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第二章 自然现象（第2页）

从海龙卷群发生成长的过程，可以把其分成多个成长阶段。在海龙卷群中最成熟的要推“母龙卷气旋”，依次是龙卷气旋族、龙卷气旋、龙卷涡旋、龙卷漏斗、吸管涡旋，构成一个完整的家族。其相互关系是：母龙卷气旋是由多个龙卷气旋组成的，它的作用范围在10-20公里，其威力属海龙卷之首；龙卷气旋是由各个龙卷涡旋组成，作用尺度在3-10公里；龙卷涡旋也称小龙卷气旋，是由多个龙卷漏斗组成，作用在1-3公里范围内；龙卷漏斗也是通常所见的漏斗云，它的尺度约为300米，一根漏斗云里，有两个甚至三个以上吸管涡旋，所以也称母涡旋；吸管涡旋是海龙卷群中最年轻的，它的尺度一般不超过30米，但其破坏力却是最大的，有时比台风威力还大，主要是它那涡旋轴范围小气压梯度特别大，压力差可达20百帕以上，为台风内部平均气压差的几百倍甚至上千倍，因此其内部风速极大，多在每秒100米以上，要比台风大几倍，所经之处常能造成极严重的灾害，海龙卷能把海上船只和水以及水里的一切东西带进云层中，这些暴风云中的强风则携带着卷进来的东西长途穿行，然后一股脑儿的将它们倾倒在毫无准备的人或建筑物之上。鱼从天而降，这就是海龙卷的作用，即是“鱼雨”形成的原因。

据澳大利亚媒体2010年3月2日报道，天上下雨不是新闻，但天上“下鱼”大概是许多人闻所未闻的奇闻。澳大利亚北部地区的拉加马奴镇日前竟连续下了2天“鱼雨”，成千上万条小鱼竟从天而降，而这些鱼落到地面时居然仍是活着的！专家推测，这些小鱼很可能是在一场龙卷风中，随着河水一起被狂风卷入到数万英尺空中，继而随风在空中“飞行”了数百公里，最终在拉加马奴镇上空落下，从而形成了天降“鱼雨”的奇观。

鱼雨在拉丁美洲，成为很多国家的民间传说。据说在鱼雨到来之前，天上乌云滚滚，大风呼啸，强风暴雨大约持续2到3小时之后，数百条活鱼在地面上。人们把这些地上的新鲜活鱼拿回家烹饪，看似多可笑的事情啊，可是它却真实存在着。自从1998年的一场鱼雨后，洪都拉斯国家的Yoro城市在每年都会过这个“鱼雨”节。

濒临加勒比海的洪都拉斯人很喜欢吃鱼。有趣的是在每年的5月至7月间，洪都拉斯的一些地区都会下鱼雨。这种现象已经有些年头了，如今更被写进许多民俗故事中。记者没有亲眼见过天上掉鱼的奇观。据说鱼雨来临之前，天上乌云滚滚，大风呼啸，强风暴雨大约持续两三个小时之后，数百条活鱼，便落在地上。从1989年开始，洪都拉斯人每年都庆祝鱼雨节。2006年，洪都拉斯电视台曾报道过鱼雨出现过两次。记者曾打听过鱼雨的成因，不过得到的回答都是“民间传说”版：1856年，一个叫苏比让拿的西班牙神父来到洪都拉斯。为了帮助穷人，他连续三天祈祷，请神赐予食物。自那时起就开始下鱼雨了。其实鱼雨在世界其它地方也出现过，大多时候和龙卷风等天气现象有关。不过像洪都拉斯这样集中，还真是罕见。

除了鱼雨外，据有关资料记载，1881年英国伍斯特城下过一场螃蟹雨和蜗牛雨。1979年在维多利亚城附近的卡里希地区，下过虾雨和淡水鱼雨。19世纪初，在丹麦下的一场虾雨，足足有20分钟时间，1933年，前苏联远东科瓦利托活下了一场罕见的海蜇雨。

5．可怕的干旱

干旱的大地干旱（arid），是一种水量相对亏缺的自然现象。通常指淡水总量少，不足以满足人的生存和经济发展的气候现象。干旱是一种水量相对亏缺的自然现象。通常指淡水总量少，不足以满足人的生存和经济发展的干旱常常以其延续时间长、波及范围广、造成饥荒等特点而成为一种严重的自然灾害。干旱可分为相互联系的土壤干旱和大气干旱两个方面。土壤干旱和气候干旱的主要表现都是降水不足。因此，降水不足是干旱问题的症结所在，是干旱的根本原因。降水量是直接影响土地是否干旱的关键因素，发生干旱的几率和降雨量是成正比的，但是干旱并不完全由降雨量决定，还与蒸发等因素有关。

根据干旱的持续时间，可分为：

小旱：连续无降雨天数，春季达16——30天、夏季16——25天、秋冬季31——50天。

中旱：连续无降雨天数，春季达31——45天、夏季26——35天、秋冬季51——70天。

大旱：连续无降雨天数，春季达46——60天、夏季36——45天、秋冬季71——90天。

特大旱：连续无降雨天数，春季在61天以上、夏季在46天以上、秋冬季在91天以上。

干旱对人类有很大的危害。最直接危害是造成农作物减产，使农业歉收，严重时形成大饥荒。在严重干旱时，人们饮水发生困难，生命受到威胁。中国西北一些地区因经常发生干旱，人畜饮水极端困难，被迫进行人口大迁移。在以水利发电为主要电力能源的地区，干旱造成发电量减少，能源紧张，严重影响经济建设和人们生活。在干旱季节，火容易发生，且难以控制和扑灭。事实上，大多数火灾，特别是大的森林火灾都发生在干旱高温季节。灾还常常带来蝗灾，在广大的干旱、半干旱地区，干旱造成沙漠化，使土地资源遭受极大的破坏。国家防总秘书长、水利部副部长鄂竟平说，受自然气候影响，中国每年都有不同程度的旱灾发生。常年农作物受旱面积约3亿至4亿亩，每年损失粮食近158亿公斤，占各种自然灾害损失总量的60％。农业生产一方面干旱缺水，一方面浪费水严重。中国灌溉水利用率只有45％，而发达国家为70％左右。中国一半以上的耕地没有水利设施，主要是靠天吃饭。应对干旱，需要转换新思路，变被动抗旱为主动抗旱，由单一抗旱转向全面抗旱。全面抗旱应该在重视农业抗旱的同时，更加科学理性地做好城市的生活、生产和生态等全方位的抗旱工作，实现水资源的合理开发、优化配置和高效利用。旱情达到严重时甚至会影响到人们的生存，严重缺水时人们生活的饮用水得不到正常供应，人类严重缺乏饮用水资源就会造成大的疾病泛滥情况，产生各种不利于人类生存的各种影响。

但是干旱和旱灾还是有区别的。仅仅从自然的角度来看，干旱和旱灾是两个不同的科学概念。干旱通常指淡水总量少，不足以满足人的生存和经济发展的气候现象。干旱一般是长期的现象，而旱灾却不同，它只是属于偶发性的自然灾害，甚至在通常水量丰富的地区也会因一时的气候异常而导致旱灾。干旱和旱灾从古至今都是人类面临的主要自然灾害。即使在科学技术如此发达的今天，它们造成的灾难性后果仍然比比皆是。尤其值得注意的是，随着人类的经济发展和人口膨胀，水资源短缺现象日趋严重，这也直接导致了干旱地区的扩大与干旱化程度的加重，干旱化趋势已成为全球关注的问题。

自然界的干旱是否造成灾害，受多种因素影响，对农业生产的危害程度则取决于人为措施。世界范围各国防止干旱的主要措施是：（1）兴修水利，发展农田灌溉事业；（2）改进耕作制度，改便作物构成，选育耐旱品种，充分利用有限的降雨；（3）植树造林，改善区域气候，减少蒸发，降低干旱风的危害；（4）研究应用现代技术和节水措施，例如人工降雨，喷滴灌、地膜覆盖、保墒，以及暂时利用质量较差的水源，包括劣质地下水以至海水等。

6．雄伟壮观的雷电

雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中，由于闪电通道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。这就是人们见到和听到的闪电雷鸣。

雷电分直击雷、电磁脉冲、球形雷、云闪四种。其中直击雷和球形雷都会对人和建筑造成危害，而电磁脉冲主要影响电子设备，主要是受感应作用所致；云闪由于是在两块云之间或一块云的两边发生，所以对人类危害最小。直击雷就是在云体上聚集很多电荷，大量电荷要找到一个通道来泄放，有的时候是一个建筑物，有的时候是一个铁塔，有的时候是空旷地方的一个人，所以这些人或物体都变成电荷泄放的一个通道，就把人或者建筑物给击伤了。直击雷是威力最大的雷电，而球形雷的威力比直击雷小。

关于雷云的形成，有以下几种原因：

（1）对流云初始阶段的“离子流”假说。

大气中存在这大量的正离子和负离子，在云中的雨滴上，电荷分布是不均匀的，最外边的分子带负电，里层的带正电，内层比外层的电势差约高0。25V。为了平衡这个电势差，水滴就必须优先吸收大气中的负离子，这就使水滴逐渐带上了负电荷。当对流发展开始时，较轻的正离子逐渐的被上升的气流带到云的上部；而带负电的云滴因为比较重，就留在了下部，造成了正负电荷的分离。

（2）冷云的电荷积累。

当对流发展到一定阶段，云体伸入0℃层以上的高度后，云中就有了过冷水滴、霰粒和冰晶等。这种由不同相态的水汽凝结物组成且温度低于0℃的云，叫冷云。冷云的电荷形成和积累过程有如下几种：①过冷水滴在霰粒上撞冻起电。在云层重有许多水滴在温度低于0℃时也不会冻结，这种水滴叫过冷水滴。过冷水滴是不稳定的，只要它们被轻轻地震动一下，就马上冻结称冰粒。当过冷水滴与霰粒碰撞时，会立即冻结，这叫撞冻。当发生撞冻时，过冷水滴外部立即冻成冰壳，但它的内部仍暂时保持着液态，并且由于外部冻结放的潜热传到内部，其内部液态过冷水的温度比外面的冰壳高。温度的差异使得冻结的过冷水滴外部带上正电，内部带上负电。当内部也发生冻结时，云滴就膨胀分裂，外表皮破裂成许多带正电的冰屑，随气流飞到云层上部，带负电的冻滴核心部分则附在较重的霰粒上，使霰粒带负电并留在云层的中下部。②冰晶与霰粒的摩擦碰撞起电。霰粒是由冻结水滴组成的，成白色或乳白色，结构比较松脆。由于经常有冷水滴与它撞冻并释放潜热，它的温度一般比冰晶高。在冰晶中含有一定量的自由离子（OH-和H+），离子数随温度升高而增多。由于霰粒与冰晶接触部分存在着温度差，高温端的自由离子必然要多于低温端，因而离子必然从高温端向低温端迁移。离子迁移时，带正电的氢离子速度较快，而带负电的较重的氢氧根离子则较慢。因此，在一定时间内就出现了冷端氢离子过剩的现象，造成了高温端为负，低温端为正的电极化。当冰晶与霰粒接触后，又分离时，温度较高的霰粒就带上了负电，而温度较低的冰晶就带上了正电。在重力和上升气流的作用下，较轻的带正电的冰晶集中到云的上部，较重的带负电的霰粒则停留在云层的下部，因而造成了冷云的上部带正电而下部带负电。③水滴因含有稀薄盐分而起电。出了上述冷云的两种起电机制外，还有人提出了由于大气中水滴含有稀薄盐分而产生起电机制。当云滴冻结时，冰的晶格中可以容纳负的氯离子，却排斥正的钠离子。因此，水滴冻结的部分带负电，而未冻结的部分带正电（水滴冻结时是从里向外进行的）。由于水滴冻结而成的霰粒在下落的过程中，摔掉表面还未来得及冻结的水分，形成许多带正电的小云滴，而冻结的核心部分则带负电。由于重力和气流的分选作用，电正点的小滴被带到云的上部，而带负电的霰粒则停留在云的中、下部。

（3）暖云的电荷积累

在热带地区，有一些云整个云体都位于0℃以上区域。因而只含有水滴而没有固态水粒子。这种云叫暖云或水云。暖云也会出现雷电现象。在中纬度地区的雷暴云，云体位于0℃等温线一下的部分，就是云的暖区。在云的暖区里也有起电过程发生。在雷雨云的发展过程中，上数机制在不同的发展阶段分别起作用。但是，最主要的带电机制还是由于水滴冻结造成的。大量观测事实表明，只有当云顶呈现纤维状，丝缕结构时，云彩发展成为雷雨云。飞机观测发现，雷雨云中存在以冰、雪晶和霰粒为主的大量云粒子，而且大量电荷的积累即雷雨云迅猛带电机制，必须依靠霰粒生长过程的碰撞、撞冻和摩擦等才能发生。

7．美丽的雪

雪是水或冰在空中凝结再落下的自然现象，或指落下的雪花。雪是水在固态的一种形式。雪只会在很冷的温度及温带气旋的影响下才会出现。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主要的形式。

冬季，我国许多地区的降水，是以雪的形式出现的。大气固态降水是多种多样的，除了雪花以外，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。由气态的水汽变成固态的水有两个过程，一个是水蒸气先液化变成水，然后水再凝固成冰晶；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。

雪形成的原理是什么呢？冰云是由微小的冰晶组成的。这些小冰晶在相互碰撞时，冰晶表面会增热而有些融化，并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次，冰晶便增大了。另外，在云内也有水汽，所以冰晶也能靠凝华继续增长。但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽不多，凝华增长很慢，相互碰撞的机会也不多，所以不能增长到很大而形成降水。即使引起了降水，也往往在下降途中被蒸发掉，很少能落到地面。最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候，对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴却在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上“吸附”水汽的现象。在这种情况下，冰晶增长得很快。另外，过冷却水是很不稳定的。一碰它，它就要冻结起来。所以，在混合云里，当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候，就会冻结沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面，这就是雪花。当靠近地面的空气在0℃以上，但是这层空气不厚，温度也不很高，会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面。这叫做降“湿雪”，或“雨雪并降”。这种现象在气象学里叫“雨夹雪”。

雪，在一定条件下才可以形成。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。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。