作者：熊伟
出版社：汕头大学出版社
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天气：喜怒无常的天气试读：
前言
科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的学习则是实现这一推动的必由之路。在新的时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为我们青少年的科学素质培养提供了新的契机。抓住这个契机，大力推广科学知识，传播科学精神，提高青少年的科学水平，是我们全社会的重要课题。
科学教育与学习，能够让广大青少年树立这样一个牢固的信念：科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象，研究和掌握新规律，它是创造性的，它又是在不懈地追求真理，需要我们不断地努力探索。在未知的及已知的领域重新发现，才能创造崭新的天地，才能不断推进人类文明向前发展，才能从必然王国走向自由王国。
但是，我们生存世界的奥秘，几乎是无穷无尽，从太空到地球，从宇宙到海洋，真是无奇不有，怪事迭起，奥妙无穷，神秘莫测，许许多多的难解之谜简直不可思议，使我们对自己的生命现象和生存环境捉摸不透。破解这些谜团，有助于我们人类社会向更高层次不断迈进。
其实，宇宙世界的丰富多彩与无限魅力就在于那许许多多的难解之谜，使我们不得不密切关注和发出疑问。我们总是不断去认识它、探索它。虽然今天科学技术的发展日新月异，达到了很高程度，但对于那些奥秘还是难以圆满解答。尽管经过许许多多科学先驱不断奋斗，一个个奥秘不断解开，并推进了科学技术大发展，但随之又发现了许多新的奥秘，又不得不向新的问题发起挑战。
宇宙世界是无限的，科学探索也是无限的，我们只有不断拓展更加广阔的生存空间，破解更多奥秘现象，才能使之造福于我们人类，人类社会才能不断获得发展。
为了普及科学知识，激励广大青少年认识和探索宇宙世界的无穷奥妙，根据最新研究成果，特别编辑了这套《学科学魅力大探索》，主要包括真相研究、破译密码、科学成果、科技历史、地理发现等内容，具有很强系统性、科学性、可读性和新奇性。
本套作品知识全面、内容精炼、图文并茂，形象生动，能够培养我们的科学兴趣和爱好，达到普及科学知识的目的，具有很强的可读性、启发性和知识性，是我们广大青少年读者了解科技、增长知识、开阔视野、提高素质、激发探索和启迪智慧的良好科普读物。
人类的灰色杀手
一种新的气象现象霾，也称灰霾，是指原因不明的因大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象。霾的核心物质是空气中悬浮的灰尘颗粒，气象学上称为气溶胶颗粒。
空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子也能使大气混浊，视野模糊并导致能见度恶化，如果水平能见度小于10000米时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾或灰霾，香港天文台称烟霞。霾和雾的区别
发生霾时相对湿度不大，而雾中的相对湿度是饱和的。一般相对湿度小于80%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾造成的，相对湿度大于90%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是雾造成的，相对湿度介于80%至90%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。
霾的厚度可达1000米至3000米左右。霾与雾、云不一样，与晴空区之间没有明显的边界，霾粒子的分布比较均匀，而且灰霾粒子的尺度比较小，从0.001微米至10微米，肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。由于灰尘、硫酸、硝酸等粒子组成的霾，其散射波长较长的光比较多，因而霾看起来呈黄色或橙灰色。
而雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统，是近地面层空气中水汽凝结的产物。雾的存在会降低空气透明度，使能见度恶化，如果目标物的水平能见度降低至1000米以内，就将悬浮在近地面空气中的水汽凝结物的天气现象称为雾。
一般雾的厚度比较小，常见的辐射雾的厚度大约从几十米至一二百米左右。雾和云一样，与晴空区之间有明显的边界，雾滴浓度分布不均匀，而且雾滴的尺度比较大，从几微米至100微米，平均直径大约在10微米至20微米左右，肉眼可以看到空中飘浮的雾滴。
由于液态水或冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大，因而雾看起来呈乳白色或青白色。霾天气的危害和防御在水平方向静风现象增多。近年来随着城市建设的迅速发展，大楼越建越高，阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱。静风现象增多，不利于大气污染物的扩展稀释，却容易在城区和近郊区周边积累。垂直方向上出现逆温。逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空，这种高空的气温比低空气温更高的逆温现象，使得大气层低空的空气垂直运动受到限制，导致污染物难以向高空飘散而被阻滞在低空和近地面。
空气中悬浮颗粒物的增加。近些年来随着城市人口的增长和工业发展，机动车辆猛增，使得污染物排放和城市悬浮物大量增加，直接导致了能见度降低，使得整个城市经常看起来灰蒙蒙的。霾为何是隐形杀手
霾影响身体健康。霾的组成成分非常复杂，包括数百种大气化学颗粒物质。其中有害健康的主要是直径小于10微米的气溶胶粒子，如矿物颗粒物、海盐、硫酸盐、硝酸盐、有机气溶胶粒子、燃料和汽车废气等，它能直接进入并黏附在人体呼吸道和肺叶中。尤其是亚微米粒子会分别沉积于上下呼吸道和肺泡中，引起鼻炎、支气管炎等病症，长期处于这种环境还会诱发肺癌。
霾天气还可导致近地层紫外线的减弱，易使空气中的传染性病菌的活性增强，传染病增多。
霾影响心理健康。阴沉的霾天气容易让人产生悲观情绪，使人精神郁闷，遇到不顺心的事情甚至容易失控。
霾影响交通安全。出现霾天气时，视野能见度低，空气质量差，容易引起交通阻塞，发生交通事故。延伸阅读灰霾又称大气棕色云，在中国气象局的《地面气象观测规范》中，灰霾天气被这样定义：“大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米的空气普遍有混浊现象，使远处光亮物微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色。”
五大诡异云朵
荚状云因其形状像一块凸透镜，在气象学上一般被称为凸透镜云，中文则为荚状云。这是一种高层小卷积云现象，是正常的大气现象，不过表现得较为极端。
在大陆副热带高压的控制下，虽然天空晴朗，但在高空，局部不均匀的冷热和水汽，常会发生小范围水汽冷凝成云现象，遇到相对较暖气流会马上消失。很多不明飞行物就是荚状云，即所谓飞碟云。
荚状高积云，云体中间厚边缘薄，云体中间呈暗灰色，边缘呈白色，轮廓分明，一般呈豆荚或椭圆形，孤立分散在天空。每当荚状云遮挡日、月光线时，即出现美丽的虹彩。
荚状云的成因多是由于空气流经山丘，受地形作用影响，空气被抬升至大气上方，气流在山丘后方以波浪状推进，在波峰上空气中的水分凝结成云，经过一段时间的积聚，便形成一层层像由大小不同的头盔堆叠而成的荚状云。
而另一种产生荚状云的原因是因为大气中局部上升气流和下降气流汇合而成所致。上升气流绝热冷却形成的云，遇到上方下降气流的阻挡时，云体不仅不能继续向上升展，而且其边缘部分因下降气流增温的结果，有蒸发变薄现象，故呈荚状，气流越山时，在山后引起空气的波动，也可形成荚状。
荚状云如果孤立出现，无其他云系相配合，多预示晴天，农谚有“天上豆荚云，地上晒煞人”。荚状高积云是山地影响气流形成的驻波作用下而生成，多出现在晴朗有风的天气。乳房云
乳房云的出现通常预示着暴风雨天气的降临，世界各地经常出现这种奇异的气候现象。美国加州大学圣克鲁兹分校物理学家帕特里克称：“这种云彩的外形看起来很奇怪，如同一个个袋子挂在天空一样。”
科学家们对乳房云的形成也做过一定的研究。美国国家大气研究中心的云物理学家丹尼尔·布雷德指出，空气的浮力和对流是乳房云形成的关键。乳房云实际是一种颠倒的气流，在下降气流当中温度较冷的空气与上升气流中温度较暖的空气相遇，就会形成一个个像袋子形状的乳状形云。
乳房云之所以如此平坦均匀是因为其下方的热结构非常独特。在每一朵乳房云中，气温的下降和云朵的重量增加是成正比的，也就是所谓的“气温直减率”，最终两者将达到一个稳定的状态。换句话说，如果你将一个温度较温暖的气泡放在乳房云的某个地方，它根本不会上升或者下降，因为云彩中没有热量流动。这种独特的热结构通常是雷暴天气所特有的。管道层积云
它还有一个优雅的名字叫“晨暮之光”。每年秋天，澳大利亚昆士兰州伯克顿镇上空都会出现这些长长的管状云，最长可以延伸至约966千米，移动的时速最快可达56千米，即使在无风的天气里也可能给飞机制造麻烦。
关于这种神秘云彩的形成原因，之前一直未能有人给出确切的答案。德国慕尼黑大学的气象学家罗杰·斯密斯在经过长期研究后揭开了管状云的神秘面纱。晨暮之光现象是昆士兰州约克角半岛附近大海和陆地所形成的独特地理位置而产生的一种特殊的气候构造。每到秋天，来自东部的信风在白天将海风吹过半岛，这股风向在深夜又会遇到来自西海岸的海风，两股海风碰撞之后会产生波状扰动，然后转向西南方运动进入内陆，这是晨暮之光形成的很重要的原因。
接下来，当潮湿的海洋空气在早晨升起后遇到进入内陆的海风，空气因此冷却凝结形成一条管状的云彩，这就是晨暮之光。因海风进入内陆的次数不同，形成管状云彩的个数也不同。贝母云
在较高的纬度地区，在距地面20000米至30000米的平流层内，有时可见到一种很高的云，叫贝母云，也叫珍珠云。它出现的地方一般都在南北向山脉的背风方，外形呈明显的波状或荚状，可见多由空气波动而成，可维持数天。
在白天，它看上去像薄卷云，但在日出日落时，它有蚌壳内部那种光泽，非常明亮，并以光谱中所有的颜色接连转变。贝母云的色彩有时十分鲜艳，以致地面雪层也被照映成为彩色的。这种彩色是由云中粒子的衍射产生的，这些粒子十分均匀而微小，直径为2微米至3微米。但这些质点究竟是尘埃还是水汽凝结物，尚无定论。珠母云
澳大利亚气象学家说，澳大利亚位于南极洲的莫森科考站上空最近形成了一块极为罕见的珠母云。这块云团形成于2011年7月25日，当时云层处的大气温度极低。
珠母云只在处于冬季的极地地区出现，其形成条件包括大气气温降到零下80摄氏度以下。根据一个天气探测气球获得的数据，这次珠母云现象出现时，当时的大气气温为零下87摄氏度。
珠母云通常形成于极地地区上空，位于距离地面超过10000米的平流层。日落时分，霞光穿过云层，折射出五彩斑斓的颜色，使这块云彩犹如产珍珠的贝壳一般，场面十分壮观。“令人称奇的是，这一高度的风速接近每小时230千米。”贝克说。澳大利亚的南极气象专家安德鲁·克勒科茨克说，珠母云虽然罕见，但它可能会造成长远影响。“这些云团并非只是奇观而已，”克勒科茨克说，“它们反映出大气层中的极端情形，并可能引起导致臭氧层破坏的化学改变。”
珠母云以前叫贝母云。多出现在高纬地区离地20000米至30000米的高空，厚约2000米至3000米，挪威和阿拉斯加常见。云体具有珍珠般光泽，透光如卷云。它又伴有较淡的紫、蓝、红、黄等近乎同心排列的光弧，犹如阳光下贝壳闪耀的色带，鲜艳夺目、十分养眼。
在高纬平流层底，大气温度约为零下53摄氏度，向上温度增加，因而在平流层下部自20000米至30000米向上，逆温有加强的趋势，有利于大气凝结核的聚集。若该处同时有充分的水汽，凝华成珠母云是可能的。但是，那里的水汽从何而来？尚待研究。延伸阅读人们有时会在天空中发现诡异的云团，被称作穿洞云，形状犹如科幻大片《独立日》中外星飞船入侵地球时的场景，这种现象数十年来令科学家们困惑不已。2010年美国科学家的一项研究终于揭开了这个谜团：飞机可以在云团中形成穿洞云，还令其产生降雨。
神秘的怪雨奇观
怪雨现象1819年，美国纽约州明斯特里特城内一条鱼突然从空中落下，鱼长达0.3米。
1830年9月底在法国里昂城曾下过“青蛙鱼”。
1841年，美国波士顿城曾发生过几次鱼雨和乌贼雨，其中一些乌贼长达0.25米。
1859年2月9日上午11时，英国格拉摩根郡下了一阵大雨，雨中夹杂着许多小鱼。1879年，美国萨克拉门托城的奥地迪菲罗基地曾发生过几次鱼雨。1894年，在美国密西西比州的布菲纳城内，一只称为“古菲尔”的龟突然从天空落下，龟被一团雪包着。1933年，美国伍斯特城和马萨诸塞城分别落下大量冰冻的鸭子。1949年10月23日，美国路易斯安那州马克斯维下过一次“鱼雨”，同年在新西兰沿岸也曾下过鱼雨，几千条小鱼随雨从天而降。每当发生怪事之时，很多人都极力找出一些原因，以说服众人，这是毫不奇怪的。但是，科学家们却与众不同，因为他们不能空口无凭地解释科学怪事。稀奇古怪的雨
小豆雨。巴西巴拉比州于1971年年初，下了一场小豆雨，巴西的农业专家通过论证分析，这是由于一场暴风把西非的一大堆小豆给刮到了天空大气层，然后随之降到了这里。
银白雨。1940年6月15日，当时苏联高尔基地区的一个集体农庄，一场狂风暴雨中降下了数千枚中世纪银币。据说这是由于山崩把藏在山洞里的银白给抖了出来，一场大的龙卷风带到空中，然后降落地面。
花粉雨。苏联首都莫斯科1987年6月下了一场多年来罕见的花粉雨，雨水呈淡绿色。雨过天晴，莫斯科大街上和郊区的柏油马路上到处可见绿色的尘埃。这场雨经过专家分析是由于很多花木开花茂盛时期，花粉被吹到大气层，又被雨水带回地面。
报时雨。在印度尼西亚爪哇岛南部的土隆加贡，每天都要下两场非常准时的大雨：第一次是下午15时，第二次是下午17时30分。人们把这种准时下的大雨，叫做“报时雨”。那些地处偏僻的山村小学，过去因没有钟，就以下雨作为学校作息时间：第一次是上学时间，第二次是放学时间。多少年来，大雨十分遵守时间，从未发生过差错。“苹果雨”从天而降
2011年12月12日，英国考文垂市下的一场雨却令见惯了恶劣天气的司机们大跌眼镜——当天晚高峰过后不久，考文垂康敦区的一条街道上突然下起了“苹果雨”，很多司机和行人无从躲闪，被从天而降的苹果砸中。
当地居民对这场苹果雨吃惊不已。有人认为这些苹果是从飞机上掉下来的，也有人怀疑这是孩子们的恶作剧。
一位当地司机说，她在下午18时45分的时候同丈夫开车经过了康敦区，“这些不知道从哪来的苹果突然从天而降。当时路上还有其他车辆，大家都急忙刹车躲避，但我们的引擎盖还是被这些又小又青的苹果砸中了。我想一些汽车肯定被砸坏了。”
当时，这名女司机和丈夫根本不敢相信自己看到的情况，后来他们还开车折回康敦区的这一街道，仔细检查了一下路面，结果发现路上还散落着苹果，有很多已经被车辆压碎了。她说：“我对这附近非常熟悉，这儿根本没有苹果树。”
英国气象局14日对天降苹果的现象进行了解释，称这可能是空气中水压形成的漩涡造成的，即在风雨天气中，苹果可能会被暴风形成的气旋卷走，并随着气流一路前进，最后从天空中掉落下来。据悉，暴风能够裹挟着苹果前进约161千米。怪雨形成之谜
对于怪雨，科学家们一直在研究，于是各种解释纷纷出现。迄今为止，世界各国普遍的解释是：怪雨现象是旋风造成的，即一股旋风将河流、湖泊和大海中的水席卷而起，带到空中，旋风内有许多水生动物，旋风在空中旋转。不久，由于地球引力的作用，海水或湖水连同水中的动物一齐落到某地，因而形成了怪雨。这种解释听起来虽颇有道理，但是它却不能从根本上解释怪雨现象。
因为，倘若这样解释，那么，就意味着旋风同样也具有一些难以想象的能力，即在空中将水中的动物选择，随后分门别类加以区别，然后再分类扔到地面上去。
瓦拉亚姆·库里斯在书中谈到怪雨现象和旋风解释时提出了一些可供参考的看法。
首先，我们必须承认，不论运送这些动物的工具是否是旋风，这种工具一定能够每次全选择好一种动物，或是一种鱼，或是青蛙，或为任何一种其他动物。
其二，这种工具在运送过程中还要进行更仔细的分类，即将大小一样的鱼或青蛙集中在一起。
其三，我们发现，这些动物从天上落下来的时候，并未夹带着任何其他东西，如沙子、树叶等。这表明，它们曾经过了一次挑选。奇怪的干雨
近年来世界各国的天体物理学家都对干雨产生了特别浓厚的兴趣。近些年来人们发现，它的出现越来越频繁。大约在100年前，干雨曾毁灭了亚速尔群岛地区整整一支舰队。曾经发生在德克萨斯草原的一场特大火灾，也是干雨引起的。
由于所谓瀑布式倾热，使由干雨引起的火灾很难扑灭。发生这种火灾时，不仅要扑灭燃烧着的物质，还要花更大力气来对付高达2000摄氏度的雨热。
因此，扑救这种火灾时除使用水外，还要使用特殊的物质粉，以隔断热源和氧气的接触。干雨形成之谜
对干雨现象的解释，目前存在两种看法。一种看法认为：彗星散落后的物质一部分落入地球，从而产生干雨现象。从彗星散落到出现干雨，需要2年至6年的时间。
另一种看法为：干雨现象是我们还没认识的另一种破坏活动。
这种想法从表面上看似乎是没有根据的，但持这种观点的人认为，如果干雨现象来源于宇宙，那么化学家通过光谱分析应该可以发现彗星的化学成分。但化学家在这方面的研究结果至今还是否定的。
总之，两种说法各有其理，还需进一步研究证实。不解的石雨之谜
1906年3月的一天，荷兰探险家德乐特勒西特·库罗汀迪克结束了长途旅行后，风尘仆仆地回到基地。深夜，突然一声物体撞击地板的声响把他惊醒。
他起身一看，发现有一颗从未见过的黑色小石子掉落在地板上。小石子好像是穿透屋顶掉下来的。库罗汀迪克让人出去观察，周围没有发现任何异常情况，然而，小石子仍然像下雨一样不停地从屋顶上掉落下来。
第二天天亮，库罗汀迪克仔仔细细地观察了屋顶内外，奇怪的是，看不到一点石子穿插透过的痕迹。可是到了晚上，黑色的小石子又下雨般地穿过屋顶落下来。为了弄明真相，他把几颗小石子当做标本收集起来交给了专家。专家们对这些从未见过的石子也感到莫名其妙。
这种能穿过屋顶而又不留任何痕迹的石雨究竟是什么东西，又从何而来呢？至今还没有人能解开这个谜。延伸阅读1043年和1334年在我国山东省、河南省等地曾下过“血雨”；1979年8月15日晚21时，湖南省长沙县和民凰县的一些地区，下了一场罕见的“黑雨”；东北兴安岭林区曾下过“黄雨”；1982年6月8日重庆市郊区某地下过“酸雨”，上万亩水稻一片枯黄。
奇特的雷击现象
奇怪的雷击事件因祸得福的失明老人。1980年夏季的一天，印度一位患白内障双目失明的老人，正在家里坐着。突然，一个巨大的闷雷在阴云密布的空中炸响，他立即被击倒在地，碰掉了几颗牙，脑子震动了几秒钟。
第二天，他一觉醒来，惊喜地发现自己又重见光明了。科学家认为，患者处在雷击的磁场内，磁场使眼球中的不溶性蛋白质变成了可溶性蛋白质，消除了白内障。
非同寻常的死。在法国的一个小镇，落雷把树下避雨的3个士兵一齐击死。可3具尸体外表毫无变化，仍然站在那里，好像什么事也没有发生。
暴雨过后，有几个行人走上前去和他们搭话，得不到回答。人们上前碰他们一下，3具尸体马上塌毁成一堆灰。
令人不解的怪脾气。1968年的夏天，法国遭到一场雷雨的袭击。当时，闪电将一群绵羊中的黑羊全部击毙。但白羊却安然无恙。不同的树木遭遇雷击的可能性也不同。
据调查，在100次雷击树木中，击中柞树的次数最多，为54次；杨树为24次；云杉为10次；松树为6次；梨树和樱桃树为4次；但桦树和械树则从未被击中。当然，这是指混合在茂密树林中的桦树和械树，而不是空旷地区的孤树。其原因到目前为止尚无定论。被雷电击中过的人
弗拉卡斯托罗是著名的意大利诗人和医生。在他还是婴儿的时候，有一天正当他母亲抱着他时，突然被雷电击中，母亲当场死亡，但他却安然无恙。
格里高利·戚廉·里赫曼，这位俄国物理学家将一个仪器与避雷针连接在一起，试图测量大气中的放电现象。在一次雷雨中，当他正俯身观察仪器上的读数时，一次雷电击中那根避雷针。避雷针从仪器上弹起，猛地击中他的头部，里赫曼当场倒毙。
奥蒂斯是一位美国政治家，他常对别人说，他希望以一次雷电来结束自己的生命。
这个愿望终于实现了。当他在一间低矮的农舍走廊里与家人和朋友交谈时，雷电击中了农舍的烟囱。火球沿着烟道进入走廊，并跳到奥蒂斯身上把他击死，但他身上没有留下任何伤痕，屋里的其他人也都安然无恙。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]