雨,雪,风的形成与太阳有什么联系?

雨,雪,风的形成与太阳有什么联系?
雨,雪,风的形成与太阳有什么联系?

雨,雪,风的形成与太阳有什么联系?
雨
地球上的水受到太阳光的照射后,就变成水蒸气被蒸发到空气中去了.水汽在高空遇到冷空气便凝聚成小水滴.这些小水滴都很小,直径只有0.01～0.02毫米,最大也只有0.2毫米.它们又小又轻,被空气中的上升气流托在空中.就是这些小水滴在空中聚成了云.这些小水滴要变成雨滴降到地面,它的体积大约要增大100多万倍.这些小水滴是怎样使自己的体积增长到100多万倍的呢?它主要依靠两个手段,其一是凝结和凝华增大.其二是依靠云滴的碰并增大.在雨滴形成的初期,云滴主要依靠不断吸收云体四周的水气来使自己凝结和凝华.如果云体内的水气能源源不断得到供应和补充,使云滴表面经常处于过饱和状态,那么,这种凝结过程将会继续下去,使云滴不断增大,成为雨滴.但有时云内的水气含量有限,在同一块云里,水气往往供不应求,这样就不可能使每个云滴都增大为较大的雨滴,有些较小的云滴只好归并到较大的云滴中去. 如果云内出现水滴和冰晶共存的情况,那么,这种凝结和凝华增大过程将大大加快.当云中的云滴增大到一定程度时,由于大云滴的体积和重量不断增加,它们在下降过程中不仅能赶上那些速度较慢的小云滴,而且还会“吞并”更多的小云滴而使自己壮大起来.当大云滴越长越大,最后大到空气再也托不住它时,便从云中直落到地面,成为我们常见的雨水. 地球上的水受到太阳光的照射后,就变成水蒸气被蒸发到空气中去了. 水汽在高空遇到冷空气便凝聚成小水滴.这些小水滴都很小,直径只有0.01 ～0.02毫米,最大也只有0.2毫米.它们又小又轻,被空气中的上升气流托 在空中.就是这些小水滴在空中聚成了云.
这些小水滴要变成雨滴降到地面,它的体积大约要增大100多万倍.这 些小水滴是怎样使自己的体积增长到100多万倍的呢?它主要依靠两个手段, 其一是凝结和凝华增大.其二是依靠云滴的碰并增大.在雨滴形成的初期,云滴主要依靠不断吸收云体四周的水气来使自己凝 结和凝华.如果云体内的水气能源源不断得到供应和补充,使云滴表面经常 处于过饱和状态,那么,这种凝结过程将会继续下去,使云滴不断增大,成 为雨滴.但有时云内的水气含量有限,在同一块云里,水气往往供不应求, 这样就不可能使每个云滴都增大为较大的雨滴,有些较小的云滴只好归并到 较大的云滴中去. 如果云内出现水滴和冰晶共存的情况,那么,这种凝结和凝华增大过程 将大大加快.当云中的云滴增大到一定程度时,由于大云滴的体积和重量不 断增加,它们在下降过程中不仅能赶上那些速度较慢的小云滴,而且还会“ 吞并”更多的小云滴而使自己壮大起来.当大云滴越长越大,最后大到空气 再也托不住它时,便从云中直落到地面,成为我们常见的雨水.
雪
水是地球上各种生灵存在的根本,水的变化和运动造就了我们今天的世界.在地球上,水是不断循环运动的,海洋和地面上的水受热蒸发到天空中,这些水汽又随着风运动到别的地方,当它们遇到冷空气,形成降水又重新回到地球表面.这种降水分为两种：一种是液态降水,这就是下雨；另一种是固态降水,这就是下雪或下冰雹等.
大气里以固态形式落到地球表面上的降水,叫做大气固态降水.雪是大气固态降水中的一种最广泛、最普遍、最主要的形式.大气固态降水是多种多样的,除了美丽的雪花以外,还包括能造成很大危害的冰雹,还有我们不经常见到的雪霰和冰粒.
由于天空中气象条件和生长环境的差异,造成了形形色色的大气固态降水.这些大气固态降水的叫法因地而异,因人而异,名目繁多,极不统一.为了方便起见,国际水文协会所属的国际雪冰委员会,在征求各国专家意见的基础上,于1949年召开了一个专门性的国际会议,会上通过了关于大气固态降水简明分类的提案.这个简明分类,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.为什么后面三种不能叫做雪呢?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；还有一种是水汽不经过水,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.（右图为十种大气固态降水示意图,从上向下分别为：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、雹）.
雪的近亲家族
霰
夏天,在高山地区,天空里经常有许多过冷水滴围绕着结晶核冻结,形成了一种白色的没有光泽的圆团形颗粒,气象学上把这种东西叫做霰,许多地方口语称它为米雪或雪霰.霰的直径一般在0.3到2.5毫米之间,性质松脆,很容易压碎.霰不属于雪的范畴,但它也是一种大气固态降水.
冰粒和冰雹
夏天,在北方平原地区,常常会遇到另外两种大气固态降水,这就是冰粒和雹.冰粒和雹是比较大的能够流淌的水滴围绕着凝结核一层又一层地冻结而形成的半透明的冰珠.气象学上把粒径不超过5毫米的叫做冰粒,把粒径超过5毫米的叫做冰雹.冰雹给农业生产带来很大危害.据记载,世界上最大的冰雹,比拳头还大,直径超过十厘米,重量超过一公斤.
霜、雨淞和雾淞
除了大气固态降水之外,地面上还经常出现另一种所渭“地表生长型”的固态降水,这就是霜、雨淞和雾淞.
这些固态降水,虽不属于大气固态降水,仅仅是水汽在地表凝华结晶和冻结而形成的.但这些固态降水,对人类的生产活动也影响较大.霜冻是大家比较熟悉的,它经常让农业减产.为了避免霜害,人们付出了艰巨的劳动.雨淞和雾淞对人类也并不是很友好的,它们一般在高山地带出现.在过冷天气里,微小的雨滴或雾滴碰到剧烈冷却的物体表面时,便在上面形成雨淞和雾淞.
这类固态降水的强度和规模,有时是非常惊人的,往往在一二天之内,物体迎风面上能聚结上一层一米多厚的冰壳,景色十分神异,好象童话里的意境.
雪花是怎样形成的
在天空中运动的水汽怎样才能形成降雪呢?是不是温度低于零度就可以了?不是的,水汽想要结晶,形成降雪必须具备两个条件：
一个条件是水汽饱和.空气在某一个温度下所能包含的最大水汽量,叫做饱和水汽量.空气达到饱和时的温度,叫做露点.饱和的空气冷却到露点以下的温度时,空气里就有多余的水汽变成水滴或冰晶.因为冰面饱和水汽含量比水面要低,所以冰晶生长所要求的水汽饱和程度比水滴要低.也就是说,水滴必须在相对湿度（相对湿度是指空气中的实际水汽压与同温度下空气的饱和水汽压的比值）不小于100%时才能增长；而冰晶呢,往往相对湿度不足100%时也能增长.例如,空气温度为-20℃时,相对湿度只有80%,冰晶就能增长了.气温越低,冰晶增长所需要的湿度越小.因此,在高空低温环境里,冰晶比水滴更容易产生.
另一个条件是空气里必须有凝结核.有人做过试验,如果没有凝结核,空气里的水汽,过饱和到相对湿度500%以上的程度,才有可能凝聚成水滴.但这样大的过饱和现象在自然大气里是不会存在的.所以没有凝结核的话,我们地球上就很难能见到雨雪.凝结核是一些悬浮在空中的很微小的固体微粒.最理想的凝结核是那些吸收水分最强的物质微粒.比如说海盐、硫酸、氮和其它一些化学物质的微粒.所以我们有时才会见到天空中有云,却不见降雪,在这种情况下人们往往采用人工降雪.
不在天空里凝结的雪花
雪都是从天空中降落下来的,怎么会有不是在天空里凝结的雪花呢?
1773年冬天,俄国彼得堡的一家报纸,报导了一件十分有趣的新闻.这则新闻说,在一个舞会上,由于人多,又有成千上百支蜡烛的燃烧,使得舞厅里又热又闷,那些身体欠佳的夫人、小姐们几乎要在欢乐之神面前昏倒了.这时,有一个年轻男子跳上窗台,一拳打破了玻璃.于是,舞厅里意想不到地出现了奇迹,一朵朵美丽的雪花随着窗外寒冷的气流在大厅里翩翩起舞,飘落在闷热得发昏的人们的头发上和手上.有人好奇地冲出舞厅,想看看外面是不是下雪了.令人惊奇的是天空星光灿烂,新月银光如水.
那么,大厅里的雪花是从哪儿飞来的呢?这真是一个使人百思不解的问题.莫非有人在耍什么魔术?可是再高明的魔术师,也不可能在大厅里耍出雪花来.
后来,科学家才解开了这个迷.原来,舞厅里由于许多人的呼吸饱含了大量水汽,蜡烛的燃烧,又散布了很多凝结核.当窗外的冷空气破窗而入的时候,迫使大厅里的饱和水汽立即凝华结晶,变成雪花了.因此,只要具备下雪的条件,屋子里也会下雪的.
雪花的基本形状
下雪时的景致美不胜收,但科学家和工艺美术师赞叹的还是小巧玲珑的雪花图案.远在一百多年前,冰川学家们已经开始详细描述雪花的形态了.
西方冰川学的鼻祖丁铎耳在他的古典冰川学著作里,这样描述他在罗扎峰上看到的雪花：“这些雪花……全是由小冰花组成的,每一朵小冰花都有六片花瓣,有些花瓣象山苏花一样放出美丽的小侧舌,有些是圆形的,有些又是箭形的,或是锯齿形的,有些是完整的,有些又呈格状,但都没有超出六瓣型的范围.”
在我国,早在公元前一百多年的西汉文帝时代,有位名叫韩婴的诗人,他写了一本《韩诗外传》,在书中明确指出,“凡草木花多五出,雪花独六出.”
雪花的基本形状是六角形,但是大自然中却几乎找不出两朵完全相同的雪花,就象地球上找不出两个完全相同的人一样.许多学者用显微镜观测过成千上万朵雪花,这些研究最后表明,形状、大小完全一样和各部分完全对称的雪花,在自然界中是无法形成的.
在已经被人们观测过的这些雪花中,再规则匀称的雪花,也有畸形的地方.为什么雪花会有畸形呢?因为雪花周围大气里的水汽含量不可能左右上下四面八方都是一样的,只要稍有差异,水汽含量多的一面总是要增长得快一些.
世界上有不少雪花图案搜集者,他们象集邮爱好者一样收集了各种各样的雪花照片.有个名叫宾特莱的美国人,花了毕生精力拍摄了近六千张照片.苏联的摄影爱好者西格尚,也是一位雪花照片的摄影家,他的令人销魂的作品经常被工艺美术师用来作为结构图案的模型.日本人中谷宇吉郎和他的同事们,在日本北海道大学实验室的冷房间里,在日本北方雪原上的帐篷里,含辛茹苦二十年,拍摄和研究了成千上万朵的雪花.
但是,尽管雪花的形状千姿百态,却万变不离其宗,所以科学家们才有可能把它们归纳为前面讲过的七种形状.在这七种形状中,六角形雪片和六棱柱状雪晶是雪花的最基本形态,其它五种不过是这两种基本形态的发展、变态或组合.

风
空气流动所形成的动能极为风能.风能使太阳能的一种转化形式.
太阳的辐射造成地球表面受热不均,引起大气层中压力分布不均空气沿水平方向运动形风.风的形成乃是空气流动的结果.风能利用形成主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能.
风就是水平运动的空气,空气产生运动,主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的.
在赤道和低纬度地区,太阳高度角大,日照时间长,太阳辐射强度强,地面和大气接受的热量多、温度较高；再高纬度地区太阳高度角小,日照时间短,地面和大气接受的热量小,温度低.这种高纬度与低纬度之间的温度差异,形成了南北之间的气压梯度,使空气作水平运动,风应沿水平气压梯度方向吹,创怪庇氲妊瓜叽痈哐瓜虻脱勾怠?/SPAN>
地球在自转,使空气水平运动发生偏向的力,称为地转偏向力,这种力使北半球气流向右偏转,南半球向右偏转,所以地球大气运动除受气压梯度力外,还要受地转偏向里的影响.大气真实运动是这两力综合影响的结果.
实际上,地面风不仅受这两个力的支配,而且在很大程度上受海洋、地形的影响,山隘和海峡能改变气流运动的方向,还能使风速增大,而丘陵、山地却磨擦大使风速减少,孤立山峰却因海拔高使风速增大.因此,风向和风速的时空分布较为复杂.
在有海陆差异对气流运动的影响,在冬季,大陆比海洋冷,大陆气压比海洋高风从大陆吹向海洋.夏季相反,大陆比海洋热,风从海洋吹向内陆.这种随季节转换的风,我们称为季风.所谓的海陆风也是白昼时,大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋,到海洋上空冷却下沉,在近地层海洋上的气流吹向大陆,补偿大陆的上升气流,低层风从海洋吹向大陆称为海风,夜间（冬季）时,情况相反,低层风从大陆吹向海洋,称为陆风. 在山区由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡,夜间由平原或山坡吹向,前者称谷风,后者称为山风.这是由于白天山坡受热快,温度温度高于山谷上方同高度的空气温度,坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方,谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气,这时由山谷吹向山坡的风,称为谷风.夜间,山坡因辐射冷却,其降温速度比同高度的空气交快,冷空气沿坡地向下流入山谷,称为山风.当太阳幅射能穿越地球大气层时,大气层约吸收2*10^16W的能量,其中一小部分转变成空气的动能.因为热带比极带吸收较多的太阳辐射能,产生大气压力差导致空气流动而产生「风」.至于局部地区,例如,在高山和深谷,在白天,高山顶上空气受到阳光加热而上升,深谷中冷空气取而代之,因此,风由深谷吹向高山；夜晚,高山上空气散热较快,于是风由高山吹向深谷.另一例子,如在沿海地区,白天由于陆地与海洋的温度差,而形成海风吹向陆地；反之,晚上陆风吹向海上.