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為什么會(huì)有雷、閃電、風(fēng)和雨呢?

來(lái)源:新能源網(wǎng)
時(shí)間:2024-08-17 08:39:29
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為什么會(huì)有雷、閃電、風(fēng)和雨呢?【專(zhuān)家解說(shuō)】:風(fēng)是怎么形成的:形成風(fēng)的直接原因,是氣壓在水平方向分布的不均勻。風(fēng)受大氣環(huán)流、地形、水域等不同因素的綜合影響,表現(xiàn)形式多種多樣,如季風(fēng)、

【專(zhuān)家解說(shuō)】:風(fēng)是怎么形成的:形成風(fēng)的直接原因,是氣壓在水平方向分布的不均勻。風(fēng)受大氣環(huán)流、地形、水域等不同因素的綜合影響,表現(xiàn)形式多種多樣,如季風(fēng)、地方性的海陸風(fēng)、山谷風(fēng)、焚風(fēng)等。簡(jiǎn)單地說(shuō),風(fēng)是空氣分子的運(yùn)動(dòng)。要理解風(fēng)的成因,先要弄清兩個(gè)關(guān)鍵的概念:空氣和氣壓??諝獾臉?gòu)成包括:氮分子(占空氣總體積的78%)、氧分子(約占 21%)、水蒸汽和其他微量成分。所有空氣分子以很快的速度移動(dòng)著,彼此之間迅速碰撞,并和地平線上任何物體發(fā)生碰撞。 氣壓可以定義為:在一個(gè)給定區(qū)域內(nèi),空氣分子在該區(qū)域施加的壓力大小。一般而言,在某個(gè)區(qū)域空氣分子存在越多,這個(gè)區(qū)域的氣壓就越大。相應(yīng)來(lái)說(shuō),風(fēng)是氣壓梯度力作用的結(jié)果。 而氣壓的變化,有些是風(fēng)暴引起的,有些是地表受熱不均引起的,有些是在一定的水平區(qū)域上,大氣分子被迫從氣壓相對(duì)較高的地帶流向低氣壓地帶引起的。 大部分顯示在氣象圖上的高壓帶和低壓帶,只是形成了伴隨我們的溫和的微風(fēng)。而產(chǎn)生微風(fēng)所需的氣壓差僅占大氣壓力本身的1%,許多區(qū)域范圍內(nèi)都會(huì)發(fā)生這種氣壓變化。相對(duì)而言,強(qiáng)風(fēng)暴的形成源于更大、更集中的氣壓區(qū)域的變化。 雨是怎么形成的: 地球上的水受到太陽(yáng)光的照射后,就變成水蒸氣被蒸發(fā)到空氣中去了。水汽在高空遇到冷空氣便凝聚成小水滴。這些小水滴都很小,直徑只有0.01~0.02毫米,最大也只有0.2毫米。它們又小又輕,被空氣中的上升氣流托在空中。就是這些小水滴在空中聚成了云。這些小水滴要變成雨滴降到地面,它的體積大約要增大100多萬(wàn)倍。這些小水滴是怎樣使自己的體積增長(zhǎng)到100多萬(wàn)倍的呢?它主要依靠?jī)蓚€(gè)手段,其一是凝結(jié)和凝華增大。其二是依靠云滴的碰并增大。在雨滴形成的初期,云滴主要依靠不斷吸收云體四周的水氣來(lái)使自己凝結(jié)和凝華。如果云體內(nèi)的水氣能源源不斷得到供應(yīng)和補(bǔ)充,使云滴表面經(jīng)常處于過(guò)飽和狀態(tài),那么,這種凝結(jié)過(guò)程將會(huì)繼續(xù)下去,使云滴不斷增大,成為雨滴。但有時(shí)云內(nèi)的水氣含量有限,在同一塊云里,水氣往往供不應(yīng)求,這樣就不可能使每個(gè)云滴都增大為較大的雨滴,有些較小的云滴只好歸并到較大的云滴中去。 如果云內(nèi)出現(xiàn)水滴和冰晶共存的情況,那么,這種凝結(jié)和凝華增大過(guò)程將大大加快。當(dāng)云中的云滴增大到一定程度時(shí),由于大云滴的體積和重量不斷增加,它們?cè)谙陆颠^(guò)程中不僅能趕上那些速度較慢的小云滴,而且還會(huì)“吞并”更多的小云滴而使自己壯大起來(lái)。當(dāng)大云滴越長(zhǎng)越大,最后大到空氣再也托不住它時(shí),便從云中直落到地面,成為我們常見(jiàn)的雨水。 地球上的水受到太陽(yáng)光的照射后,就變成水蒸氣被蒸發(fā)到空氣中去了。 水汽在高空遇到冷空氣便凝聚成小水滴。這些小水滴都很小,直徑只有0.01 ~0.02毫米,最大也只有0.2毫米。它們又小又輕,被空氣中的上升氣流托 在空中。就是這些小水滴在空中聚成了云。 這些小水滴要變成雨滴降到地面,它的體積大約要增大100多萬(wàn)倍。這 些小水滴是怎樣使自己的體積增長(zhǎng)到100多萬(wàn)倍的呢?它主要依靠?jī)蓚€(gè)手段, 其一是凝結(jié)和凝華增大。其二是依靠云滴的碰并增大。在雨滴形成的初期,云滴主要依靠不斷吸收云體四周的水氣來(lái)使自己凝 結(jié)和凝華。如果云體內(nèi)的水氣能源源不斷得到供應(yīng)和補(bǔ)充,使云滴表面經(jīng)常 處于過(guò)飽和狀態(tài),那么,這種凝結(jié)過(guò)程將會(huì)繼續(xù)下去,使云滴不斷增大,成 為雨滴。但有時(shí)云內(nèi)的水氣含量有限,在同一塊云里,水氣往往供不應(yīng)求, 這樣就不可能使每個(gè)云滴都增大為較大的雨滴,有些較小的云滴只好歸并到 較大的云滴中去。 如果云內(nèi)出現(xiàn)水滴和冰晶共存的情況,那么,這種凝結(jié)和凝華增大過(guò)程 將大大加快。當(dāng)云中的云滴增大到一定程度時(shí),由于大云滴的體積和重量不 斷增加,它們?cè)谙陆颠^(guò)程中不僅能趕上那些速度較慢的小云滴,而且還會(huì)“ 吞并”更多的小云滴而使自己壯大起來(lái)。當(dāng)大云滴越長(zhǎng)越大,最后大到空氣 再也托不住它時(shí),便從云中直落到地面,成為我們常見(jiàn)的雨水。 雷電是怎樣形成的: 通常人們認(rèn)為閃電是由大氣層中的電場(chǎng)作用形成的。但是,來(lái)自佛羅里達(dá)技術(shù)協(xié)會(huì)的天體物理學(xué)家約瑟夫-德懷爾(Joseph Dwyer)表示,大氣層中的電場(chǎng)產(chǎn)生閃電這一理論是錯(cuò)誤的,大氣層中的電場(chǎng)不可能達(dá)到產(chǎn)生閃電的電場(chǎng)強(qiáng)度。 德懷爾曾從事高能量微粒的研究工作,兩年前他來(lái)到佛羅里達(dá)研究中心。在佛羅里達(dá)研究中心,聚集了許多從事閃電研究的科研人員。當(dāng)?shù)聭褷枏膶W(xué)術(shù)報(bào)告中了解到伽馬射線和X射線與閃電的形成有密切關(guān)系時(shí),他對(duì)此產(chǎn)生了濃厚的興趣并致力于該領(lǐng)域的研究。 許多科學(xué)家相信,當(dāng)大氣中形成強(qiáng)大的電場(chǎng)便能夠產(chǎn)生閃電。盡管沒(méi)有任何人真正看到這樣的電場(chǎng),但是,這些科學(xué)家仍確信這是閃電形成的正確解釋。當(dāng)?shù)聭褷柦⒁粋€(gè)高能量輻射模型用來(lái)描述地球大氣層電場(chǎng)的形成時(shí),模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果使他為之震驚。他發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)中伽馬射線和X射線釋放的能量,可為電場(chǎng)提供足夠的電場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生閃電。在雷雨天氣中,上升氣流和下降氣流推動(dòng)水分子互相作用,釋放出電子從而增強(qiáng)了電場(chǎng)強(qiáng)度,這些電子最終以接近光速的速度穿越空氣。依據(jù)德懷爾的閃電形成理論,這些高速電子在電場(chǎng)中伽馬射線或者X射線釋放的能量作用下,與大氣層其他微粒發(fā)生碰撞便產(chǎn)生強(qiáng)大的雷鳴聲,并釋放出電荷。 曾致力于閃電形成研究的佛羅里達(dá)大學(xué)馬丁-烏曼(Martin Uman)稱(chēng),“這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能是科學(xué)理論的一個(gè)重大突破。德懷爾的理論還展示了閃電產(chǎn)生所需的伽馬射線和X射線強(qiáng)度?!钡?,對(duì)于閃電形成的確切解釋尚仍不能定論。目前,德懷爾仍猜測(cè)某些特定條件下的電場(chǎng)也可以聚集足夠的電場(chǎng)強(qiáng)度從而產(chǎn)生閃電。 雪是怎么形成的: 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(zhǎng)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。它們主要是靠繼續(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(lái)。這樣重復(fù)多次,冰晶便增大了。另外,在云內(nèi)也有水汽,所以冰晶也能靠凝華繼續(xù)增長(zhǎng)。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(zhǎng)很慢,相互碰撞的機(jī)會(huì)也不多,所以不能增長(zhǎng)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(zhǎng)的是混合云?;旌显剖怯尚”Ш瓦^(guò)冷卻水滴共同組成的。當(dāng)一團(tuán)空氣對(duì)于冰晶說(shuō)來(lái)已經(jīng)達(dá)到飽和的時(shí)候,對(duì)于水滴說(shuō)來(lái)卻還沒(méi)有達(dá)到飽和。這時(shí)云中的水汽向冰晶表面上凝華,而過(guò)冷卻水滴卻在蒸發(fā),這時(shí)就產(chǎn)生了冰晶從過(guò)冷卻水滴上"吸附"水汽的現(xiàn)象。在這種情況下,冰晶增長(zhǎng)得很快。另外,過(guò)冷卻水是很不穩(wěn)定的。一碰它,它就要凍結(jié)起來(lái)。所以,在混合云里,當(dāng)過(guò)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,靠近地面的空氣在0℃以上,但是這層空氣不厚,溫度也不很高,會(huì)使雪花沒(méi)有來(lái)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”。 雪的成因:形成降雪必須具備兩個(gè)條件: 一個(gè)條件是水汽飽和??諝庠谀骋粋€(gè)溫度下所能包含的最大水汽量,叫做飽和水汽量??諝膺_(dá)到飽和時(shí)的溫度,叫做露點(diǎn)。飽和的空氣冷卻到露點(diǎn)以下的溫度時(shí),空氣里就有多余的水汽變成水滴或冰晶。因?yàn)楸骘柡退勘人嬉?,所以冰晶生長(zhǎng)所要求的水汽飽和程度比水滴要低。也就是說(shuō),水滴必須在相對(duì)濕度(相對(duì)濕度是指空氣中的實(shí)際水汽壓與同溫度下空氣的飽和水汽壓的比值)不小于100%時(shí)才能增長(zhǎng);而冰晶呢,往往相對(duì)濕度不足100%時(shí)也能增長(zhǎng)。例如,空氣溫度為-20℃時(shí),相對(duì)濕度只有80%,冰晶就能增長(zhǎng)了。氣溫越低,冰晶增長(zhǎng)所需要的濕度越小。因此,在高空低溫環(huán)境里,冰晶比水滴更容易產(chǎn)生。 另一個(gè)條件是空氣里必須有凝結(jié)核。有人做過(guò)試驗(yàn),如果沒(méi)有凝結(jié)核,空氣里的水汽,過(guò)飽和到相對(duì)濕度500%以上的程度,才有可能凝聚成水滴。但這樣大的過(guò)飽和現(xiàn)象在自然大氣里是不會(huì)存在的。所以沒(méi)有凝結(jié)核的話,我們地球上就很難能見(jiàn)到雨雪。凝結(jié)核是一些懸浮在空中的很微小的固體微粒。最理想的凝結(jié)核是那些吸收水分最強(qiáng)的物質(zhì)微粒。比如說(shuō)海鹽、硫酸、氮和其它一些化學(xué)物質(zhì)的微粒。所以我們有時(shí)才會(huì)見(jiàn)到天空中有云,卻不見(jiàn)降雪,在這種情況下人們往往采用人工降雪。
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