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我国诗歌源远流长、博大精深,内容涉及气象和气候知识的为数不少。其中借气象、气候景观表达真情实感的最为亮丽,或热情奔放、直抒情怀,或诙谐洒脱、令人神往,或寓意深刻、富有浓郁的生活气息。下面精选几句,从物理学的角度分析其中的科学道理。
一、东边日出西边雨
唐代诗人刘禹锡的《竹枝词》:“杨柳青青江水平,闻郎江上踏歌声。东边日出西边雨,道是无晴却有晴。”该诗形象地描绘了夏季局地热雷雨的奇特现象。在炎热的夏季,我们常常会遇到这样的现象,在同一个城市的同一时间里,会出现东边艳阳高照,西边却暴雨如注的奇特景象。正如诗中所言,东边日出西边雨,道是无晴却有晴。诗人形象地描述了夏季局地热雷雨的特征。为什么会出现这种奇妙的现象?道理何在呢?
在炎热的夏季,强烈的太阳辐射为对流天气的产生提供了热力条件。下垫面(地球表面存在着大陆与海洋,大陆情况尤为复杂,地形的起伏、森林的覆盖、裸露的地面、湖泊的分布等诸多因素,对热能的反映是有差异的,所有这些统称为下垫面因素)性质的差异使其接受太阳辐射不均匀.导致有的地方气温高,有的地方气温低。气温高的地方空气受热膨胀,气压下降;气温低的地方气压高于气温高的地方,于是低温区和高压区就产生了气压梯度力,在气压梯度力的作用下,地面空气由高压区(冷区)向低压区(暖区)流动。暖区因地面气流辐合产生上升运动,冷区因气流辐散产生下沉运动。上升运动使上层增压,下沉运动使上层减压,于是上层冷区气压降低,暖区气压升高,又产生了由暖区指向冷区的气压梯度力,上层空气由暖区向冷区流动,于是产生了局地热力环境。地面冷区空气向暖区流动,暖区空气上升到一定高度后向冷区流动,冷区上层空气下降。之所以称之为局地热力环境,是因为该环境是下垫面受热不均匀引起的,且范围比较小。海陆之间、山谷之间、城乡之间均会产生局地热力环境。局地热雷雨就产生在地面暖区,而冷区则是一片晴空。因为地面暖区低层气温高,不稳定性强,易产生对流天气,加上暖区处于局地热力环流的上升区,上升气流可引发降水;而地面冷区因气温低、气层相对稳定,不易产生对流大气,加之此处又有下沉气流,更不容易产生降水。
二、四月桃花始盛开
唐代大诗人白居易于元和十二年(公元817年)农历四月到庐山香炉峰顶的大林寺游玩时,发现山中桃花正在含苞欲放,感到非常惊奇。诗人以一种特别敏锐的感受能力,通过细致观察客观事物的新鲜感受,激起蓄积已久、一触即发的灵感,将其焕发起来的飞腾想象,化为奇特精警的诗句:“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开。长恨春归无觅处,不知转入此中来。”
桃花在阳春三月(农历,下同)开放,四月桃花早已谢尽。为什么庐山香炉峰顶的大林寺的桃花在四月才刚开始盛开呢?有一定的科学道理吗?
根据热力学第一定律可知,高空的气温要比地面低。这是因为地面在经过太阳照射之后,会向外辐射热量。附近的空气受到地面的热辐射,温度要升高,成为暖空气。暖空气受热膨胀,密度比周围空气的密度小,会上升,并且越往上气压越低,所以暖空气就越会膨胀。空气在膨胀的同时会对外做功,使得自身的内能减小,因此温度就会下降。这样,空气不断变冷,于是山上就变成了“寒宫”。干燥的空气每上升100米,温度就会下降1℃。如果空气潮湿,水蒸气由于温度下降液化成水珠时就会散发热量,使得空气变暖,这时每上升100米,温度只会降低0.6℃-0.7℃。
由于春季(公历4月,农历三月)庐山上要比山下的九江气温平均低5℃,夏季庐山上要比山下气温低6.6℃左右。5℃~7℃的温差在气候上要相差1个多月。即庐山山顶农历四月的气候相当于山下九江农历三月初的气候,这也就难怪山下桃花“四月芳菲尽”,而庐山顶上的大林寺“桃花始盛开”了。
三、冬雷震震夏雨雪
汉代乐府诗《上邪》巧妙地借助冬天打雷这一罕见的自然现象,表达了自己至死不渝的纯真爱情。“上邪!我欲与君相知,长命无绝衰。山无陵,江水为竭,冬雷震震,夏雨(降落的意思)雪,天地合,乃敢与君绝!”这首指天为誓追求爱情的诗,一连用的五个比喻中,“冬雷震震”、“夏雨雪”也与气象有关。
打雷是夏季雨天的常见现象,可是冬季雷电却极为罕见。雷电产生于积雨云中,积雨云形成于大气低层高温、高湿的不稳定气层中(离地面100米~2000米的高度)。我国的夏季多偏南风,从海洋上源源不断地向我国大陆输送水汽,加上强烈的太阳辐射对地面的加热,很容易形成不稳定气层。一旦有合适的触发机制,即可形成积雨云,并产生雷电。
我国冬季多偏北风,从极地吹来的空气既寒冷又干燥,使得气层比较稳定,难以形成雷电的母体——积雨云。但是若冬季低层暖湿平流和高层干冷平流均很强,并且又有强大的对流冲击力时,同样会产生对流而发生雷电天气,只是这种情况比较少见而已。
诗中“夏雨雪”在平原地区还没有记录。《窦娥冤》中有六月(农历)飞雪,以示窦娥冤情深重,但从气象学的角度分析,“夏雨雪”还是很值得商榷的。雪产生于层状云中(离地面2000米-5000米),而层状云中上升气流速度小,产生的降水粒子尺度小(质量小),加上夏季云中0℃层较高,即使上层下降的是雪花,质量较小的雪花经过暖云层后会立即融化为雨滴落至地面。当然高山地区另当别论。因为海拔较高的山区,夏季气温也较低,与平原地区的冬季差不多,降雪也很自然,就像平原地区冬季降雪一样。
一、东边日出西边雨
唐代诗人刘禹锡的《竹枝词》:“杨柳青青江水平,闻郎江上踏歌声。东边日出西边雨,道是无晴却有晴。”该诗形象地描绘了夏季局地热雷雨的奇特现象。在炎热的夏季,我们常常会遇到这样的现象,在同一个城市的同一时间里,会出现东边艳阳高照,西边却暴雨如注的奇特景象。正如诗中所言,东边日出西边雨,道是无晴却有晴。诗人形象地描述了夏季局地热雷雨的特征。为什么会出现这种奇妙的现象?道理何在呢?
在炎热的夏季,强烈的太阳辐射为对流天气的产生提供了热力条件。下垫面(地球表面存在着大陆与海洋,大陆情况尤为复杂,地形的起伏、森林的覆盖、裸露的地面、湖泊的分布等诸多因素,对热能的反映是有差异的,所有这些统称为下垫面因素)性质的差异使其接受太阳辐射不均匀.导致有的地方气温高,有的地方气温低。气温高的地方空气受热膨胀,气压下降;气温低的地方气压高于气温高的地方,于是低温区和高压区就产生了气压梯度力,在气压梯度力的作用下,地面空气由高压区(冷区)向低压区(暖区)流动。暖区因地面气流辐合产生上升运动,冷区因气流辐散产生下沉运动。上升运动使上层增压,下沉运动使上层减压,于是上层冷区气压降低,暖区气压升高,又产生了由暖区指向冷区的气压梯度力,上层空气由暖区向冷区流动,于是产生了局地热力环境。地面冷区空气向暖区流动,暖区空气上升到一定高度后向冷区流动,冷区上层空气下降。之所以称之为局地热力环境,是因为该环境是下垫面受热不均匀引起的,且范围比较小。海陆之间、山谷之间、城乡之间均会产生局地热力环境。局地热雷雨就产生在地面暖区,而冷区则是一片晴空。因为地面暖区低层气温高,不稳定性强,易产生对流天气,加上暖区处于局地热力环流的上升区,上升气流可引发降水;而地面冷区因气温低、气层相对稳定,不易产生对流大气,加之此处又有下沉气流,更不容易产生降水。
二、四月桃花始盛开
唐代大诗人白居易于元和十二年(公元817年)农历四月到庐山香炉峰顶的大林寺游玩时,发现山中桃花正在含苞欲放,感到非常惊奇。诗人以一种特别敏锐的感受能力,通过细致观察客观事物的新鲜感受,激起蓄积已久、一触即发的灵感,将其焕发起来的飞腾想象,化为奇特精警的诗句:“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开。长恨春归无觅处,不知转入此中来。”
桃花在阳春三月(农历,下同)开放,四月桃花早已谢尽。为什么庐山香炉峰顶的大林寺的桃花在四月才刚开始盛开呢?有一定的科学道理吗?
根据热力学第一定律可知,高空的气温要比地面低。这是因为地面在经过太阳照射之后,会向外辐射热量。附近的空气受到地面的热辐射,温度要升高,成为暖空气。暖空气受热膨胀,密度比周围空气的密度小,会上升,并且越往上气压越低,所以暖空气就越会膨胀。空气在膨胀的同时会对外做功,使得自身的内能减小,因此温度就会下降。这样,空气不断变冷,于是山上就变成了“寒宫”。干燥的空气每上升100米,温度就会下降1℃。如果空气潮湿,水蒸气由于温度下降液化成水珠时就会散发热量,使得空气变暖,这时每上升100米,温度只会降低0.6℃-0.7℃。
由于春季(公历4月,农历三月)庐山上要比山下的九江气温平均低5℃,夏季庐山上要比山下气温低6.6℃左右。5℃~7℃的温差在气候上要相差1个多月。即庐山山顶农历四月的气候相当于山下九江农历三月初的气候,这也就难怪山下桃花“四月芳菲尽”,而庐山顶上的大林寺“桃花始盛开”了。
三、冬雷震震夏雨雪
汉代乐府诗《上邪》巧妙地借助冬天打雷这一罕见的自然现象,表达了自己至死不渝的纯真爱情。“上邪!我欲与君相知,长命无绝衰。山无陵,江水为竭,冬雷震震,夏雨(降落的意思)雪,天地合,乃敢与君绝!”这首指天为誓追求爱情的诗,一连用的五个比喻中,“冬雷震震”、“夏雨雪”也与气象有关。
打雷是夏季雨天的常见现象,可是冬季雷电却极为罕见。雷电产生于积雨云中,积雨云形成于大气低层高温、高湿的不稳定气层中(离地面100米~2000米的高度)。我国的夏季多偏南风,从海洋上源源不断地向我国大陆输送水汽,加上强烈的太阳辐射对地面的加热,很容易形成不稳定气层。一旦有合适的触发机制,即可形成积雨云,并产生雷电。
我国冬季多偏北风,从极地吹来的空气既寒冷又干燥,使得气层比较稳定,难以形成雷电的母体——积雨云。但是若冬季低层暖湿平流和高层干冷平流均很强,并且又有强大的对流冲击力时,同样会产生对流而发生雷电天气,只是这种情况比较少见而已。
诗中“夏雨雪”在平原地区还没有记录。《窦娥冤》中有六月(农历)飞雪,以示窦娥冤情深重,但从气象学的角度分析,“夏雨雪”还是很值得商榷的。雪产生于层状云中(离地面2000米-5000米),而层状云中上升气流速度小,产生的降水粒子尺度小(质量小),加上夏季云中0℃层较高,即使上层下降的是雪花,质量较小的雪花经过暖云层后会立即融化为雨滴落至地面。当然高山地区另当别论。因为海拔较高的山区,夏季气温也较低,与平原地区的冬季差不多,降雪也很自然,就像平原地区冬季降雪一样。