成，不僅和上述天氣條件有關(guān)，而且和地面物體的屬性有關(guān)。霜是在輻射冷卻的物體表面上形成的，所以物體表面越容易輻射散熱并迅速冷卻，在它上面就越容易形成霜。同類物體，在同樣條件下，假如質(zhì)量相同，其內(nèi)部含有的熱量也就相同。如果夜間它們同時(shí)輻射散熱，那末，在同一時(shí)間內(nèi)表面積較大的物體散熱較多，冷卻得較快，在它上面就更容易有霜形成。這就是說，一種物體，如果與其質(zhì)量相比，表面積相對(duì)大的，那么在它上面就容易形成霜。草葉很輕，表面積卻較大，所以草葉上就容易形成霜。另外，物體表面粗糙的，要比表面光滑的更有利于輻射散熱，所以在表面粗糙的物體上更容易形成霜，如土塊。霜的消失有兩種方式：一是升華為水汽，一是融化成水。最常見的是日出以后因溫度升高而融化消失。霜所融化的水，對(duì)農(nóng)作物有一定好處。冰雹是怎樣形成的冰雹和雨、雪一樣都是從云里掉下來的。不過下冰雹的云是一種發(fā)展十分強(qiáng)盛的積雨云，而且只有發(fā)展特別旺盛的積雨云才可能降冰雹。積雨云和各種云一樣都是由地面附近空氣上升凝結(jié)形成的?？諝鈴牡孛嫔仙谏仙^程中氣壓降低，體積膨脹，如果上升空氣與周圍沒有熱量交換，由于膨脹消耗能量，空氣溫度就要降低，這種溫度變化稱為絕熱冷卻。根據(jù)計(jì)算，在大氣中空氣每上升100米，因絕熱變化會(huì)使溫度降低1度左右。我們知道在-定溫度下，空氣中容納水汽有一個(gè)限度，達(dá)到這個(gè)限度就稱為“飽和”，溫度降低后，空氣中可能容納的水汽量就要降低。因此，原來沒有飽和的空氣在上升運(yùn)動(dòng)中由于絕熱冷卻可能達(dá)到飽和，空氣達(dá)到飽和之后過剩的水汽便附著在飄浮于空中的凝結(jié)核上，形成水滴。當(dāng)溫度低于攝氏零度時(shí)，過剩的水汽便會(huì)凝華成細(xì)小的冰晶。這些水滴和冰晶聚集在一起，飄浮于空中便成了云。大氣中有各種不同形式的空氣運(yùn)動(dòng)，形成了不同形態(tài)的云。因?qū)α鬟\(yùn)動(dòng)而形成的云有淡積云、濃積云和積雨云等。人們把它們統(tǒng)稱為積狀云。它們都是一塊塊孤立向上發(fā)展的云塊，因?yàn)樵趯?duì)流運(yùn)動(dòng)中有上升運(yùn)動(dòng)和下沉運(yùn)動(dòng)，往往在上升氣流區(qū)形成了云塊，而在下沉氣流區(qū)就成了云的間隙，有時(shí)可見藍(lán)天。積狀云因?qū)α鲝?qiáng)弱不同出一轍形成各種不同云狀，它們的云體大小懸殊很大。如果云內(nèi)對(duì)流運(yùn)動(dòng)很弱，上升氣流達(dá)不到凝結(jié)高度，就不會(huì)形成云，只有干對(duì)流。如果對(duì)流較強(qiáng)，可以發(fā)展形成濃積云，濃積云的頂部像椰菜，由許多輪廓清晰的凸起云泡構(gòu)成，云厚可以達(dá)4-5公里。如果對(duì)流運(yùn)動(dòng)很猛烈，就可以形成積雨云，云底黑沉沉，云頂發(fā)展很高，可達(dá)10公里左右，云頂邊緣變得模糊起來，云頂還常擴(kuò)展開來，形成砧狀。一般積雨云可能產(chǎn)生雷陣雨，而只有發(fā)展特別強(qiáng)盛的積雨云，云體十分高大,云中有強(qiáng)烈的上升氣體，云內(nèi)有充沛的水分，才會(huì)產(chǎn)生冰雹,這種云通常也稱為冰雹云。冰雹云是由水滴、冰晶和雪花組成的。一般為三層：最下面一層溫度在0℃以上，由水滴組成；中間溫度為0℃至-20℃在冰雹云中氣流是很強(qiáng)盛的，通常在云的前進(jìn)方向，有一股十分強(qiáng)大的上升氣流從云底進(jìn)入又從云的上部流出。還有一股下沉氣流從云后方中層流入，從云底流出。這里也就是通常出現(xiàn)冰雹的降水區(qū)。這兩股有組織上升與下沉氣流與環(huán)境氣流連通，所以一般強(qiáng)雹云中氣流結(jié)構(gòu)比較持續(xù)。強(qiáng)烈的上升氣流不僅給雹云輸送了充分的水汽，并且支撐冰雹粒子停留在云中，使它長到相當(dāng)大才降落下來。在冰雹云中冰雹又是怎樣長成的呢?在冰雹云中強(qiáng)烈的上升氣流攜帶著許多大大小小的水滴和冰晶運(yùn)動(dòng)著，其中有一些水滴和冰晶并合凍結(jié)成較大的冰粒，這些粒子和過冷水滴被上升氣流輸送到含水量累積區(qū)，就可以成為冰雹核心，這些冰雹初始生長的核心在含水量累積區(qū)有著良好生長條件。雹核A在上升氣流攜帶下進(jìn)入生長區(qū)后，在水量多、溫度不太低的區(qū)域與過冷水滴碰并，長成一層透明的冰層，再向上進(jìn)入水量較少的低溫區(qū)，這里主要由冰晶、雪花和少量過冷水滴組成，雹核與它們粘并凍結(jié)就形成一個(gè)不透明的冰層。這時(shí)冰雹已長大,而那里的上升氣流較弱，當(dāng)它支托不住增長大了的冰雹時(shí)，冰雹便在上升氣流里下落，在下落中不斷地并合冰晶、雪花和水滴而繼續(xù)生長，當(dāng)它落到較高溫度區(qū)時(shí)，碰并上去的過冷水滴便形成一個(gè)透明的冰層。這時(shí)如果落到另一股更強(qiáng)的上升氣流區(qū)，那么冰雹又將再次上升，重復(fù)上述的生長過程。這樣冰雹就一層透明一層不透明地