天气是怎么来的
暑假里,小松住进山顶气象站,跟着气象员舅舅了解风、云、雨、雪、雷电的形成原理。
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第1章 · 舅舅的气象站
暑假的第一天,十岁的小松背上鼓鼓囊囊的旅行包,跟着妈妈坐了整整两个小时的汽车,来到一座青翠的大山脚下。
“看见没?山顶上那间白房子,就是舅舅工作的气象站。“妈妈摇下车窗,指着远处。
小松把脑袋探出窗外,踮起脚望。云雾缭绕的山顶上,隐隐立着一座白色小屋,旁边几根高高的杆子像哨兵一样直直地站着。他兴奋得差点跳起来。舅舅老李是气象员,天天和风、云、雨打交道。在小松心里,那是全世界最神奇的工作——能提前知道天会不会下雨,能看着云算出风往哪儿吹,多厉害呀!
汽车沿着盘山公路慢悠悠地往上爬。越爬越高,空气越来越凉,路边的树也越来越矮。等车停稳,一个穿蓝色工作服、戴黑框眼镜的中年人已经笑眯眯地等在门口。
“欢迎小气象员来视察!“舅舅一把接过旅行包,又揉了揉小松的头发。
小松却先打了一个寒战,把外套往身上裹了裹:“舅舅,山顶上怎么比山下冷这么多呀?刚才在山下我还热得直冒汗呢!”
舅舅神秘地眨眨眼:“这个问题先记着,一会儿你就明白了。走,先参观参观咱们的’大本营’。”
气象站院子不大,却摆满了让小松眼花缭乱的东西。院子中央一片碧绿的草地上,立着一个白色的木箱子,箱壁开着一排排斜斜的小窗。“这是百叶箱。“舅舅介绍,“里面藏着温度计和湿度计。”
“百叶箱为什么刷成白色,还要留这么多缝?“小松蹲下来,隔着缝往里瞅。
“问得好。白色能把太阳光反射掉,不让太阳把温度计烤热;留缝是让空气自由进进出出。这样量出来的,才是空气真正的温度,而不是被太阳晒出来的’假温度’。”
草地边竖着一根高高的铁杆,杆顶有个小箭头似的东西,被风吹得滴溜溜直转。“这是风向标,箭头指向哪儿,风就从哪儿来。“舅舅又指着一旁转得飞快的三脚小风车,“那是风速计,转得越快,说明风越大。”
小松看得眼睛发亮。他抬起头,只见一朵朵白云在蓝天上慢悠悠地飘。“舅舅,云为什么能在天上飘,却不掉下来呢?还有,风到底是谁扇出来的?”
舅舅哈哈大笑:“好家伙,一见面就给我出难题!不过要回答你,咱们得先从空气讲起。空气看不见、摸不着,可它到处都在,而且特别有力气。”
“空气有力气?“小松不相信,抬手挥了挥,“我一下子就能把它拨开,它哪来的力气?”
舅舅没有马上反驳,只是掏出纸笔画了几笔:“来,明天早晨升旗的时候,我给你看个真家伙。今晚先睡个好觉。”
傍晚,山风轻轻吹过,气象站的红旗在夕阳里哗啦哗啦地响。小松躺在值班室的小床上,听着一阵一阵的风声,脑子里装满了问号。他翻了个身,暗暗下定决心:明天,一定要把空气的力气问个水落石出。
第二天一早,天还没大亮,小松就被一阵轻轻的脚步声吵醒了。他迷迷糊糊地睁开眼,看见舅舅已经穿戴整齐,夹着记录本往外走。
“舅舅,天还没亮呢,你去哪儿?“小松揉着眼睛问。
“去观测!“舅舅轻声说,“气象观测讲究定时、定点,一天三次,风雨无阻,一分钟都不能差。你继续睡。”
可小松哪里还睡得着。他披上外套,跟着舅舅进了观测室。屋里并排放着好几台仪器,墙上挂满了历年积累的天气记录本,一页页写得密密麻麻。
“这些本子里记的,是这座山几十年来的天气’病历’。“舅舅一边读着温度计,一边说,“只有天天记录、年年积累,我们才能知道这里的气候规律,才能做出准确的预报。”
小松翻开一本发黄的老记录本,纸页上还留着斑驳的水渍。“舅舅,刮风下雨也要出来记录吗?”
“越是大风大雨,越要记。“舅舅说,“因为天气最剧烈的时刻,正是最宝贵的观测时机。气象数据就像拼图,缺一块都不行。”
小松若有所思地看着舅舅在记录本上写下一串数字。他忽然觉得,气象员这份工作,远比他想象的要更认真、更坚持。
第2章 · 风从哪里来
第二天天刚亮,小松就被一阵"哗啦哗啦"的声音叫醒了。他推开窗户,看见院子里的红旗正使劲地摆动着,像一面被巨人挥动的披风。
升旗仪式结束后,舅舅招呼小松:“昨晚你不是说空气没力气吗?你瞧这面旗,是谁让它飘起来的?”
“是风。“小松脱口而出。
“风又是什么呢?“舅舅笑着问,“风其实就是流动的空气。可空气好端端的,为什么要动起来呢?这就要说到太阳了。”
舅舅带着小松来到院子中间,指着头顶的太阳说:“太阳照在地面上,可地面并不是被晒得一样热。山坡朝阳的一面热,背阴的一面凉;柏油马路热,草地和湖水凉;城市的水泥地热,森林凉快。地面有的地方热、有的地方冷,它上面的空气也就跟着有的热、有的冷。”
“空气变热会怎么样?“小松追问。
“空气受热会膨胀,变得轻飘飘的,往上升;空气受冷会收缩,变重,往下沉。“舅舅边说边做手势,“就像一锅水,锅底的火把下面的水烧热,热水就咕嘟咕嘟往上冒,凉水沉下去补位。空气也是一样。”
“那跟风有什么关系呢?“小松还是有点糊涂。
舅舅蹲下来,用石子在地上画起来:“热的空气往上升,它原来待的地方就空了,气压变低;旁边冷空气比较重,气压高,就会赶紧流过来填空。空气从气压高的地方流向气压低的地方,这一流动,就形成了风。”
小松眼睛一亮:“原来风是空气在’填空’呀!那是不是温差越大,风就越大?”
“完全正确!“舅舅竖起大拇指,“白天陆地上晒得快,热空气上升,海上的凉空气就吹过来,这叫海风;到了晚上,陆地凉得快,风又从陆地吹回海上,叫陆风。这就是住在海边的人常感到的风向变化。”
小松若有所思地点点头,又想起昨天的问题:“舅舅,那山顶为什么比山下凉快呢?”
“问得好!“舅舅拍拍他的肩,“越往高处,空气越稀薄,能留住热量的空气分子越少;再加上高处的空气离地面远,地面烤热的那股劲儿传不上来,所以越高越冷。高山上常常积雪,就是这个道理。”
小松忽然又想到一个问题:“可是舅舅,风有大有小,有温柔的风,也有能把树吹倒的狂风,这又是怎么回事?”
“关键就在气压差的大小。“舅舅解释,“气压高和气压低的地方,差距越大,空气跑得就越急,风就越大。就像两桶水,一桶满一桶空,落差越大,水流得越猛。台风来的时候,中心气压特别低,四周的空气拼命往里冲,风就大得吓人。”
一阵山风迎面吹来,红旗"呼啦"一声展开。小松忽然觉得,这阵风不再只是凉快了——它是一股看不见的气流,正从气压高的地方,一路跑到他身边来"填空"呢。
“舅舅,那气压怎么知道是高还是低呢?“小松又问。
舅舅带他走回观测室,指着墙上一台像钟表一样的小仪器:“这叫气压计,专门测量大气压。气压高,说明空气压得实、压得重;气压低,说明空气稀薄、压得轻。”
“我们平时感觉不到气压吗?“小松好奇。
“我们生活在大气层的底部,头顶上压着厚厚的空气,差不多相当于一个成年人压在头顶那么大的力。“舅舅说,“只是我们的身体里外都有气,早就适应了,所以感觉不到。你坐飞机的时候,耳朵发闷,就是因为高空空气稀薄,气压变低了。”
小松想起坐飞机时耳朵嗡嗡的感觉,恍然大悟:“原来那也是气压在捣鬼!”
“正是。“舅舅笑了,“气压的高低变化,还是预报天气的好帮手。气压计读数往下掉,往往说明坏天气要来了;读数往上走,天气常常会转好。所以老气象员一看气压计,心里就大致有数了。”
小松凑近气压计,看那根细细的指针轻轻晃动,仿佛空气正在用看不见的手指,悄悄告诉他明天的天气。
“舅舅,风的大小有没有分等级呀?“小松望着院里呼呼转的风速计问。
“有,这叫风级。“舅舅说,“一百多年前,一位叫蒲福的海军军官,把风按照对海面和地面物体的影响,分成了从零到十二共十三个等级。零级无风,烟直直地往上冒;三级微风,树叶轻轻摇;六级强风,举伞都困难;到了十二级,就是能把房屋吹坏的飓风了。”
“那台风算几级呀?“小松问。
“台风登陆时,中心附近的风力常常能达到十二级以上,非常厉害。“舅舅说,“所以气象台会发布台风预警,提醒大家提前做好准备,加固门窗、尽量少出门。”
小松抬头看着风速计,三只小杯子转得飞快。“原来风也有自己的’尺子’,能被量得清清楚楚。”
第3章 · 看不见的水
“舅舅,你昨天说云和雨的事,到底什么时候讲呀?“吃过早饭,小松就追着舅舅问。
“别急,在讲云和雨之前,我们得先认识一位’隐形大侠’。“舅舅神秘地说,“它就在我们身边,你却看不见它。”
“隐形大侠?“小松瞪大眼睛。
舅舅端来一杯热水,热气正从杯口袅袅升起。“你看见那团白气了吗?”
“看见了!“小松说。
“其实那不是水汽,而是许多极小的水滴。真正的水蒸气是无色透明的,藏在空气里,谁也看不见。“舅舅解释,“水会变成水蒸气跑进空气里,这个过程叫蒸发。”
“水怎么会自己跑进空气里呢?“小松问。
“你把水想象成无数个小水分子,它们一刻不停地蹦跳。有的水分子跳得特别快,就会挣脱水面,飞到空气里,变成了水蒸气。“舅舅指着窗外晾着的衣服说,“湿衣服能晒干,就是水分子一个个’跳’进了空气。”
小松恍然大悟:“原来晾衣服不是在’晒没’水,是水自己蒸发跑了!”
“对。而且温度越高,水分子跳得越起劲,蒸发得越快。“舅舅说,“所以大太阳底下衣服干得快。风也能帮上忙,风把刚跳出来的水蒸气吹走,让水面周围不那么’挤’,水分子就跳得更欢了。”
“那空气里到底能装多少水蒸气呀?“小松问。
舅舅拿出湿度计:“空气能装的水蒸气是有限的,这就像书包能装多少书,有个上限。我们把空气里水蒸气的多少,叫湿度。湿度计就是专门测量它的。到了梅雨天,空气里水汽满满的,衣服晾好几天都干不了,就是空气’装不下’了。”
小松点点头,又想到一个问题:“舅舅,那为什么有的时候,我们呼吸都感到黏糊糊的,特别闷?”
“那叫闷热。“舅舅说,“空气里的水汽已经快满了,我们身上出的汗很难蒸发出去。汗蒸发不出去,就没法带走身上的热量,所以又黏又闷。反过来,到了秋天天气干燥,汗蒸发得快,人就觉得清爽。”
“原来出汗散热,也靠蒸发呀!“小松说,“那水变成水蒸气,跑到天上去,是不是就不会再变成水了?”
“这正是接下来要讲的最精彩的部分!“舅舅神秘一笑,“水蒸气升到高空,会遇到一件大事——它会从看不见的气体,重新变回看得见的云。走,我们去山顶看云去!”
小松抓起舅舅的手就往山上跑。他抬头看看蓝天,又看看手里的水杯,忽然觉得,原来每一朵云,都藏着一个关于"隐形水"的秘密。
“舅舅,蒸发了水,是不是还会带走热量呀?“小松忽然想起一件事。
“当然会!“舅舅说,“水分子要从液体跳进空气,得攒足力气,这个过程会吸走热量。所以夏天游完泳,刚从水里出来,身上湿漉漉的,被风一吹会特别凉——那就是水分蒸发,带走了你皮肤上的热量。”
小松眼睛一亮:“怪不得夏天洒水扫地,屋里会凉快一些!”
“对,这就是蒸发的冷却作用。“舅舅又指了指院子里的大树,“不光水坑、河水会蒸发,植物的叶子也会不停地往外冒水蒸气,这叫蒸腾。一片大森林,每天蒸腾出来的水汽多得惊人,像一台台天然的大加湿器,把水汽源源不断地送上天。”
“原来森林也在帮天’造云’呀!“小松惊叹。
“所以我们要爱护森林。“舅舅说,“森林不仅净化空气、保护水土,还是水循环里重要的一环。树少了,水汽就少了,天气也会变得更干、更热。”
小松抬头看看山上郁郁葱葱的树林,忽然觉得,这些安静的大树,其实都在悄悄地跟天空"说话”。
第4章 · 云的魔术
舅舅带着小松爬到山顶的一块大石头旁坐下。头顶的天空蓝得像洗过一样,几朵洁白的云慢悠悠地飘着。
“还记得吗?水蒸气是无色透明的。“舅舅说,“可云为什么是白白的、看得见呢?”
小松想了想,摇摇头。
“这就要靠’变冷’来帮忙了。“舅舅说,“地面上的水蒸发成水蒸气,随着热空气往上升。可是越往高处越冷,空气装水蒸气的能力也越来越小。就像一块海绵,原来能吸很多水,到了高处这块海绵变小了,吸不住那么多水,多余的水蒸气就得’交出来’。”
“交出来?交到哪儿?“小松问。
“水蒸气一冷,就重新变成一颗颗极小极小的水滴,或者小冰晶。这个过程叫凝结。千千万万颗小水滴聚在一起,就成了我们看到的云。“舅舅解释道。
“可是,“小松皱起眉头,“水蒸气总得找个东西才能变成水滴吧?总不能凭空变呀。”
舅舅赞许地看了他一眼:“你观察得很仔细!科学家发现,水蒸气凝结时,确实需要一个’靠山’。空气里漂浮着许多细小的灰尘、盐粒、烟尘,水蒸气就附着在这些小颗粒上凝结,这些小颗粒叫凝结核。没有它们,水蒸气很难乖乖变成水滴。”
“所以云里其实是一颗颗小水滴,抱着灰尘跳舞?“小松调皮地说。
舅舅哈哈大笑:“差不多是这个意思!这些云里的小水滴直径只有头发丝的几十分之一,轻得很,空气托着它们,它们就飘飘荡荡,不会掉下来。这就是你昨天问的——云为什么能在天上飘。”
小松望着天上的云,忽然发现它们形状各不相同:有的像棉花糖,有的像鱼鳞,有的黑乎乎的。“舅舅,云为什么长得不一样呢?”
“云有高有低,形态自然不同。“舅舅指着天空,“高高的、像羽毛一样丝丝缕缕的叫卷云,通常出现在很高的高空,那儿特别冷,所以卷云多半是冰晶组成的,它是好天气或天气要变化的预兆。”
“那那些一团一团、像大棉花糖的呢?“小松问。
“那是积云。晴天的时候,热空气上升,水蒸气升到一定高度凝结,就堆出一朵朵积云。它底下平平、顶上鼓鼓,像大花椰菜。“舅舅指着天边一朵越堆越高的云说,“它要是继续往上长,长成又高又大的乌云,可就要带来一场大雨了。”
“还有那种灰蒙蒙、把整个天都盖住的呢?“小松又问。
“那是层云,像一张大灰毯子铺在天上,常常带来阴天或者毛毛细雨。“舅舅说,“云的种类有很多,气象员就是靠看云的形状、高度和颜色,来判断天气的。”
小松听得入神。他第一次觉得,抬头看云就像读一本会变魔术的书,每一页都写着水蒸气和温度的故事。
“舅舅,那雾又是什么呢?“下山时,一团团白雾漫上山坡,小松走在雾里,觉得衣服都潮了。
“雾其实就是落在地上的云。“舅舅说,“当贴近地面的空气变得又冷又湿,水蒸气在地面附近凝结成小水滴,飘浮在低空,就成了雾。”
“雾和云是一样的东西?“小松惊讶。
“组成一样,都是小水滴,只是位置不同。云在高空,雾在贴近地面的地方。“舅舅说,“太阳出来以后,地面一暖,雾里的小水滴又蒸发成水蒸气,雾就慢慢散了。”
小松点点头,又想起早晨见到的情景:“那露珠和霜呢?它们也是水蒸气变的吗?”
“也是。“舅舅说,“夜里地面变冷,贴近地面的空气里的水蒸气,会凝结在草叶上,变成一颗颗露珠。如果夜里特别冷,冷到零度以下,水蒸气就直接凝华成小冰晶,那就是白花花的霜。所以露和霜,都是水蒸气在地面’安的家’。”
小松蹲下来,看草叶上一颗亮晶晶的露珠,像一颗透明的小珍珠。他轻轻一碰,露珠就滚落下来,渗进了泥土。
第5章 · 雨是怎样落下来的
“舅舅,云在天上飘得好好的,可有时为什么会变成雨落下来呢?“从山顶下来的路上,小松问个不停。
“云里的小水滴太轻了,空气一托,它们就悬在天上。可这些小水滴并不安分,它们会互相碰撞、合并。“舅舅停下脚步说,“云里上升的气流推着水滴上上下下,小水滴撞在一起,就合成了大水滴。”
“就像泡泡碰泡泡,合成一个大泡泡?“小松比划着。
“对。当水滴越并越大、越并越重,重到空气再也托不住的时候,它就开始往下掉,这就成了雨。“舅舅说,“这个过程叫降水。”
“原来下雨就是云里的水滴’长大了’,重得掉下来呀!“小松兴奋地说。
舅舅点点头,又补充道:“不过光有小水滴还不够。要下一场大雨,云得又厚又大,里面有足够多的水滴互相碰撞。所以你看,天边那朵’大花椰菜’积云,要是长成又高又大的积雨云,里面上下翻滚,水滴撞得厉害,雨就下得又大又急。”
正说着,天色忽然暗了下来。一片乌云压过来,豆大的雨点"噼里啪啦"地砸在地上。
“快,回观测室!“舅舅拉着小松跑回屋里,又转身冲进雨里,抱回一个量杯,“这是雨量器,专门测量下了多少雨。我们把雨收集起来,看看降水量有多少毫米。”
小松趴在窗口,看雨点在地上溅起水花。“舅舅,雨下完了以后,这些水都去哪儿了?”
“它们不会消失。“舅舅擦着脸上的雨水,“一部分渗进土里,被植物吸收;一部分流进小溪、小河、大江,最后回到大海;还有一部分被太阳晒着,又蒸发成水蒸气,重新升到天上。”
小松恍然大悟:“下雨——蒸发——再下雨,水一直在天上地下来回跑!”
“这就是水循环。“舅舅说,“水从来不会被用光,它只是不停地变来变去、跑来跑去。一滴今天落在你窗前的雨,说不定很久以前,曾经是恐龙喝过的那片海洋里的一滴水呢!”
小松惊讶地张大了嘴:“那也就是说,我们喝的水,可能几亿年前就在地球上到处旅行了?”
“正是这样。“舅舅笑了,“地球上所有的水——江河湖海、天上的云、地下的泉水、我们身体里的水,都在同一个大循环里转。你喝下去的一口水,蒸发到天上,变成云,再变成雨落到地里,又流进河里,转了一个大大的圈。”
雨渐渐小了,天边露出一道彩虹。小松望着彩虹,忽然觉得每一滴雨都变得珍贵起来——它们都是大自然循环了亿万年的"老朋友”。
“舅舅,那冰雹又是什么呢?“小松望着渐渐放晴的天,又想起夏天见过的一场冰雹。
“冰雹是另一种降水。“舅舅说,“夏天强雷雨的时候,云里的上升气流特别猛,水滴被气流一次次抛上高空。高空冷,水滴结成了冰;落下来沾上水汽,又被抛上去,冰就一层层地长大,像滚雪球一样。等冰粒重到气流再也托不住,就’噼里啪啦’砸下来,成了冰雹。”
“原来冰雹是水滴在云里’坐电梯’,上上下下越滚越大呀!“小松比划着。
“这个比喻不错!“舅舅笑了,“冰雹常常在炎热的夏天出现,因为那时地面热,上升气流才特别强。”
“那为什么有时候下的是毛毛雨,有时候却是倾盆大雨呢?“小松又问。
“毛毛雨通常来自又薄又低的层云,水滴很小很轻,落得慢;大雨则来自又厚又高的积雨云,云里水汽足,水滴碰撞得多、长得大,落得就又急又猛。“舅舅解释,“降水量用毫米来表示,气象员会根据雨量器里的水,判断这场雨有多大。”
小松望着天边重新亮起来的太阳,忽然觉得,同样是从天上落下来的水,竟有这么多的花样。
回到观测室,舅舅拿出一个透明玻璃瓶、一壶热水和一块冰。“想不想自己在瓶子里’造雨’?”
小松连连点头。
“看好了。“舅舅往瓶子里倒了半瓶热水,然后把一块冰放在瓶口上。没过一会儿,瓶口下方就出现了白白的水雾,瓶壁上还凝出了细小的水珠,慢慢地往下滑。
“这就是迷你版的下雨!“舅舅说,“热水蒸发成水蒸气,水蒸气上升,碰到瓶口上方冰冷的冰块,就凝结成小水滴。小水滴越聚越大,重了,就顺着瓶壁流下来——这不就是云和雨吗?”
小松兴奋得拍手:“原来雨的原理,用一个小瓶子就能演出来!”
“这就是科学实验的好处。“舅舅说,“大自然里的云和雨太大、太远,我们摸不着;可把原理缩小到瓶子里,你就能亲眼看见水蒸气升上去、又变成水落下来。科学并不神秘,它就藏在你身边的小事里。”
第6章 · 雪的悄悄话
日子一天天过去,小松在气象站过得飞快。转眼到了深秋,天气一天比一天冷。
一个清晨,小松推开窗,愣住了。整座山都盖上了一层白,雪花还在纷纷扬扬地飘。“下雪啦!“他欢呼着冲出去。
“慢点,穿好外套!“舅舅追出来,递给他一双厚手套。
小松接住一片雪花,雪花在手套上闪着微光,是漂亮的六角形。“舅舅,雪和雨都是水,为什么雨是一滴滴的,雪却是这么漂亮的六角形呢?”
“这个问题问到点子上了。“舅舅蹲下来,和小松一起看雪花,“雨是水滴,雪却是冰晶。当高空的温度低于零度,水蒸气就不先变成水滴,而是直接变成小冰晶,这个过程叫凝华。冰晶慢慢长大,就成了雪花。”
“凝华?“小松念着这个新词。
“对,水蒸气跳过’水’这一关,直接从气体变成固体。“舅舅解释,“雪花为什么是六角形?这是因为冰晶在生长的时候,水分子总是按照六边形的规律排列,所以雪花的骨架天生就是六角形的。”
“可雪花有那么多种样子,每一片都不一样吗?“小松问。
“雪花在下落的过程中,会遇到不同的温度和湿度。温度、湿度稍微变一点点,它长出的形状就不同。有的像六角形薄片,有的像针,有的像树枝,还有的像小柱子。“舅舅说,“所以有句话叫’没有两片完全相同的雪花’。”
小松捧着一片刚落下的雪花,想仔细看,雪花却在他手心化成了水珠。他有点失落。
“雪太轻、太冷,手一暖就化了。“舅舅说,“但没关系,雪化了以后,会悄悄渗进泥土,滋润来年春天的花草。所以人们说’瑞雪兆丰年’,一场大雪,其实是给土地盖上了一床厚厚的棉被。”
“雪怎么会是棉被呢?雪明明这么冷。“小松不解。
“雪里面藏着许多空隙,像羽绒被一样,能挡住外面的冷空气,护住地里的麦苗和种子,不让它们被冻坏。到了春天,雪化了,又变成水,滋养万物。“舅舅解释。
小松踢了踢脚下的积雪,又问:“舅舅,那为什么有的地方冬天下雪,有的地方却从来不下雪呢?”
“下雪要有两个条件。“舅舅说,“第一,天上要有足够的水蒸气;第二,气温要够低,低到零度以下。南方有些地方,冬天虽然也冷,但气温常常在零度以上,水蒸气落下来就化成了雨,而不是雪。所以越冷的地方,雪下得越多。”
小松抬头望天,雪花落在他的睫毛上,凉丝丝的。他忽然觉得,这满天飞舞的雪花,正悄悄地跟大地说着温柔的悄悄话。
“那有时候又下雨又下雪,雨里夹着雪花,这又是什么?“小松问。
“那是雨夹雪。“舅舅说,“高空的雪花落下来,中途经过一层比较暖的空气,雪花表面就化成了水,可核心还是冰,落下来就成了雨里夹着雪。要是暖空气层再厚一点,雪全化了,就变成了雨。”
“原来雨和雪之间,还能互相变来变去呀!“小松觉得神奇极了。
“这就是水的魅力。“舅舅说,“水的三种形态——气态的水蒸气、液态的水、固态的冰,在一定的温度条件下可以互相转化。蒸发和凝结是一对,融化和凝固是一对,升华和凝华又是一对。天气里的风、云、雨、雪、雾、露、霜,全都在这些变化里打转。”
小松捧起一把雪,看它一点点融化,从冰凉的白,变成清亮的水。他忽然明白了,天气不是乱七八糟的变化,而是水在太阳和温度面前,跳的一支有规律的舞。
第7章 · 雷公公的脾气
夏天的雷雨来得又急又猛。一天下午,天边的乌云越堆越高,黑得像打翻的墨汁。忽然,一道刺眼的白光劈开天空,紧接着"轰隆隆"一声巨响,震得窗户嗡嗡响。
小松吓了一跳,躲到舅舅身后:“雷公公发火啦!”
舅舅拍拍他的背:“别怕,这可不是什么雷公公。雷和闪电,其实是同一场’电的表演’。”
“电?“小松探出半个脑袋。
“对。“舅舅拉着他坐到窗前,“还记得云里那些上上下下翻腾的水滴和冰晶吗?它们互相碰撞、摩擦,就像你冬天脱毛衣时,头发被毛衣蹭得’噼啪’响一样,云里慢慢积累起了电。”
“我脱毛衣时,真的会被电一下!“小松说,“原来云也会’被电’。”
“云里积累了电以后,有的地方带正电,有的地方带负电。正电和负电就像两个憋足了劲的对手,隔着云层,或者隔着地面,互相吸引。“舅舅说,“当它们再也憋不住的时候,就会猛地放出一道电,穿过空气。这道电,就是闪电。”
“那雷声呢?“小松问。
“闪电的温度高得吓人,能把周围的空气一下子加热到几万摄氏度,比太阳表面还热。空气被猛地加热,就剧烈地膨胀,发出巨大的响声,这就是雷声。“舅舅解释,“因为光跑得比声音快得多,所以我们总是先看见闪电,后听见雷声。”
小松恍然大悟:“怪不得打雷的时候,我总是先数一二三,才听到雷声。”
“数到三,说明闪电离我们大约一公里远。“舅舅说,“光一秒钟能绕地球七圈半,几乎一眨眼就到;声音却要跑很久。我们可以用’看到闪电’和’听到雷声’之间隔的秒数,估出雷雨离我们有多远。”
“那雷雨天我们要注意什么呀?“小松认真地问。
“雷雨天不要在大树下、山顶上、空旷的田野里躲雨,也不要打手机、碰金属栏杆,最好赶紧回到屋里,关好门窗。“舅舅叮嘱,“闪电喜欢往高的、凸出的地方跑,我们要躲开它。”
小松似懂非懂:“为什么闪电喜欢高的地方呀?”
“因为地面的正电荷,会往凸出的高处聚集,比如大树、铁塔、山顶。闪电找最短的路径放电,自然就爱找这些高的地方。“舅舅说,“所以雷雨天站在大树下,是特别危险的。”
雷雨过去了,天空重新放晴,空气里弥漫着泥土的清香。小松长长地舒了一口气:“原来雷公公不是发火,是云在放电呀。”
“那高高的楼顶上,为什么要装一根尖尖的针呢?“小松指着远处城市的方向问。
“那是避雷针。“舅舅说,“它其实是’引雷针’,把雷电顺着金属线引到地里去,保护楼房不受雷击。闪电来的时候,尖尖的针更容易聚集电荷,让电从这里安全地放掉,而不是乱打。”
“那第一个发现电和闪电是一回事的人是谁呀?“小松问。
“是美国科学家富兰克林。“舅舅说,“两百多年前,他在雷雨天放风筝,风筝线上挂着一把钥匙,结果钥匙上迸出了电火花,证明天上的闪电和地上的电是同一个东西。从那以后,人们才慢慢弄懂了雷电,也想出了避雷的办法。”
“放风筝引电,那不是很危险吗?“小松担心地问。
“是的,那个实验非常危险,后来有科学家模仿时还付出了生命的代价。“舅舅认真地说,“所以我们要记住:雷雨天绝对不能放风筝,也不能爬到高处。科学需要勇气,但更需要安全。”
小松重重地点点头。他望着远处楼顶那根细细的避雷针,觉得它像一位沉默的卫士,静静地保护着整座城市。
第8章 · 冷暖空气的大战
气象站的墙上挂着一幅大大的天气图,上面画满了弯弯曲曲的线,还有一些红色、蓝色的符号。
“舅舅,这些红红蓝蓝的线是什么呀?“小松问。
“这是天气图,是气象员看天气的’地图’。“舅舅指着图说,“红色的是暖空气,蓝色的是冷空气。天气变化,很多时候就是这两股空气’打仗’的结果。”
“空气也会打仗?“小松来了兴趣。
“冷空气重,爱往低处钻;暖空气轻,爱往高处爬。当一大团冷空气和一大团暖空气碰在一起,谁也不让谁,就会打起来。“舅舅说,“它们交界的地方,叫锋面。”
舅舅在图上画了一条线:“暖空气推着冷空气走,叫暖锋,会带来细细绵绵的雨;冷空气推着暖空气走,叫冷锋,往往带来又急又猛的雨,还会降温、刮大风。”
“原来上次那场大暴雨,就是冷空气打过来啦!“小松拍手说。
“对!“舅舅说,“冷空气一来,把暖湿空气猛地抬升,暖空气里的水蒸气在高空迅速凝结,云长得又高又大,雨就哗啦哗啦地下来了。”
“那冷空气和暖空气谁厉害呀?“小松问。
“有时候冷空气强,天气就变得又冷又干;有时候暖空气强,天气就回暖、变湿。它们来来往往,一年四季的风云雨雪,都跟这场’大战’分不开。“舅舅说,“我们预报天气,就是要看这两股空气的动向,判断谁要打过来,会带来什么天气。”
小松盯着天气图看了半天,忽然问:“舅舅,那你们是怎么提前知道冷空气要来的呢?”
“这就要靠天气观测和卫星云图了。“舅舅打开电脑,屏幕上出现一张地球的云图,“天上的人造卫星,从几万公里外给地球拍照,云往哪儿飘,冷空气、暖空气怎么动,都看得清清楚楚。地面上的气象站、海上的浮标、高空的气球,也都在不停地报数据。我们把所有数据放在一起,用计算机算出未来的天气。”
“高空气球?“小松好奇地问。
“对,气象员每天定时放探空气球,气球带着仪器飞上高空,测量不同高度的温度、湿度、气压和风,再把数据传回来。“舅舅说,“地面有数据,高空有数据,天上还有卫星,把这些线索拼在一起,天气的走向就清楚了。”
小松听得入了迷:“原来预报天气,就像侦探破案,要收集好多线索呀!”
“说得好!“舅舅笑了,“天气就是大自然的一本大书,气象员要读云、读风、读温度,才能读懂它下一步想干什么。
“舅舅,新闻里常说的’冷空气南下’‘台风登陆’,也跟这些空气团有关吗?“小松问。
“当然。“舅舅说,“大团的冷空气从北方冲下来,叫寒潮,会带来剧烈降温和大风;而台风是海面上发展起来的巨大气旋,中心气压特别低,四周的风呼呼地往中心转,还会带来狂风暴雨。”
“气旋又是什么呀?“小松好奇。
“气旋就是一团中心气压低、空气绕着中心旋转的天气系统。“舅舅在图上画了个圈,“北半球的气旋,风是逆时针往中心转的。台风就是热带海洋上的超级气旋。反过来,中心气压高、空气往外散开的,叫反气旋,常常带来晴朗的好天气。”
小松盯着图上的圈圈看了一会儿:“那天气预报里说的’受高压控制,天气晴好’,就是反气旋来了?”
“对!“舅舅赞许地说,“高压就是反气旋,空气往下沉,云不好形成,所以天晴;低压就是气旋,空气往上抬,水汽凝结成云,容易下雨。看懂了气压,就看懂了天气的’心情’。”
小松觉得,天气图上的每一条线,都像在讲一个关于空气和气压的故事。”
第9章 · 彩虹桥的秘密
冷锋过后的一天傍晚,雨停了,太阳从西边露出脸来。小松推开窗,忽然指着东方喊:“舅舅,快看!彩虹!”
一道弯弯的七彩长桥,横跨在山谷上空,红橙黄绿蓝靛紫,一层挨着一层,美得让人说不出话。
“彩虹是怎么来的呀?“小松问。
“彩虹是太阳和雨滴合作的作品。“舅舅说,“阳光看起来是白色的,其实是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光混合成的。雨后的空气里,还飘着许多小水滴,阳光射进这些水滴,会发生折射和反射。”
“折射和反射?“小松眨眨眼。
“光从空气斜着射进水里,会拐个弯,这叫折射。“舅舅解释,“阳光先折射进水滴,再在水滴内部反射一次,最后又折射出来。不同颜色的光,拐弯的程度不一样,于是本来混在一起的白光,就被分开成了七色,像被雨滴’拆’开了一样。”
“所以彩虹就是雨滴把太阳光拆成了七色,再送到我们眼睛里?“小松兴奋地说。
“对!“舅舅点头,“而且每一颗雨滴都只把你这个位置能看到的那一种颜色送给你,成千上万颗雨滴一起,就拼成了一条完整的彩虹。你看到的是属于你的彩虹,别人站的位子不同,看到的彩虹也不完全一样。”
小松更惊讶了:“彩虹还有专属的?”
“当然。“舅舅笑了,“所以你看到彩虹,得背对着太阳,彩虹才会出现在你前方。太阳越接近地平线,彩虹越高;要是太阳当头照,你就看不到彩虹了。”
“那为什么有时候能看见两条彩虹呢?“小松又问。
“那是双彩虹。“舅舅说,“外圈那条叫霓,颜色比内圈淡,顺序也正好相反。那是因为阳光在水滴里多反射了一次,多拐了一次弯。第二道彩虹更暗,所以不容易被发现。”
“那喷泉边、浇花的水雾里,也能看到彩虹吗?“小松想起夏天玩水时的情景。
“能呀!“舅舅说,“只要空气里有小水滴,又有阳光从背后照过来,就可能出现彩虹。喷泉、瀑布、洒水器旁边,都能看到小彩虹。彩虹的秘密不在天上,而在每一颗小水滴里。”
小松目不转睛地看着彩虹慢慢变淡,最后消失在山谷里。他忽然觉得,原来连一道彩虹,都藏着光和水滴的秘密。大自然真是一位最了不起的魔术师。
第10章 · 我也来当气象员
暑假快结束了,小松已经不再是那个只会问"云为什么不掉下来"的小男孩了。他学会了看百叶箱里的温度计,学会了读风向标,还学会了观察云的变化。
“小松,明天要降温,还是升温?“一天早晨,舅舅故意考他。
小松抬头看看天,只见东边一片鱼鳞似的卷云,风从北边吹来,凉飕飕的。“有卷云说明高空水汽多,北风又把冷空气吹过来……我猜,明天要降温,说不定还会下雨。”
舅舅欣慰地点点头:“预报得不错!明天确实有冷空气过来。”
小松得意极了,又问:“舅舅,那我长大后也能当气象员吗?”
“当然能!“舅舅说,“不过当气象员可不只是看天,还要懂数学、物理、地理,会看卫星云图,会分析数据。不过最重要的是,要有一颗好奇的心,永远愿意问’为什么’。”
小松认真地点点头。这个暑假,他弄懂了好多事情:风是空气从气压高的地方流向气压低的地方;云是水蒸气升到高空遇冷凝结成的小水滴;雨是云里的小水滴碰撞合并、变重后落下来;雪是水蒸气直接凝华成的冰晶;闪电是云里的电放出来的光,雷声是空气被烧热后膨胀的巨响。
他抬头望着满天的云,忽然觉得自己和大自然之间,好像多了一条细细的线——那是一条由水蒸气、温度和空气连成的线。原来,抬头看云卷云舒,背后都是大自然的科学。
离别那天,舅舅送给他一个小小的百叶箱模型,还有一句话:“记住,天气没有秘密,只有你还没弄懂的科学。”
小松把模型紧紧抱在怀里。他知道,从今以后,每一阵风、每一朵云、每一滴雨,都会成为他探索大自然的新线索。
“舅舅,那天气预报是从什么时候开始的呀?“临别前,小松又问。
“很早很早。“舅舅说,“古时候没有仪器,人们就靠观察天空和物候来猜天气。你听过的’朝霞不出门,晚霞行千里’‘蚂蚁搬家要下雨’,就是古人总结的经验。后来,人们发明了温度计、气压计、湿度计、风向标,天气观测才越来越准确。”
“那什么时候开始能真正’预报’天气呢?“小松追问。
“大约一百多年前,人们开始用电报把各地同时观测的天气传到一个地方,画成天气图,才第一次能看出天气的走向。再后来,探空气球、气象雷达、人造卫星、超级计算机接连出现,天气预报就越来越准、越来越提前了。“舅舅说,“现在,我们不仅能预报明天、后天,还能预报未来一周甚至更久的大致天气。”
“真了不起!“小松由衷地说,“那以后预报会不会更准呀?”
“一定会。“舅舅望着天空,“科学一直在进步,未来还会有更聪明的卫星、更快的计算机。也许有一天,天气预报能精确到每一条街、每一个小时。到那时,说不定就轮到你这样的孩子来接班了。”
临走的前一晚,小松翻开自己的小本子,上面密密麻麻记满了这个暑假的"天气日记”:几月几日,晴,卷云,北风三级,傍晚气压下降;几月几日,雷阵雨,先见闪电后闻雷声,估计雷雨约三公里远……
舅舅凑过来看了一眼,笑了:“好样的,会自己观测、自己记录、自己分析了。这就是气象员的基本功。”
“舅舅,我还有一个问题。“小松合上本子,“天气这么复杂,为什么你们还能预报得比较准呢?”
“因为天气看似千变万化,背后却是有规律的。“舅舅说,“水循环、大气运动、冷暖空气的相互作用,都遵循物理规律。我们观测得越细,计算得越准,对规律的把握就越深,预报也就越准。虽然天气预报还不能百分之百准确,但科学的脚步一直在往前走。”
小松点点头。他想起第一天来时的自己,什么都不懂,只会一个劲儿地问"为什么”;而现在的他,已经能看着云和风,说出个一二三来了。
窗外的星星一闪一闪,山风轻轻地唱着歌。小松知道,这个暑假他收获的,不只是关于天气的知识,更是一双学会观察大自然的眼睛。
读后想一想
- 风是怎么形成的?为什么海边的风,白天从海上吹向陆地,晚上又从陆地吹回海上?
- 水蒸气是无色透明的,可云为什么是白白的、看得见的?水蒸气要变成水滴,需要什么"靠山”?
- 雨和雪都是水变的,它们形成的过程有什么不同?
- 为什么我们总是先看见闪电、后听见雷声?雷雨天我们应该注意什么?
- 你能用自己的话,把"水循环"完整地讲一遍吗?水从哪儿来,又会到哪儿去?