天文志•瑞象

由于重力束缚,自然界多数种子会落在母株附近,少数“心怀梦想”的种子,例如蒲公英这种风传植物, 可能会到达远方。“远方”并非真的是“远方”,大部分蒲公英种子通常散落在离母株不足1米的范围内。 但在天气晴朗的二级和风里,极少数的蒲公英种子可以飞行1公里左右,这种远行得益于种子上附着的 毛茸茸的冠毛,飞行时其周围会形成特殊空气涡流,这些冠毛可以精确调整,以稳定涡流,延缓下降。

研究显示,一些菊科种子比蒲公英飞得远得多,通常散布在30公里以上,有时甚至150公里。种子究竟能 乘风飞翔多远,目前没有精确的科学数据,但是科学家曾在喜马拉雅山上约6700米高的岩石缝里发现了 身份不明的种子,这个高度远远高于植物可以生长的范围,应该是被风吹到了这里。达尔文也曾经发现了 加拉帕戈斯群岛的植物,他认为,这些种子至少随风飞行超过480公里。

实际上风能把很多东西带到很远之外,比如火山灰,瞬间喷发的能量能让火山灰在短时间内上升到平流层, 平流层没有对流层内云雨雪等自然天气现象,火山灰难以沉降,会随着大气环流传输上万公里, 甚至环地球数周,存在长达数年甚至更久。

两汉时期发明的相风铜鸟,能够随风旋转,通过鸟首方位测定风向。铜鸟口含一朵铜花,相传地震来临之时就 会绽放。1971年,中国考古工作者在河北安平县逯家庄发掘的一座东汉古墓中,发现一幅东汉建筑群鸟瞰图, 其后的一座钟楼上立有相风鸟,从而毫无疑问地证明相风鸟是世界最早出现和使用的风向仪。而西方装在 屋顶上的候风鸡,是在12世纪开始有的,比“相风铜鸟”晚了1000来年。

(我国首套气象主题的邮票上印有相风铜鸟)

我国大风天有明显的地域分布特征,而高海拔地区的年大风天明显高于低海拔地区;峡谷地带大风天比周围多。

在我国北方大多数城市中,春季(3-5月)是一年中大风最多的季节。 冬春交替,冷空气势力仍比较强势,而此时太阳直射角逐渐向北半球偏移,地面接收到的太阳辐射日益强烈, 地面升温加快,高低纬度之间形成了比较大的气压梯度,因而比较容易出现大风天气。值得一提的是,往往 冷空气在抵达南方时,势力就会被大大削弱,风力也会相应减小。所以,南方城市春季大风并不像北方城市 那么多。到了夏季,南方地区暖湿气流更加强盛,台风、强对流天气更加频发,大风天也就更多一些。

统计显示,近年来我国年均单站大风日数在波动中减少, 有研究表明这极有可能与全球变暖密切相关。究其原因, 全球变暖后,海陆温差相对变小,导致东亚季风减弱, 空气流动速度相对降低;同时,快速城市化进程,可能 导致原有自然地表景观大大改变,土地利用变化更为 多样性、城市房屋高度和密度日益增加,上述这些人为 活动,导致地表粗糙度有不同程度增大,从而导致风速 整体减小,大风日数也整体减少。 

首先,地球上的第一个生命,就可能是在雷电的持续作用下产生的。在40多亿年前的原始海洋里,由于 闪电引起的化学反应,诞生了生命的基本单元——氨基酸。其次,在从猿到人的漫长演化过程中,雷电 引起森林大火,燃烧的大火不但改变自然环境,烧熟的食物也改变了人类饮食的方式,促进了人体肌肉 骨骼和大脑的发育。再者,雷电发生时所产生的超声波和次声波能够杀死空气中的细菌;雷电所产生的 几万摄氏度的高温能够电离空气,生成大量臭氧,使大气中的臭氧得到平衡,保护地球不受紫外线危害。 雷电能够制造氮肥供给土壤,据科学家推算,雷电每年能够在全球范围内生成大约20亿吨氮肥。

在我国,“雷公”经常打卡的地方是哪里呢?我们用年雷暴日数来衡量,世界气象组织将一个观测站听到雷声 的观测日叫做雷暴日。通过统计1961-2016年我国年平均雷暴日数可以看到,年平均雷暴日数超过40天的 区域主要分布在新疆西北部、西藏中部、四川西部以及沿长江以南地区,云南南部、广东南部以及海南北部 年均雷暴高达90天以上,这就是“雷公”最常打卡的地方,在西双版纳的勐腊市年均雷暴日数高达108天, 也就是说“雷公”每3~4天就要来此地打卡一天。

我国雷暴主要发生在4月至9月,7月达到峰值,11月至次年2月全国几乎无雷暴出现。统计发现,6月至8月 也是我国雷电灾害的高发期,此时雷电造成的伤亡人数占全年的65%,其中,全年近三分之一的雷灾伤亡 出现在7月。

赤壁之战,东风起了很大作用。诸葛亮家住离赤壁不远的南阳(今湖北襄阳附近),对赤壁一带天气气候规律 的认识,比曹、周两人更深刻、更具体。赤壁初冬盛行西北风,是气候现象,在一定的天气系统影响下可以 出现东风。

从赤壁之战来看,长江江面盛吹东南大风,到后来曹军败走华容道又遇上倾盆大雨,这在天气形势上来分析, 当时很像是一次锋面气旋天气过程。

锋面气旋在我国比较常见,春季最多,秋季较少。它是一个发展深厚的低气压系统,其中心气压低,四周气压高。 空气从外围向中心流动,呈逆时针方向旋转。所以,处于气旋前部(即东部)的地方,吹东南风﹔气旋 后部(即西部),吹西北风。气旋内部盛行辐合上升气流,能形成大片降雨区。因此,当连续吹东南风时,往往 预示天气将要变坏。

另外,也有人这样去分析诸葛亮“借”来的东风:从现代天气图上可以看到,当一个地方受到移动的闭合高 气压中心影响时,风向是顺时针旋转的。当冷高压移到海上,高气压后部盛行的东南风就会暂时控制长江 中下游地区。由于冬季冷高压南下过程中移动迅速,尾随南侵的后一股冷空气很快又到,所以,东南风持续的 时间很短,人们往往忽略。而通晓天文地理的诸葛亮,他的家就住在离赤壁不远的南阳,能掌握这次东南风 出现前的征兆,所以他准确地作出了中期天气预报。

这样看来,诸葛亮在冬初的11月份,根据长江中下游地区当时的天气变化,预测将有东南大风出现,并进一步 推断天气还要恶化,这是符合天气演变规律的。

但有气象学家统计了赤壁近30年的气象资料,发现,东南风、南风、东风加起来出现的机率也只有14%。11月 的主导风向是东北风,东南风出现的机率更小。所以也有人认为,这一历史事件既是客观事实,也是文人笔下 生辉的结果。

中国上古神话传说和气象有关人神非常多,比如太昊,伏羲,神农之类的五帝也管四季,叟区、风后、师旷、 重、黎等观星测天的人物,还有很多山海经中的神仙野兽都有成云致雨的本事。除了大家耳熟能详的雷公电母, 神话传说中有很多风雨雷电的故事,甚至有很多神话传说因为现代气象和地质科学的考证,能够追本溯源, 如水神共工、吉神泰逢、旱魃、风后、蚩尤。

其实,和上古传说一样,气象在战争中具有不可获取的作用,《孙子兵法》把气象条件同与战争胜负有关的 其他因素,并列为道、天(指阴阳、寒暑、时制)、地、将、法,并指出“凡此五者,将莫不闻,知之者胜, 不知者不胜”。在古今中外战史上,巧用气象条件取胜的战例不胜枚举,因疏忽气象条件而失利的战例也是 屡见不鲜的。比如第二次世界大战期间,日本军队利用恶劣天气,对珍珠港一举偷袭成功。与此相反, 1812年拿破仑率兵60万进攻俄国,因不适应当地的大陆性的寒冷气候,出现严重的非战斗减员,在俄军的 反击下,最后只剩下2万余人。在我国抗日战争和解放战争时期,气象信息是军事重要情报,到新中国成立后, 毛主席才提出,要把天气常常告诉老百姓,天气预报才走进千家万户。

“瑞雪兆丰年”是一句流传比较广的农谚,它的意思是适时的冬雪预示着来年是丰收之年。

雪的保温作用

积雪,就像一条地毯铺盖在大地上,使地面温度不致因冬季的严寒而降得太低。覆盖在地面上的积雪很像棉花, 雪花之间的孔隙度很高,正是钻进积雪孔隙里的这层空气,使地面温度不会降得很低。

蓄水保湿,减少春旱。

若冬季有积雪覆盖,既能减少田间蒸发,保住土壌水分,又能在积雪融化时,增加土壌湿度,为小麦等农作物 返青提供较好的条件。

为土壤增添肥

雪中含有很多氮化物,在融雪时,这些氮化物被融雪水带到土壌中,合成硝酸钱等盐类,成为农作物所需要的氮肥。

冻死害虫

雪盖在土壌上起了保温作用,这对钻到地下过冬的害虫暂时有利。但化雪的时候,要从土壌中吸收许多热量, 这时土壌会突然变得非常寒冷,温度降低许多,害虫往往会被冻死。

净化环境

雪是环境净化的“白衣卫士”,又是"天然净化剂”。下雪时雪在其形成、飘落过程中,将大气中漂浮的尘埃、 煤屑、矿物质等,“捕捉” 得一干二净。所以,大雪过后,蓝天如洗,空气格外清新宜人。

雪花的形状很大程度上取决于云层中的温度和湿度。最大的最上镜的六瓣星状雪花只生长在云层温度在-15℃ 左右的狭窄温度范围内,针叶和柱状物雪花最常形成于-6℃左右的云层中。当云层湿度较高时,会长出更精致 的树枝状雪花晶体,湿度较低则易形成简单的板状或者柱状晶体。

关于世界上有没有相同的两片雪花,物理学家有方法回答这个问题。组成雪花的水分子比电子复杂得多,并非 所有的水分子都是完全一样的。水分子常理上由1个氧原子和两个氢原子组成,但每5000个自然产生的水分子中, 就有一个由1个氘原子代替1个氢原子,而每500个自然产生的水分子中,就包含一个由氧-18(氧原子的重同位素) 而非常规的氧-16组成的分子。

典型的雪花大概包含1018个水分子,因此其中大概率会有一些水分子与众不同。这些不寻常的水分子将随机 散布在整个雪花中,从而使其具有独特的外观。两个包含1018个水分子的雪花具有完全相同的分子布局的 可能性非常小,其概率与零近乎没有差别。

如果放宽定义,小雪花看起来会很相似。假设我们的标准是两片雪花在光学显微镜下看起来相似即可,那么我们 很容易找到形态相似的雪花。但这仅适用于简单的六角形雪花。那更复杂的雪花晶体呢?

更大,更复杂的雪花外观每片都不相同。自然界形成复杂雪花的方法数量惊人。打个比方来说,我们在书架上 放15本书,第一本书有15种选择,第二本书有14种选择,第三本书有13种选择……最终有超过一万亿种方法 可以放这15本书。而大自然在形成雪花时,面临的问题可能相当于安放100本书乃至更多,可能的排列数量就 增加到10的158次方,这个数字大约是整个宇宙中原子总数的1070倍。

因此,在整个地球历史上制造的所有复杂雪花中,不可能有两片看起来完全相同。