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教科版四年级科学（上）参考资料小学四年级科学（上册）参考资料第一单元 天气一、我们关心天气1天气预报的依据。天气是指某一瞬间或某一短时段内所观测到的、各个气象要素（温度、湿度、气压、风、云、降水等）所综合的大气状态与物理现象。而天气预报就是要对这众多的气象要素进行综合考虑，以大气运动的历史和现状为基础，以大气运动规律为依据，分析其总体的未来走向、发展趋势并作出尽可能准确的预测。广播、电视中，短短几分钟的天气预报看似简单，它的背后却凝聚了数以万计我国、甚至全世界各地气象工作者智慧与劳动的心血。 天气预报是一项浩大的系统工程，一般包括气象资料的收集，对气象资料分析、计算，得出结论并对外发布这样几个环节。目前，一般从地面和高空两方面对大气气象要素进行观测。世界各国有统一规定的观测时间。全世界成千上万的气象站把同一时间观测到的气象资料，迅速传递到收报台，由通信中心把收集到的各地的气象资料向国内外发报。气象台收到这些气象资料后，用规定的符号将各种气象数据很快地填到一张空白地图上，作成“天气图”。气象台站的预报人员利用天气图及其他传真图、卫星云图、雷达回波图、单站资料、群众经验等各种手段，运用计算机，根据各种天气系统的发生、发展、减弱、消失和系统的移动方向、速度等对它们进行详细、连贯、系统地分析，掌握过去和现在的天气演变情况及规律，结合自己的实践经验，综合大家的智慧，进而对未来天气变化情况作出科学预测。天气预报具体的方法最常用的有两种。一种是传统的天气学方法。通过对天气图上的各种气象要素进行分析，预报员就可以了解当前天气系统（如台风、锋等）的分布和结构，判断天气系统与具体天气（如雨、风、雾等）的联系及其未来演变情况，从而作出各地的天气预报。现在天气图的绘制和分析都由计算机来完成。另一种是数值预报，它是靠计算机“算出来”的未来的天气状况。 这些方法都存在一定的局限性，预报结论也不尽相同，需要预报员对各种预报结果进行综合分析判断。因而预报员的理论知识、经验积累等自身素质因素就显得非常重要了。天气情况比较复杂或灾害性天气来临时，还需要专家们进行会商。在充分讨论的基础上，得出比较可靠的意见。预报员作出预报后，送新闻单位，这样才有大家看（听）到的天气预报。天气预报按其预测时间的长短可分为短时（012小时）、短期（1272小时）、中期（72240小时）和长期（10天以上）四种。各种预报都有不同的工具和方法。由于气象科学还处于发展阶段，天气变化的客观规律还没有全部被认识，大气运动本身又十分错综复杂，天气预报有时也会不准确。所以，要作出正确的预报，必须对大气进行周密的观测，并对各种观测材料进行详细、连贯地分析、思索，对大气过去和现在的演变有深刻的分析了解，才能对将来的天气变化作出科学的预测。气象万千，风云变幻。天气预报对保护人民生命财产和生存环境、发展经济和安排日常工作、生活起着越来越重要的作用。2天气变化时一些生物的反应。天气是指某一瞬间或某一短时段内所观测到的、各个气象要素（温度、湿度、气压、风、云、降水等）所综合的大气状态与物理现象。我们日常生活中所遇到的阴、晴、冷、暖、干、湿等状况都是气象要素综合作用的结果。生物生活在这样不同的大气环境中，受到不同的天气状况的影响，当然会有不同的感受和反应。为求生存，它们机体的组织结构、器官等均已渐渐适应外界环境的变化，这种“适应性”代代遗传，形成了一种对外界环境变化的感知能力。这样，在天气变化之前，有些动植物会表现出一些特有的反应。人们就可以通过观察它们的这些反应来预测天气的变化了。对此，我们虽然没有很全面、完整的总结和概括，但民间有不少谚语和各种说法，反映了动植物对天气变化的反应。比如大雨将要来临之前，蜻蜓、燕子低飞，蚂蚁搬家，鱼儿浮出水面来换气儿，蚊子成群结队等；老牛抬头朝天嗅，雨临头；马嘴朝天，大雨在前；蚯蚓路上爬，雨水乱如麻；蝼蛄唱歌，天气晴和；蛤蟆哇哇叫，大雨就要到。青蛙有动物界“活晴雨表”之称。阴湿多雨季节，下雨前空气潮湿时，青蛙就会跳出水面；空气干燥时，青蛙皮肤水分蒸发加快，它就会待在水里，以保持皮肤湿润；麻雀极为常见，它对天气变化非常敏感。假如冬季发现麻雀四处寻食，进窝时嘴里还叼着种子、杂草之类的东西，说明它在囤积食物，通常35天内就会下雪。夏秋季，天气闷热空气潮湿时，麻雀会飞到浅水地方洗澡散热，这便预示一两天内会有雨；假如大群麻雀洗澡，预示着将有大到暴雨。所以有民谚说：“群雀洗凉，落雨大又强”。民谚又说“蜘蛛结网，久雨必晴”，这是因为，较长时间下雨时蜘蛛无法结网捕食。如果看到蜘蛛爬出来结网，说明天气很快就会转晴了。夏季，假如发现柳叶“变白”，就预示阴雨天气即将来到。仔细观察便会发现，这是柳叶在阴雨天之前会全部反转过来，而柳叶的反面是浅绿色，表面还有一层“白霜”。含羞草“害羞”的程度不同，预示着不同的天气。假如触碰后叶子很快合拢、下垂，经相当长时间才能复原，说明未来将是晴好天气；若叶子触后收缩缓慢、下垂迟缓，或稍一闭合即张开，预示着风雨的来临。我们人类与其他生物一样无法置身于天气的影响之外。夏日，大雨将临，气压较低，身体稍弱的人会明显地感到胸闷、喘不过气来各种生物对天气变化的反应是非常复杂的。上述现象是人们千百年来观测天气经验的结晶。那些天气谚语更是如此，它们具有朴实的哲理和一定的科学道理。但在实际应用时，一定要注意其地方性、季节性和科学性。二、天气日历1气象卫星。下图就是气象卫星从太空中观测到的一次台风的景象。这是以前人们所使用的其他手段根本无法做到的。 日常生活中，我们几乎每天都会问：明天的天气怎么样？长期以来，我们用地面气象台、气球、飞机乃至火箭这些工具来进行观测，但这些工具却有着很大局限性。而且地球上有80%的地区无法使用这些工具去观测，与它们相比，气象卫星却具有得天独厚的优势，它不受国界和地理条件的限制，在大气层外以独特的视角实现了许多常规方法无法进行的观测。也正是由于上述原因，气象卫星是全球公认的效益投入比最高的应用卫星。气象卫星是对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星，属于遥感类卫星。卫星携带的气象遥感器能够接收和测量地球及其大气的可见光、红外与微波辐射，并将它们转换成电信号传送到地面。地面接收站再把电信号复原绘出各种云层、地表和洋面图片，进一步处理后就可以发现天气变化的趋势。根据气象卫星在太空中运行轨道的不同，分为极轨气象卫星和静止气象卫星两种。这两种卫星如果同时在天上工作，就可以优势互补。极轨卫星（也叫太阳同步轨道气象卫星）所在的瞬时轨道平面与太阳始终保持固定的角度，可以使卫星所经过地点的地方时基本相同，这样，它所获得遥感资料就具有了长期可比性。因其轨道倾角接近90，近乎通过极地，所以称它为极轨卫星。其优点是可以获得全球气象资料，缺点是对某一地区每天只能观测两次。静止卫星是指轨道平面与赤道平面重合、卫星的轨道运行周期正好等于地球自转周期（23小时56分04秒），且卫星公转方向与地球自转方向相同，这样的卫星称地球同步轨道卫星。在地面看，卫星就好像静止在天空某一地方不动，故又称它为地球静止卫星，简称静止气象卫星。一颗运行在地球赤道上空的静止气象卫星则能对全球近1/3的地区连续进行观测，在30分钟或更短时间内获取一幅全景圆盘图，实时将资料送回地面。用4颗卫星均匀地布置在赤道上空，就能对全球中、低纬度地区气象状况进行连续监测；其缺点是对纬度大于55地区的观测能力差。世界上第一颗气象卫星是美国发射的“泰罗斯”卫星。到目前为止，美、俄、日、欧洲空间局、中、印等国共发射了100多颗气象卫星。中国于1988年9月7日发射了第一颗气象卫星“风云一号”太阳同步轨道气象卫星。云图清晰度可与美国“诺阿”卫星云图媲美，但因星上元器件发生故障，只工作了39天。目前，性能更先进的“风云二号”地球静止轨道气象卫星已投入应用。目前，我国是第5个自行研制和发射静止气象卫星、第3个自行研制和发射极轨气象卫星的国家。已成为继美、俄后，第3个同时拥有极轨和静止气象卫星的国家。气象卫星提高了天气预报准确率，在台风、暴雨、强对流天气系统的监测方面，对天气预报和气候预测发挥了重要作用。其实，除了“气象”之名外，通过气象卫星获得的各种信息和资料，还为海洋、农业、林业、渔业、水利、航空、航海、环境保护及军事等提供大量的公益性和专业性服务，在自然灾害和地球环境监测等方面都有着广泛应用价值。2冰雹。雹，人们常称为冰雹。它是在对流云中形成的坚硬的球状、锥状或形状不规则的固态降水。它是降水的形式之一，一般有黄豆大小，偶尔也有乒乓球、鸡蛋大小的。下图所示意的就是冰雹形成的大致过程。雹和雨、雪一样，都是从云里掉下来的。不过，下冰雹的云是一种发展十分强盛的积雨云，而且只有发展特别旺盛的积雨云才可能降冰雹。积雨云和其他各种云一样，都是由地面附近的空气上升凝结而成的。空气在上升的过程中，气压降低，体积膨胀。如果上升空气与周围没有热量交换，由于膨胀消耗能量，空气温度就要降低，这种温度变化称为绝热冷却。每上升100米，温度会下降0.6度左右。在一定温度下，空气中容纳的水汽是有限度的，达到这个限度称为“饱和”。温度降低后，空气中能容纳的水汽量会减少。原来未饱和的空气，因绝热冷却就可能达到饱和。饱和后，过剩的水汽便附着在飘浮于空中的凝结核上，形成水滴。当温度低于0零度时，过剩的水汽便会凝华成细小的冰晶。这些水滴和冰晶聚集在一起，飘浮于空中便成了云。大气中各种不同形式的空气运动，形成了不同形态的云。因对流运动而形成的云有淡积云、浓积云和积雨云等，人们把它们统称为积状云。它们都是一块块孤立向上发展的云块。在对流运动中有上升或下沉运动，往往在气流上升区形成云块，在气流下沉区就成了云的间隙，有时可见蓝天。积状云因对流强弱不同而形成各种不同云状，其云体大小悬殊。如果云内对流运动很弱，上升气流达不到凝结高度，就不会形成云，只有干对流。如果对流较强，可以发展成浓积云，浓积云的顶部像椰菜，由许多轮廓清晰的凸起云泡构成，云厚可达 45千米。如果对流运动很猛烈，就能形成积雨云，云底黑沉沉的，云顶发展很高，可达10千米左右。云顶边缘变得模糊起来，还常扩展开来，形成砧状。一般积雨云可能产生雷阵雨，只有发展特别强盛的积雨云，云体十分高大，云中有强烈的上升气流、充沛的水分才会产生冰雹，这种云通常也称为冰雹云。冰雹云中气流很强盛。强烈的上升气流不仅输送了充分的水汽，并且支撑冰雹粒子停留在云中，使它长到相当大才落下来。在冰雹云中，强烈的垂直运动的气流携带大量水汽运动着。随着高度的增加，温度降低，水汽遇冷会凝结成小水滴。当温度低于0时，水滴就凝结成冰粒，这些不同的小颗粒都有可能成为冰雹的核心。在随气流反复升降的过程中，它会吸附周围小冰粒或水滴而生长、变大。由于各种生长的时间、含水量和其他条件的差异，冰雹内部各层的厚薄及其他特点也各有不同。如此反复升降运动，使小冰粒如滚雪球般，体积逐渐增大，直至它所受到的重力大于空气对它的浮力，小冰粒即坠向地面。到达地面时，若仍为固态冰粒，则称为冰雹；如已融解成水，就是我们平常所见的雨了。冰雹是中国主要灾害性天气之一，多发于春夏季节。除广东、湖南、湖北、福建、江西等省较少发生外，其他省份都会受到不同程度影响，尤其是北方山区，地形复杂，天气多变，冰雹多。虽说“雹打一条线”，持续时间也不长，但来势猛、强度大，常伴有狂风暴雨，剧烈降温和强雷电现象，往往带来大小不同的灾难如打毁庄稼，损坏房屋，砸伤人、打死牲畜严重时甚至造成农作物绝收。中国冰雹最多的地区是青藏高原，如藏东北的黑河（那曲）年均有35.9天冰雹（最多年53天，最少年23天），其次是班戈31.4天（最多年48天，最少年22天），申扎 28.0天（最多年37天），安多27.9天（最多年40天），索县27.6天（最多年44天）。3什么是酸雨。酸雨是指pH值低于5.6的大气降水，包括雨、雪、雾、露、霜。降水中的酸是由大气中的二氧化硫和其他酸性物质被降水吸收而形成的。能形成酸性降水的物质主要有：含硫化合物、含氮化合物、HCI和氯化物等等。其中形成酸雨的物质是二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx），它们造成的酸雨占酸雨总量的绝大部分。目前大气中的硫和氮的化合物大部分是人类活动造成的，其中燃烧化石燃料（煤炭、石油、天然气）产生的二氧化硫和氮氧化物是造成酸雨的主要原因。降水酸度pH4.9时，将会对森林、农作物和材料产生明显损害。 4扬沙、沙尘暴与浮尘的形成。扬沙与沙尘暴都是由于特定区域地表尘沙被大气流剧烈活动带起造成的，其共同特点是能见度明显下降，天空混浊。两者大多在北方春季冷空气过境时出现，所不同的是扬沙天气的能见度约在1公里到10公里之间。而沙尘暴天气的能见度小于1公里。浮尘俗称“落黄沙”，是由于当地或附近地区沙尘暴或扬沙后，沙尘等细粒浮游空中而形成，出现时白昼如同黄昏，太阳呈苍白色或淡黄色，能见度约小于10公里，大致出现在冷空气过境前后。沙尘暴的形成及其大小直接取决于风力、气温、降水及与其相关的土壤表层状况。近年来，我国北方地区春天气温常常偏高，使土壤解冻的时间比往年提前，加速了土壤水分的蒸发。而北方地区冬春降水稀少，地表土壤干燥、疏松，植被还未形成，难以控制沙尘。与此同时，全球性气候变暖、厄尔尼诺现象等异常气候，造成冷空气活动频繁，大风为沙尘天气的形成提供了动力。我国西北和华北北部干旱半干旱地区生态环境脆弱，人为破坏活动造成土地沙化不断扩展，为沙尘天气提供了土沙物质。此外，在城市建设中，由于缺乏工地表土保护设施，表土裸露，旋风刮来，极易扬尘，也是加剧沙尘天气的一个重要原因。5闪电。世界上没有哪一种东西可以比得上猛烈的雷电那样动人心魄。狂风大作、雷霆怒吼、暴雨倾盆，一时间闪电把漆黑的夜空照得亮如白昼。看，闪电！它的美多么绚丽多姿、惊心动魄！但谁也无法预知它在哪时哪刻会出现。它美丽的外表下面，却蕴涵着冷冰冰的两个字危险。经常在户外活动的人会发现，闪电通常会传递一些危险的信号，由于闪电往往伴随着大雨，雷击的危险是存在的。如果你已置身户外，在闪电之后的风暴到来前，给自己找个藏身之处吧。闪电是大气中发生的火花放电现象，通常在雷雨云情况下出现。雪暴、尘暴和火山爆发时，偶尔也会有。雷雨云通常产生电荷，底层为负电，顶层为正电，在地面也产生正电荷，如影随形地跟着云移动。负、正电荷彼此相吸，但空气却不是电荷的良导体。正电荷奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体，企图和带负电荷的云层相连，负电荷枝状的触角则向下伸展，越向下伸越接近地面，最后负、正电荷终于克服空气的阻障而连接上。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云端涌去，产生出一道明亮夺目、最长可达数千米的闪光，这就是闪电。 闪电按发生的部位可分为云内放电、云际放电和云地放电三种，前两种统称为云闪，第三种称为地闪。自然界中大部分闪电为云闪，地闪约占总闪电数的1/3 1/6（温带的比值高于热带）。地闪对人类活动和生命安全有较大威胁。闪电按照不同形态和特征，又可分为线状闪电、带状闪电、火箭状闪电、片状闪电、热闪电、珠状闪电和球状闪电等类型。自然界最常见的是线状闪电，它最主要的特征是细亮的发光光柱。有时，横行的闪电会行走一段距离，在风暴的许多公里外落到地面，这就叫“晴天霹雳”。闪电的温度高达摄氏1.72.8万度不等，约为太阳表面温度的35倍。闪电的极度高热使沿途空气剧烈膨胀，迅速移动，形成波浪并发出声音。距离近，听到的就是尖锐的爆裂声，距离远，听到的则是隆隆声。你在看见闪电后按下秒表，听到雷声按停，然后以3来除，所得的秒数即可大致知道闪电离你有几千米。普通闪电产生的电能约为10亿瓦，而超级闪电产生的电能至少有1000亿瓦甚至10万亿瓦。纽芬兰的一个村庄在1978年曾受到过一次超级闪电的袭击，13千米外的房屋也被震得格格响，整个乡村房屋的门窗都喷出了蓝色火焰。就在你阅读这篇文章时，全球约有1800个雷电正在震响、闪亮。它们每秒钟发出约600次闪电，其中100次袭击地球。乌干达首都坎帕拉和印尼爪哇岛，是最易受到闪电袭击的地方。据统计，爪哇岛有一年竟有300天发生闪电。世界上任何事物都是一分为二的。闪电在带来危险的同时，也对我们人类有益处。它能将空气中的部分氮变成氮化合物，随雨水冲向地面。一年中，地球上每公顷土地都可获得几公斤这种从天而降的免费肥料。有朝一日，我们如果能够控制并利用闪电中巨大的能量，那对人类来说，又将是一个莫大的喜讯。三、温度与气温1“温室效应”及其对全球气候的影响。“温室效应”是指地球大气层中的一种物理特性。假如没有大气层，地球表面的平均温度不会是现在这样适宜的15，而是十分低的 -18。这种温度差别的状况是由于一类名为“温室气体”的物质所导致的，这些气体吸收红外线辐射而影响到地球整体的能量平衡。在自然状态下，地面和大气层在整体上吸收太阳辐射后能平衡地释放热量到太空中。由于受到温室气体的影响，大气层吸收红外线辐射的热量多于它所释放到太空中的，这样就会使地球表面温度上升，此过程可称为“天然的温室效应”。在现代社会中，由于人类活动释放出大量的温室气体，使更多红外线辐射被折返到地面上，阻止了地球热量散失，使地球发生可感觉到的气温升高。我们现在所说的“温室效应”就是指这类由人为原因所引起的温度上升。破坏大气层与地面间红外线辐射正常关系，吸收地球释放出来的红外线辐射，像“温室”一样使地球气温升高的气体，我们称其为“温室气体”。大气层中温室气体的比重不足1%，主要有二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）、氯氟碳化合物（CFCs）及臭氧（O3）。人类活动可直接影响各种温室气体，使其浓度发生变化。大气层中的水汽（H2O）虽然是“天然温室效应”的主要原因，但人们普遍认为它的成分并不直接受人类活动所影响。人类无节制的活动导致了“温室效应”的产生，并使其有日益恶化的趋势。反过来，“温室效应”又对人类的生产、生活产生了日益严重的不良影响。如全球气候变暖、 海平面升高（预期1900至2100年地球平均海平面上升幅度为0.09至0.88米）等。而这些变化又将进一步影响到农业、海洋生态、水循环、沿海城市及海岛居民生活等人类活动的其他方面。四、风向和风速1风力的级别划分。空气水平流动，我们感觉到的就是风。而风的大小（强度、风力）是通过风力等级（简称风级）来表示的。国际通用的风力等级是1805年由英国人蒲福（Beaufort）拟定的，故又称“ 蒲福风力等级”。它最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、海浪等的影响大小，分为012级,共13个等级。后来,又在原分级的基础上，增加了相应的风速界限。自1941年以来，风力等级又作了扩充，增加到18个等级（017级）。通过下面的表格，我们对风力的等级作一个简单的介绍。风级 名称 陆地物象 海面波浪 风速（米/秒）0无风 烟柱上冲,水面无波,树叶不动。平静 0.00.21软风 软而无力,烟随风去,树叶微动。微波峰、无飞沫 0.31.52轻风 人有感觉,树有微响,旌旗始动。小波峰、未破碎 1.63.33微风 细枝摇动,旌旗风展,稻谷摇动。小波峰、顶破裂 3.45.4 4 和风 树枝弯动,灰尘四起,纸飘空中。小浪、白沫波峰 5.57.95劲风 小树摇动,塘河起波,庄稼起伏。中浪、折沫峰群 8.010.76强风 电线有声,撑伞难走,大树枝动。大浪、飞沫 10.813.87疾风 迎风行不便,全树摇,大树枝动。破峰、白沫成条 13.917.18大风 阻力甚大,小枝折断,江河浪猛。浪长高、有浪花 17.220.79烈风 吹坏烟囱,小屋受损,瓦片移动。浪峰倒卷 20.824.4 10狂风 行人吹跑,逆风难行,树林吹倒。海浪翻滚咆哮 24.528.4 11暴风 破坏严重。波峰全呈飞沫 28.532.612飓风 摧毁力极大。海浪滔天 32.71946年以后扩充的1317级风，均称为飓风，只是风速由每秒37米至61.2米不等而已。 五、降水量的测量1降水的形成。大气中的水汽以液态或固态的形式到达地面，称为降水，其主要形式有雨、雪、雹、露、霜等。降水是地球上水循环的主要环节之一，是各种水体的直接或间接补给来源。大气中的水分是从海洋、河流、湖泊等各种水体及土壤、植物中蒸发或蒸腾而来的。在一定温度条件下，大气中水汽含量有一个最大值。空气中最大的水汽含量称为饱和湿度，它与气温呈正相关。气温越低，饱和湿度即空气中可容纳的水汽量越少。当空气中的水汽含量超过饱和湿度时，空气中的气态的水汽开始凝结成液态的水。如果这种凝结现象发生在地面，则形成霜和露；如果发生在高空则形成云。随着云层中的水珠、冰晶含量不断增加，当上升气流的浮力不能再抵消水珠、冰晶所承受的重力时，云层中的水珠、冰晶在重力作用下降到地面，形成降水。当然，这些降水可以有雨、雪、雹等各种不同的形式。空气中的水汽为何能够达到饱和呢？一个原因是地面水体源源不断地蒸发，使空气中水汽的绝对含量增加；另一个原因是含有水汽的气团在上升和移动过程中温度下降，从而使空气中可容纳的水汽含量饱和湿度减小。原先非饱和的气团，随着气温的降低逐渐变为饱和。液态水便渐渐凝结出来，形成降水。根据气象部门对降水量大小的统一划分，规定24小时降雨量分为七级：微量（0.1毫米）、小雨（0.19.9毫米）、中雨（10.024.9毫米）、大雨（25.049.9毫米）、暴雨（50.099.9毫米）、大暴雨（100.0200.0毫米）、特大暴雨（200毫米）。将 24 小时降雪量分为以下四级：小雪（0.12.4 毫米）、中雪（2.54.9毫米）、大雪（5.09.9毫米）、暴雪（10.0毫米）。因此，若某地出现持续的暴雨或大暴雨，则常常带来严重的洪涝灾害；若较长时间没有降水或降水量很小，则会出现干旱。两者都会给我们人类的生产、生活带来不利影响。 有了以上明确的划分，人们就能根据气象台作出的预报，判定出未来降水量的强度及大小了。2人工降雨。人工降雨更为科学的称谓是人工增雨，即运用云和降水的物理学原理，通过人为的方法，向云中撒播催化剂，促使云滴或冰晶增大到一定程度，迅速形成雨雪降落到地面，形成降水。人工降雨起源于美国。1946年，美国人做制冷试验时，因急于想把低温箱中的温度降下来，就随手向箱内撒了些干冰（固体二氧化碳）球，在干冰划过的地方立刻出现了小冰晶。他们意识到那是干冰附近的低温（-70），将空气中大量悬浮微粒激发起来形成凝聚核，凝核周围的小水滴凝聚结冰了。1946年11月13日，一架轻型飞机在马萨诸塞州西部伯克西尔山区进行试验，试验人员将干冰撒入云海，就像农民将种子播下麦田。不久，云竟变成了雪片，纷纷落下。这一惊人的试验结果，给人类控制气候的历史增添了新篇章。人工降雨是要有充分的条件的。一般自然降水0以上的暖云中要有大水滴；0以下的冷云中要有冰晶，没有这个条件，天气形势、云层条件再好，也不会下雨。然而，在自然状况下，这种微物理条件有时就不具备；有时虽然具备但又不够充分。前者根本不会产生降水；后者则降水很少。此时，如果人工向云中播撒人工凝聚核，使云中产生凝结或凝华的冰水转化过程，再借助水滴的自然碰并过程，就能产生降水或使水量加大。催化剂起的作用，打个不太确切的比方，就好像是卤水点豆腐，使本来不会产生的降水得以产生，使已经产生的降水强度增大。人工增雨有空中、地面作业两种方法。空中作业是用飞机在云中播撒催化剂。飞机作业一般选择稳定性天气才能确保安全。地面作业是用高炮、火箭等工具向云中发射催化剂和在地面燃烧碘化银焰剂等。催化剂随着弹体的飞行，沿途拉烟播撒。一般高炮、火箭作业较为广泛。目前人工降雨使用的催化剂除干冰外，还有碘化银、盐粉、尿素和氯化钙等。对深厚层状云系播撒催化剂，可增加降水量10%20%；对旺盛浓积云催化，可增加降水量12倍。人工降雨除缓解农牧区旱情外，在林区还有降低火灾等级和灭火的作用。由于自然降水过程和人工催化过程中的很多基本问题仍不很清楚，人工降水的理论和技术方法还处于探索和试验研究阶段。世界上有 80多个国家和地区开展了试验，其中美国、澳大利亚、苏联和中国等国的试验规模较大。我国一些经常发生干旱的地区都开展了这项试验。这对增加降水，缓解干旱威胁，起到了积极的作用。3不同季节降雨量的特点。不论是观测、描述，还是分析气候，都必须从三个要素着手，即气温、降水、气压。我们现在所说的降水是三要素之一。影响气候的因素是非常复杂的。在不同因素的影响下，气候呈现出不同的特征。据此，一般把世界各地不同的气候划分为11种主要气候类型。不同的气候类型具有不同的气候特征，不同季节的降水量也就有了不同特点。篇幅所限，下面就对这11种主要气候类型各自降水的季节特点作一简单介绍。高山高原气候的降水特点随其所在地理位置的不同而发生变化。但其突出之处不是季节这种时间上的变化，而是随海拔高度发生的空间变化。在朝向潮湿气流的迎风坡，降水量一般是先随高度的增加而渐渐增加，达到一定高度后又逐渐减少，即先增后减。所以，大家在野外时，稍微注意观察一下，就可看到成片的树林一般是长在半山坡。当然，山脉的阴坡和阳坡情况也不一样，但那是其他原因造成的，不是我们这里所讨论的问题。极地气候和热带沙漠气候，两者在降水方面具有相近的特点。它们同在高气压的常年控制之下，所以降水很少，都较干旱。温带大陆性气候和它们差不多，也是降水较少，只不过形成的原因不尽相同而已。热带雨林气候和温带海洋性气候，两者在降水方面也具有相近的特点。即降水的季节变化不太明显，一年之中没有很大的差异。只不过前者降水很多，后者的降水相对要少很多。热带草原气候的降水，季节变化较大，分成了明显的干湿季，尤其是在非洲的热带大草原上，这一点表现得特别突出。雨季到来，大地一片葱绿，草肥水美，牛羊成群。而旱季，草木枯黄，连角马也不得不进行非洲大地上最为壮观的大迁徙，跋涉成百上千千米，去寻找水源和草地。热带季风气候以印度最为典型。那里的季节分成凉、热、雨三季。干热季节之严酷，使印度每年都有人因此而丧失生命。而到了雨季，它能形成全世界单月最高的降水量，比我们北京全年的降水量还要多。地中海气候也有明显的降水季节变化，但它的与众不同之处在于雨热不同期。即天热时，降水少；天冷时，降水多。这和我们中国的气候是不一样的。我国主要有四大类气候区：西北内陆地区大致属于温带大陆性气候；西南青藏高原地区属于高山高原气候；东部沿海地区以秦岭淮河为界，秦淮以北，以温带季风气候为主；秦淮以南，以亚热带季风气候为主。前两种气候的降水季节变化特点上面已经谈过。东部沿海地区是我国人口最为集中的地区，这两种气候的特点，大家可能就比较熟悉了。两者降水的季节变化都非常明显，80%的降水集中在夏季，冬春季降水较少。正是这点，与上述的地中海气候不同：我们是雨热同期的。六、云的风测1云的类型。云是由大量细微的水滴或冰晶组成的、悬浮在大气中的可见聚合体。它通常不接触地面，接地时则成为雾。云是地球上庞大的水循环的有形的结果。太阳照在地表，水蒸发形成水蒸气。由于大气压力随高度的增加不断降低，空气上升时将膨胀而冷却，饱和水汽压也随着降低。一旦水汽过饱和，多余的水汽析出，水分子就会聚集在空气中的微尘（凝结核）周围，由此产生的水滴或冰晶将阳光散射到各个方向，这就产生了云的外观。因为云反射和散射所有波段的电磁波，所以云的颜色不同。云层较薄时，呈白色；若太厚或浓密得使阳光不能通过，我们看起来就是灰色或黑色的。在气象观测中，根据云底高度和云的基本外形特征，将云分成高云、中云和低云三族（也有人将积云与积雨云从低云族中分出来，划为直展云族）。一般来说，高云在 4.5千米以上，中云云底在 2.54.5千米，低云云底为0.12.5千米。世界气象组织1956年公布的国际云图分类体系又将云分为10属。其中低云有积云（Cu）、积雨云（Cb）、层积云（Sc）、层云（St）和雨层云（Ns），中云有高积云（Ac）和高层云（As）, 高云则有卷云（Ci）、卷层云（Cs）、卷积云（Cc）。根据云的外形特色、排列情况、透光程度、附从云及是否从其他云演变而来等，可以进一步分为29类。天空中千姿百态的云，主要是由于空气上升冷却，使水汽达到饱和凝结而成。由于空气温度和上升运动等的不同，云就有了多种多样的组成和外形。如大范围空气辐合抬升形成层状云，这就是你在飞机或高山上看到的茫茫云海；局部地区空气对流形成垂直发展的对流云，这就是在地面上看到的，像大菜花状的云团；大气中波状运动和细小对流形成波状云，就是地面上看到的平滑的馒头状云和如丝绸般飘浮在天空的云。云的外观千姿百态，其变化常反映大气的结构，很大程度上预示着天气的变化。如大气温度的情况，阴、晴、多云和暴雨、冰雹、龙卷、台风等天气情况。来自云层的降水，是维持生命所需的重要水源。云的运动可表明气流的移向和移速。云层的覆盖，影响着太阳对地面的辐射，从而进一步影响着气候和作物的生长。云和降水对太阳光的折射和散射，将形成晕、华、虹、霓、峨眉宝光等绚丽多彩的大气光象。云间有时还发生激烈的放电，出现闪电、雷击等现象。人们往往依据云的外观及其光电现象等，来预报局部地区的天气变化。云的产生和发展往往同天气系统或特定的地形有关。伴随各种天气系统将出现相应的各种云组成的体系，称为云系，如锋面云系、台风云系等。 另外，还有一些特殊的云。如飞机飞行中，其尾部有时拖出白烟状的凝结物，称为飞机尾迹。它是水汽在飞行轨迹上凝结而成的。飞机排出的高温废气，含有大量水汽，它们同冷空气混合后温度降低，水汽达到饱和状态，凝结成云。一般出现在气温低于-40而湿度较大的气层中。火山爆发或核弹爆炸时，释放大量热能，形成高温气块。在迅速上升的过程中膨胀冷却，使水汽凝结成云滴，同烟尘一起，形成火山烟云或放射性烟云。它们所及的高度往往达到对流层顶，有时甚至达到平流层。自从有了气象卫星以后，可以从云层之上观测云，利用大面积的卫星云图，了解全球范围的云系分布和演变，使人们对云的认识更加全面、深入。七、总结我们的天气观察1雪的形成。其实，雪也是降水的一种形式。和冰雹相同，在气象学上，它们同属于固态降水。固态降水还包括平常不经常见到的霰和冰粒，而平常所见的雨就属于液态降水。国际水文协会所属的国际雪冰委员会，于1949年召开了一个专门性的国际会议，通过了关于大气固态降水简明分类的提案。把大气固态降水分为十种：雪片、星形雪花、柱状雪晶、针状雪晶、多枝状雪晶、轴状雪晶、不规则雪晶、霰、冰粒和雹。前面的七种统称为雪。 为什么后三种不能叫做雪呢？原来由气态的水汽变成固态的水有两个过程，一个是水汽先变成水，然后水再凝结成冰晶；还有一种是水汽并不先变成水，而是直接变成冰晶，这种过程叫做水的凝华。所以说雪是天空中的水汽经凝华而来的固态降水。雪与降水的其他形式相比，形成的原因是大致相近的。如果要详细了解其形成的过程，请大家参阅我们前面讨论过的降水的形成。决定降水形式的关键因素是，当云中的冰粒坠落到近地面时，近地面空间的温度有多高。若近地面空间的温度低于0，冰粒不会融化，我们看到的就是白茫茫的“雪花”这种形式的降水；若高于0，则冰雪颗粒融为液态水，那就是我们所说的“下雨”。至于雪与冰雹的区别，主要是在于其形成的内在过程（上面已有过叙述）和外部过程均有不同。它们虽然都是水滴或冰晶在云团中反复升降运动的结果，但冰雹形成于很强的对流云团中，经过剧烈而快速的反复升降，大小冰粒以迅雷不及掩耳之势砸向地面，而雪的形成过程则要平静、和缓得多“静静的雪，你悄悄地落”。2、雾其实，雾是降水的一种形式。它飘在空中为云，贴近地面则为雾。也可以说，是降水形成过程的环节之一。只要水汽含量足够多、温度足够低、水滴颗粒足够大，它就有可能向形成我们通常所见到的降水的那种形式的方向发展。在水气充足、微风及大气层稳定的情况下，如果接近地面的空气冷却至某种程度时，空气中的水汽达到（或接近）饱和，便会在凝结核上凝结成细微的水滴或冰晶悬浮于空中，使地面水平的能见度下降。按世界气象组织规定，水汽凝结物令能见度降低到1千米以下，则这种天气现象就称为雾。雾的形成通常有两种途径。（1）因空气温度降低而产生平流雾、 辐射雾、上坡雾等； （2）因空气中水汽增加而产生蒸发雾、 锋面雾、生物雾等。按照雾的微结构和温度，可将之分为暖雾、过冷雾和冰雾三种。（1）暖雾由温度高于0的水滴组成； （2）过冷雾由温度低于0的过冷水滴组成； （3）冰雾由冰晶组成。其中过冷雾常能通过人工催化而被消除。雾的出现以春季24月间较多。最为奇特的是雾凝附于大树枝条上的景观吉林雾凇。它与桂林山水、云南石林、长江三峡并称为中国四大自然奇观。吉林市自1991年起，每年举办一次“雾凇冰雪节”。由于丰满发电站大坝落差大，水流速快，水温高，使水坝以下 75千米内的松花江江面冬季不结冰。当气温降至-25时，江面水蒸气冉冉升腾，在临江的树枝上凝结出微型晶粒，形成结构疏松、色泽洁白的美丽结晶，吉林雾凇出现于每年的11月下旬至翌年的34月，约有六七十次。气象学称之为“雾凇”，当地群众称为“树挂”。每当雾凇出现时，十里长堤琼枝玉树，一片晶莹纯白，置身其中，犹入仙境。3雷。“电闪雷鸣”，我们平常说话时就总是把两者连在一起。自然环境中也确实如此，两者相伴相生。当天空乌云密布，雷雨云迅猛发展时，突然一道夺目的闪光划破长空，接着传来震耳欲聋的巨响，这就是闪电和打雷，亦称为雷电。雷属于大气声学现象，是大气中小区域强烈爆炸产生的冲击波形成的声波；而闪电则是大气中发生的火花放电现象。闪电和雷声是同时发生的。但由于它们在大气中传播的速度相差很大，因此，人们总是先看到闪电，然后才听到雷声。光每秒能传播30万千米，而声音只能传播340米。声速和光速之间的这种差别使我们可以测量从看到闪电起到听到雷声止这段时间的长短，据此来计算闪电发生处离我们有多远。假如闪电发生10秒后听到了雷声，说明这块雷雨云离我们约有3400米远。闪电通常是在有雷雨云时出现，偶尔也在雷暴、雨层云、尘暴、火山爆发时出现。伴随闪电而来的，是隆隆的雷声。其形成的原因大致如下：闪电通路中的空气突然剧烈增热，温度高达1.52万，由此造成空气急剧膨胀，通道附近气压可达100个大气压以上。紧接着，又发生迅速冷却，空气很快收缩，压力减低。这一骤胀骤缩都发生在千分之几秒内，所以在闪电爆发的一刹那间，会产生冲击波。冲击波以5000米/秒的速度向四面八方传播，在传播过程中，它的能量很快衰减，而波长则逐渐增长。在闪电发生后0.10.3秒，冲击波就演变成声波，这就是我们听见的雷声。还有一种说法，认为雷鸣是在高压电火花的作用下，由于空气和水汽分子分解而形成的瓦斯发生爆炸时所产生的声音。雷鸣在最初十分之几秒内，跟爆炸声波相同。这种爆炸波扩散速度约为5000米秒，在0.10.3秒后，变为普通声波。听起来，雷声可以分为两种。一种清脆响亮，像爆炸一样，叫“炸雷”；另一种是沉闷的轰隆声，叫“闷雷”。有一种低沉而经久不息，有点儿像推磨声的，叫“拉磨雷”，实际上是闷雷的一种。炸雷一般是距观测者很近的云对地闪电所发出的声音。观测者在见到闪电后，几乎立即就听到雷声；有时甚至在闪电同时即听见雷声。因为距离很近，它所产生的爆炸波还来不及演变成普通声波，所以听起来犹如爆炸声一般。如果雷声在云里面多次反射，在爆炸波分解时，又产生许多频率不同的声波，它们互相干扰，使人听起来感到声音沉闷，这就是我们听到的闷雷。闷雷的响度比炸雷小，也没那么吓人。拉磨雷是长时间的闷雷。雷声拖长的原因主要是声波在云内的多次反射以及远近高低不同的多次闪电所产生的效果。此外声波遇到山峰、建筑物或地面时，也产生反射。有的声波要经过多次反射。这多次反射有可能在很短的时间间隔内先后传入我们的耳朵。这样听起来，就觉得雷声沉闷而悠长，有如拉磨之感。4为什么会下雾？大气中因悬浮的水汽凝结，能见度低于1千米时，气象学称这种天气现象为雾。一般来说，秋冬早晨雾特别多，为什么呢？我们知道，当空气容纳的水汽达到最大限度时，就达到了饱和。而气温愈高，空气中所能容纳的水汽也愈多。气温在4 时，1立方米的空气，最多能容纳的水汽量是6.36克；而气温是20 时，1立方米的空气中最多可以含水汽量是17.30克。如果空气中所含的水汽多于一定温度条件下的饱和水汽量，多余的水汽就会凝结出来，当足够多的水分子与空气中微小的灰尘颗粒结合在一起，同时水分子本身也会相互粘结，就变成小水滴或冰晶。空气中的水汽超过饱和量而凝结成水滴，主要是气温降低造成的。如果地面热量散失，温度下降，空气又相当潮湿，那么当它冷却到一定程度时，空气中的一部分水汽就会凝结出来，变成很多小水滴，悬浮在近地面的空气层里，这就是雾。它和云都是由于温度下降而造成的，雾实际上也可以说是靠近地面的云。白天温度比较高，空气中可容纳较多的水汽。但是到了夜间，温度下降了，空气中能容纳的水汽的能力减少了，因此，一部分水汽会凝结成为雾。特别在秋冬季节，由于夜长，而且出现无云、风小的机会较多，地面散热较夏天更迅速，致使地面温度急剧下降，这样就使得近地面空气中的水汽，容易在后半夜到早晨达到饱和而凝结成小水珠，形成雾。秋冬的清晨气温最低，便是雾最浓的时刻。辐射雾是由辐射冷却形成的，多出现在晴朗、微风、近地面水汽比较充沛且比较稳定或有逆温存在的夜间和清晨；另一种是暖而湿的空气作水平运动，经过寒冷的地面或水面，逐渐冷却而形成的雾，气象上叫平流雾；有时兼有两种原因形成的雾叫混合雾。我们还可以看到一种蒸发雾，即冷空气流经温暖水面，如果气温与水温相差很大，则因水面蒸发大量水汽，在水面附近的冷空气便发生水汽凝结成雾。这时雾层上往往有逆温层存在，否则对流会使雾消散。所以蒸发雾范围小，强度弱，一般发生在秋冬季的水塘周围。雾的消散一是由于下地面增温，雾滴蒸发；二是风速增大，将雾吹散或抬升成云；再有就是湍流混合，水汽上传，热量下递，近地层的雾滴蒸发。雾持续时间的长短主要和当地气候干湿有关：一般来说，干旱地区多短雾，多在1小时以内消散；潮湿地区则以长雾多见，可持续6小时左右。第二单元 溶解一、水能溶解一些物质1什么是溶解？“溶解”是指固体、液体、气体物质的分子均匀地分布在一种液体中，如食盐溶解于水。可以用食盐、沙、面粉、高锰酸钾、砂糖在水中的溶解和不溶解现象为实验素材增强学生的感性认识。食盐 沙 面粉 高锰酸钾 砂糖 变成的微粒能否看到看不到液体：无色透明沙：黄色液体：透明液体：白色看不到液体：紫色透明看不到液体：无色透明在水中的分布是否均匀 均匀不均匀不均匀均匀均匀是否沉淀 没有沉淀物沉在底部 部分沉淀 没有沉淀 没有沉淀能否用过滤的方法分离 不能分离纸上：沙 水：无色纸：面粉水：无色不能分离 不能分离是否溶解 溶解没溶解没溶解溶解溶解（1）溶解过程之一物质在水里的溶解实际上包含着两种变化的过程：一种是溶质的微粒（分子或离子）在溶剂分子（即水分子）的作用下，克服了相互的作用力，向水里扩散的过程，这是物理变化的过程；另一种是溶质的微粒（分子或离子）和水分子作用形成水合分子或水合离子的过程，这是化学变化的过程。这两种过程是同时存在的。溶质微粒在水里依靠水合和扩散作用，离开了溶质本体，均匀地扩散到水分子间，从而逐渐溶解。溶质微粒的水合和扩散过程，我们用肉眼是难以观察的，但可以依靠以上设计的实验来证实。图1表示食盐（NaCl）在水中溶解形成NaCl水溶液的过程。另外溶质微粒在水中扩散时需要吸收热量，使溶液的温度降低。而溶质微粒和水分子结合成水合分子或水合离子时将放出热量，使溶液的温度升高。一种物质溶解在水里，温度究竟是升高还是降低，取决于溶解过程中两种过程所吸收或放出的热量的多少。用“Q吸”代表溶质微粒扩散所吸收的热量，用“Q放”代表溶质微粒水合时放出的热量。若： Q 吸Q 放，溶液温度下降；Q 吸Q 放，溶液温度升高；Q 吸Q 放，溶液温度无明显变化。溶质溶解过程的热量变化，我们可以用仪器测得。图1 食盐（NaCl）在水中的溶解 （2）溶解过程之二物质溶解过程常常伴随如下一些重要的外观现象。伴随热效应：像NH4NO3、NH4Cl、KNO3、NH4HCO3等溶于水时常伴随吸热现象；浓硫酸稀释NaOH、无水CuSO4、Ca（OH）2、无水Na2CO3等溶于水常伴随放热现象；浓磷酸稀释、NaCl、CuSO45H2O等溶于水时没有明显的热效应。伴随颜色变化：白色的无水CuSO4粉末溶于水后，形成的溶液呈淡蓝色；蓝色CoCl2溶于水，形成的溶液呈粉红色。伴随体积变化：苯与醋酸混合后形成的溶液的体积往往大于两种液体混合前的体积之和；而水与酒精混合后，溶液的体积往往小于两种液体混合前的体积之和。由以上现象可知，在溶解过程中常伴有温度、体积、颜色等变化，这说明溶解过程不仅是溶质机械地分散的过程（分散过程是物理过程），而且还有溶质与溶剂相互结合的溶剂化过程（溶剂化过程是化学过程，但是所形成的溶剂化物并不一定具有固定的组成），所以我们说溶解过程是物理化学过程。应当注意，并不是任何物质的溶解，其物理、化学过程都是等同的，如NH3、CaO等溶于水，化学过程则是主要趋势。（3）溶解过程之三物质溶解过程的吸热或放热现象是怎么回事？ 我们知道，物质在溶解的过程中，是有吸热或放热现象的。在大多数情况下，物质溶于水时，都要吸收大量的热。例如把硝酸钾或硝酸铵溶解在水里，就会发现溶液的温度显著降低。还有一些物质溶于水的时候，会放出大量的热，例如把苛性钠溶解在水里或者把浓硫酸缓缓地倒进水里，就会发现溶液的温度显著升高。物质溶解时，为什么会有吸热或放热的现象呢？ 这是因为：物质溶解过程中，一方面，溶质的微粒（分子或离子）克服它们相互之间的吸引力而脱离溶质进入溶剂；另一方面，进入溶剂的溶质要扩散到整个溶剂中去。这些过程都需要消耗能量，所以物质溶解时，要吸收热量。溶解过程中，温度下降的原因就在于此。如果溶解过程只是单纯的扩散，就应该全是吸热的，为什么还有的放热呢？原来，在溶解过程中，溶质的微粒不仅要互相分离而分散到溶