作者：马学宁
出版社：武汉大学出版社
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大气百变趣闻试读：
前言|PREFACE
大自然中有着许许多多神奇的现象，这是大自然的语言，也是大自然的面纱，只要细心的观察能感觉出来。大自然的神奇力量，塑造了地球的面貌，主宰着四季的变化，既混沌有序，又相互影响，究竟是什么原因呢？
我们每天享受着大自然所带给我们的一切，然而又有谁能够清楚地知道我们生活的大自然究竟是什么样子呢？是的，大自然所隐藏的奥秘，简直是无穷无尽。从气象到灾害，从怪物到物种，真是无奇不有，怪事迭起，奥妙无穷，许许多多的难解之谜简直不可思议，使我们对自己的生存环境是捉摸不透。破解这些谜团，就有助于我们人类社会向更高层次不断迈进。
自然奥秘是无限的，科学探索也是无限的，我们只有不断认识大自然，破解更多的奥秘现象，才能使之造福于我们人类，我们人类社会才能不断进步。
为了普及科学知识，激励广大读者认识和探索地球的无穷奥妙，我们根据中外最新研究成果，特别编辑了这套《自然科学丛书》，主要包括自然、气象、大气、灾害、怪物、物种等方面的内容，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，通俗易懂，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，也是各级图书馆珍藏的最佳版本。
冬天为何会打雷
雷电为什么会与雪花相伴
据专家分析，当天空阴云密布，高空云中的气温在零度以下时，云中的水汽就凝结成雪。雪花从云中落下来，但落到地面上的是雪还是雨呢？
这就要看近地面层几百米以内的温度了，如果近地面层的气温比较高，雪花降落时，就会在近地面层低的空中重新融化，成为雨滴，这时我们看到的就是落雨。相反，如果近地面层的气温比较低，雪花不能融化，这时就下雪了。一般来说，地面气温在3度或2度以下时，就会出现下雪的现象。
1970年3月12日晚上，我国长江中下游就出现了下雪天打雷现象。当时近地面层的冷空气从华北南下至长江中下游地区，傍晚以后，该地区的气温下降至零度左右，具备了下雪的条件。当时南下的冷空气与北上的强盛的暖湿气流在这一地区汇合，暖空气沿着低层冷空气猛烈爬升，于是在将要下雪的层状云中发生了强烈的对流现象，形成了积雨云，所以就产生了一面下雪，一面打雷的天气现象。
专家同时认为，出现雷电伴大雪的罕见现象主要是冷空气和偏南暖湿气流在交汇和碰撞中产生了巨大的能量，便有了打雷闪电，而高空和低层大气的温差也为冬季出现雷电创造了强大动力。
这种天气变化在气象史上是非常少见的，目前在气象学上也没有给它任何定义。
一般来讲，每年的九至十月份就很少会出现打雷了。但是也有特别，北京曾在1979年11月3日出现过打雷情况，但是当时没有记录是否有雨雪。
破解雷雪之谜
2009年3月1日，美国东部地区的较大范围被晚冬的暴风雨雪侵袭。暴风雪猛烈，雷声震耳欲聋，当地居民被严寒和巨响的雷鸣所困扰。
真奇怪，不是只有夏天才会雷鸣吗？
美国密斯林大学哥伦比亚学院的气象学家帕特利库·马凯特阐述了雷雪现象的发生原理：
雷雪和夏天的雷雨发生的原理是一样的。太阳照射地面，温暖、湿润的空气上升的话，大气环境就会变得不安定。随着空气的上升，水蒸气的凝结就会产生云气。云气由于内部气流的混乱而发生剧烈的碰撞。
在冬天产生这种不安定的大气环境是雷雪发生的重要前提。
因为雷雪的发生，地表附近的大气层比上空大气层温度要高，并且只有温度足够低才能降雪。这是非常细微的条件。如美国南部发生的雷雪天气，首先是因为大气变得不稳定，才会发生雷云现象。随着它渐向北移，大气的温度降到零度以下，即形成雷与雪共存的现象。
下雪的天气伴随着雷声，这是一种罕见的天气现象。这种奇异的天气现象出现在美国的佐治亚州和南卡罗来纳州的上空。虽然与日本的季节多少也有些不同，但这样奇异的天气在日本也被发现过。
专家指出，美国的晚冬到早春时节经常发生电闪雷鸣夹杂着暴风雪的现象。
在这个时期，冷空气气团遇到地表附近的温暖、湿润的空气就形成了“雷雪”天气的条件。
气象专家评说“冬打雷”现象
冬天打雷，俗称“冬打雷”，中央气象台副台长介绍，雷电的形成要具备一定的条件即空气中要有充足的水汽，要有使暖湿空气上升的动力，空气要能产生剧烈的上下对流运动。那么，春夏为什么多雷电呢？
这是因为暖湿气流活跃，空气潮湿，同时太阳辐射强烈，近地面空气不断受热而上升，形成强烈的上下对流，这样就易出现雷电现象。
而在冬季，受大陆冷气团控制，空气寒冷而干燥，加之太阳辐射弱，空气不易形成剧烈对流，所以很少出现雷电现象。
但是，当出现强盛的暖湿空气北上，遇上冷空气被迫抬升后，也会产生强烈对流，到一定强度就会出现雷电现象，在暖湿气流特别强、对流特别旺盛的情况下，还可降雹。
中央气象台副台长认为，雷暴的产生不是取决于温度本身，而是取决于温度的上下分布。夏天地面温度高，对流比较强烈，容易产生雷暴；冬天的降水不是强对流降水，因而比较稳定，但如果上面的温度和下面的温度差达到一定值时，也能形成强对流，产生雷暴。因为下层空气相对暖和湿，就会产生浮力，破坏大气的稳定性。
奇特的雷打雪天气
大自然常常以它自身的独特给人们带来惊叹，雷打雪天气就是大自然给我们展示的一种奇特罕见的天气现象。通俗地说，雷打雪指的是在降雪的同时伴有打雷现象。
2008年2月28日云南省昆明就发生了30年一遇的雷打雪天气，当日昆明先后发生了小雨、冰粒、阵雨、冰雹雷暴、霰、雪几种天气现象，并且气温升降异常迅速。
雷打雪现象说奇也不奇。大家知道，雷电是大气中的放电现象，是云中性质不同的电荷之间电位差增大到一定程度，空气被电流击穿而发生快速胀缩造成的剧烈振动过程。而导致这种现象的直接原因，是局部大气被强烈抬升而引发的所谓强烈对流天气。
冬春季的雷暴同其他季节一样，也是冷暖空气斗争激化的结果。高空的冷气团和低空的暖气团相会而形成在雪天打雷的现象，气象上就称这叫雷打雪，这是一种特殊的强对流天气。
雷打雪天气是天气系统激烈相互作用的结果，造成雷打雪天气的天气系统尺度较小并且移动迅速，常会成为预报系统的“漏网之鱼”，给预报带来一定难度。
今后随着雷达、卫星、数值天气预报等技术的改进和发展，对此类天气现象的正确预测将指日可待。小知识大视野民间有谚语说“冬天打雷雷打雪”，也就是说冬季打雷说明空气湿度大，容易形成雨雪；而“雷打冬，10个牛栏9个空”，意思是说，冬天打雷，暖湿空气很活跃，冷空气也很强盛，天气阴冷，连牛都可能被冻死。
雪都是白色的吗
奇异的黑色雪
1897年11月9日，在俄国彼得堡下过一次有趣的黑雪。这些黑雪的黏附物不是杀虫剂，也不是煤烟，而是像小蚂蚁一样的小昆虫。亿万个黑色的小昆虫躲藏在雪花上，与雪花一起飘落下来，好像撒了煤粉似的黑乎乎的一片。人在雪地里踩一个脚印，不久脚印里便聚集了更多的小昆虫，脚印变得更黑了。
1969年12月24日，北欧斯堪的纳维亚半岛上的瓦腾湖附近下起了雪。到了傍晚，雪越下越稠，颜色也不像白的了。因为是晚上，没有引起人们的注意。可是第二天早上当地居民起床后向外一望，不由得惊呆了，他们看到的竟是一片黑雪。那种油腻的好像糖炒栗子锅里炒黑了的沙子似的黑雪，粘在衣服上，把衣服都染脏了。
瑞典首都斯德哥尔摩生态中心的科学家们闻讯赶到现场调查，发现雪里包含有许多工业污染物质，其中有大量的杀虫剂。
历史上，有文字记载的天空下黑雪的怪事，远不只这一次。在19世纪，英国的苏格兰曾经下过几次黑雪。那时候苏格兰的工厂里，燃烧的是黑烟冲天的烟煤，大量的煤烟和尘粒聚集在空中，有时就黏附在雪花上，把雪染黑了。
有没有其他颜色的雪
在红海一带，历史上多次记载有血雨。血雨就是下红色的雨。可惜那里温度高，很少下雪。不然，有关红雪的记载一定会出现的。当然了，世界是如此广阔，其他地方真有下过红雪的。
我国冰川学家在西藏东南部察隅地区研究冰川时，曾遇到过红雪。这是因为印度洋西南季风有时带来很多非常细小的红色水藻，这些红藻附在雪花上降落下来，把雪映得红艳艳的，好像天女撒落的红色花瓣。
由此看来，在科学上“像雪一样白”的比喻就不恰当了。即使是最干净的雪，当它们降落到地面后，也会随着它本身的结构而具有特殊的颜色。比方说刚降下的松软的雪，常常具有淡淡的蓝颜色；被风吹得密实的细雪，闪烁着银子般的光泽；在冰川上，由粗细粒雪组成的老雪，表面是淡灰色的，而在深处则呈现出淡绿色。
彩雪是如何形成的
彩色的雪是因为雪中掺杂了有颜色物质的缘故。在寒冷地区，藻类的分布范围比较广，种类也多种多样。其中，含有叶绿素的藻类呈绿色，含有红色的藻类呈红色，含脂肪非常多的是黄色藻类。
这些藻类自身较轻，再加上大风的作用，很容易沸沸扬扬地飘向高空，当与空中的雪片黏合时，不同的藻类就将雪染成了不同的颜色。
海德堡的红雪就是由于被风吹向空中的铁质混合物，混合在雪花中形成的；挑罗台依黑雪是由许多黑色小虫粘在雪上形成的；瑞典南部的黑雪则是白雪中混合了煤屑、粉尘；我国内蒙古等地的黄雪则是由风沙刮进雪中形成的。
六月飞雪之谜
我国古代就有“六月飞雪”的反常现象。周代的《六韬》一书中有相关记载；《汉书·五行志》也记载了元帝永光元年，即公元前43年，从农历三月至九月就一直是雨雪天气，使庄稼颗粒无收。夏季本应是酷热难当，却出现了寒冷的天气，这是怎么回事呢？
一些科学家认为，这是由于大规模的火山爆发造成的。火山爆发时可产生达数百万吨的火山灰，这些火山灰上升至大气高层，飘散到世界各处，一连数月遮天蔽日。它导致白天太阳无光，夜间不见星星，还使得许多地区出现冬季天气。
据研究，537年中国发生的那次夏雪天气，是由于新几内亚东南部的一次火山喷发造成的。“六月雪”虽属罕见，但也有其科学的道理。青藏高原地区，天气多变，虽是六七月天，下大雪也是平常事。小知识大视野我国天山东段和阿尔泰山上，有时飘落下来的雪花是带着黄颜色的。雪花之所以变成黄色，是因为它们身上夹杂有从沙漠里卷扬起来的黄色沙尘的缘故。欧洲阿尔卑斯山上，也下过黄雪。
雪块的来源之谜
不明来历的雪块
1973年4月2日，在英国曼彻斯特郊区的一条宁静的林荫大道上，正在曼彻斯特大学进行高等研究工作的理查德·杰里菲斯教授到贝尔东大街准备买些日用品。大街上静悄悄的，理查德先生正走着，突然看见街道上空出现一道明亮的闪电，但是闪电很快便消失了。
理查德教授当时还担任一家科研机构的气象观测员，因此，他经常记述一些天文现象。当时，他立即看了一下手表，时间为19时45分。
他仔细回忆了一下闪电时的情况，觉得很奇怪：为什么这道闪电事先无任何预兆，事后也无任何雷声反应？他想了一会儿，琢磨不出其中的奥秘，于是，只好来到旁边一个小商店内，买了些需要的东西，随后向回家的方向走去。
此时，正值20时零3分。刚离开小商店不远，他突然听见一个东西落地的巨大响声，立即发现在前面街道上落下一块东西。他走上前定神一看，原来是一块雪块，估计有2000克重。
对雪块进行研究
理查德教授是科学研究人员，又兼气象观测员，很清楚此时自己应做些什么。于是，他将雪块从地上拾起，用自己的外套将它包住，便飞快地跑回家中，把雪块放在厨房内的冰箱里。
次日清晨，他取出雪块，用布包好，放入密封的高压锅内，随后搬到汽车上，径直来到他在曼彻斯特大学科学技术学院内的实验室，开始分析和化验这块雪块，希望能在雪块来源方面得到突破。
在确定一些冰冻物的历史时期中，科学家拥有多种众所周知的测试方法，其中一种便是将冰或雪切成很薄很薄的冰片，然后用普通反射光和聚光板进行观察，以揭示冰片内的水晶结构。
采用上述方法，理查德教授发现，这块雪块由51层雪组成，每层雪之间都有一层薄薄的空气气泡。这表明，这个雪块的结构不是冰块结构，其水晶体又比冰块中的水晶体小，其内部各层又不如冰块中的各层那样有规则。
此外，理查德教授还做了另一种试验，试验表明这块雪块是由云雾水形成的。但是，云中的水为什么和怎样形成雪块的呢？理查德教授考虑许久，最后估计，这块雪块之所以成为这种形状和成为雪块，可能是当时置放于一个密封的容器内，即在容器内形成的。为了证实这个推断和获得一块类似的雪块，理查德教授取来一个气球，把它灌满水，然后将气球吊在冰箱的冰室内……但是，这次试验得到的雪块却与天上落下的雪块根本不同。
雪块是从飞机上掉下的吗
理查德教授又重新考虑：雪块是否从正在天空中飞行的一架飞机上落下来的？
他说：“我询问了机场管理人员，他们告诉我，在雪块落下的空域中，曾有两架飞机飞过。但是，在雪块落下来的时候。其中一架飞机已在机场上着落，另一架飞机则是在雪块落地后好久才通过此空域的。此后，我又问专业人员，其中一架飞机是否在飞行中遇到了雪块，他们回答说，这是不可能的。”
那么，人们不禁要问：落在理查德教授眼前的雪块同他在此之前9分钟看到的闪电之间是否有一种联系呢？
英国自然科学家艾里克·卡罗认为它们之间不仅有联系，而且有密切的联系。
他从理论上谈到部分闪电的特性，但是卡罗的理论却未能具体应用于实践，因为依照这种理论，确实可以随便将一些雪块现象解释成同电和空气现象有联系，而其他一些雪块现象却同它们毫无关系。
作家罗纳德·维利兹收集了美国很多大学教授们对雪块现象的看法，他说：“一些学院科学家们认为，这种从天空中落下的大块雪块不可能有流星之嫌，这是因为外空间的条件不可能产生雪块。”
科罗拉多大学的科学家认为，尽管部分天文学家认为存在着流星同雪的混合物，但是，其中一位天文学家曾提出这样的问题：当这块雪块进入大气层时，一定会产生很高的热。
弗吉尼亚大学科学家们认为，雪块现象是一种极其神秘的现象，可以将这种现象和其他类似的现象从有关飞碟的现象中分出来，另归一类。
利曼教授曾认为所有雪块现象全是由于天空中飞行的飞机储水罐或水箱漏水而造成的。这种观点曾作为一种被人接受的观点而广泛用于对雪块的解释。
专业人员认为，飞机在几千米以上的高空飞行时，若机翼上产生雪或冰，那么自然会对飞机飞行重量产生危险的影响，因此，现代化飞机现在全装有自动电化雪系统。
可以说，目前现代化飞机机翼和机身上完全不可能产生雪块。此外，还有很多雪块现象发生在飞机诞生之前，也可说明雪块同飞机没有什么联系。小知识大视野19世纪，格拉马尔尤曾提出一篇论文，名叫《大气层》，他在文中称，早在古代就发生过从天空中落下雪块的事例，当时那块雪块的规格为5×2×3.5米。另外，在1849年苏格兰的奥尔德也发生了一次雪块事件，那块雪块直径则为6米之多。
奥妙无穷的雪花
雪花的形状
美丽的雪花个头虽小却有着众多的形状：六棱柱状雪花。这是雪晶的最基本形态，类似这样的雪晶个头通常很小，很难用肉眼进行观察。六棱柱状雪晶是绝大多数雪花开始时的样子，随后长出“枝杈”并形成更为精巧的结构。
普通棱柱状雪花。这种形状的雪花与六棱柱状雪花较为相似，不同的是，它的面装饰着各种各样的凹痕和摺皱。
星盘状雪花。这种薄薄的盘状雪晶拥有6条宽大的“枝干”，形成与星星类似的形状。它的面经常装饰着极为精细的对称性花纹。星盘状雪花在气温接近零下2度或者接近零下15度时形成，是一种比较常见的雪花形态。
扇盘状雪花。这也是一种星盘状雪晶，所不同的是在邻近的棱柱面之间长有独特的脊，指向边角。
树枝星状雪花。这种外形的雪晶个头很大，直径通常可达到2至4毫米，很容易用肉眼观察到。它们是所有雪晶类型中最受欢迎的雪花，我们能够在各种各样的假日装饰物上看到它们的身影。
树枝星状雪花。树枝星状雪晶的枝干生有大量边枝，看起来很像蕨类植物。它们是所有雪晶中个头最大的，直径通常可达到5毫米或者更大。
尽管是个“大块头”，但它们仍是单一的冰晶，由水分子首尾相连而成。滑雪时飞向膝盖的粉末状雪就是由这种雪晶构成。它们通常很薄很轻，能够形成一个低密度积雪场。
空心柱状雪花。这种雪花是一个六角形柱体，两端呈锥状中空结构。空心柱状雪晶个头很小，需要使用放大镜才能看到空心区。
针状雪花。针状雪晶是一种身材“苗条”的柱体，在大约零下5度时形成。如果飘落在袖子上，你很有可能将它们误认为白头发。当温度发生变化时，雪晶形状便会从薄而扁平的盘状变成细长的针状，这也是它们最为奇妙的地方。迄今为止，科学家仍无法解释为何会出现这种变化。
冠柱状雪花。这种雪晶首先长成短而粗的柱状，而后被吹进云层的一个区域并在那里变成盘状。最后，两个薄薄的盘状晶体在一个冰柱的两端生长，形成照片展示的冠柱状。
12条枝杈雪花。这种雪花实际是由两片雪花组合而成，其中一片相对另一片进行30度旋转。类似这样的雪花非常罕见。
三角晶状雪花。在温度接近零下2度时，雪盘“生长”成被截去尖角的三角形，此时，照片呈现的雪晶就形成了。三角晶状雪晶同样非常罕见。
霜晶状雪花。云由无数小水滴构成，有时候，这些小水滴与雪晶发生碰撞并粘在一起。
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