第4章 生活中常见的气象现象(1)

未央花——窗户也能作出美丽的画

在姥爷家过春节，一觉醒来发现床边的窗户上出现很多冰花，奇形怪状非常漂亮。凯凯用手摸上去感觉凸凹不平，他问爸爸：“玻璃上哪里来的这么多图案？”

爸爸和他开起了玩笑，说：“这是你夜里睡觉时，妈妈画的。”

凯凯转向妈妈问：“真的吗，妈妈？”

妈妈回答说：“爸爸和你开玩笑呢，这不是我画的，是它自己形成的。”

冬天气温较低的时候，总能够看到玻璃上出现美丽的冰花，这些图案是怎么来的呢？下面将详细地为你讲解。

在寒冷的冬天，人们都关紧房门和窗户在屋子里取暖。这样屋子里的温度就会升高，水就会蒸发成空气中的水蒸气，它们在空气中运动的时候，碰上冰冷的玻璃就会凝结成水滴。因为外面气温低，屋里气温高，窗户介于两者之间，就会产生凝华。玻璃表面的光滑度不同，有的玻璃较为光滑，有的则较为毛糙；有的非常干净，一尘不染，有的玻璃上面则有很多污垢。这样，水蒸气蒙上去的时候，就会变得不均匀，有的地方水蒸气多些，冰结得厚些，有的地方水蒸气少一些，冰就结得薄些。

另外，由于冰的厚薄程度不同，在冰结得薄的地方会比较脆弱，容易融化，在冰结得较厚的地方则不容易融化，这样就更加剧了图形的多样性。

另外，由于水是有表面张力的，水分子和水分子之间有一种互相的拉力，它们有向水的中心团聚的倾向，荷叶上的漂亮的露珠就是这样形成的。而在玻璃窗这个平面上，一团一团的水分子也各自向自己的中心“使力”，这样用力的结果，就出现了各种形状各异的漂亮的几何图案。这些图案并不一定是五角或六角的，还可以是其他几何图案。但不管是什么图案，一定会是非常规整，非常美丽的。

在物理学上，这种拉力就是电子之间的相互吸引，使得分子排列非常规则。就这样，玻璃上各种各样的美丽冰花就“画”出来了。

凯凯又学到了新知识，他问：“有没有办法去控制图形的形状呢？”

爸爸点点头，“当然有了，这需要你了解和掌握更多的知识才能做到。”

凯凯点点头，说：“我一定要好好学习，掌握更多的知识。”

奇趣小知识：

在生活中，将冰棍从冰箱里拿出来后会看到表层有一层“霜”，这就是凝华现象。大自然中见到的霜，就是凝华现象，是水蒸气由气体直接变成固体。

七彩桥——彩虹为什么画不出圆形

有句谚语说“六月的天，孩子的脸，说变就变”，刚刚还是晴空万里，突然就下起了雨；一场大雨过后，天气又放晴了。

凯凯和爸爸一起到外面去洗车，这个时候，东方的天空升起了一道美丽的彩虹，凯凯站在那里看呆了，他从来没有看到过这样美丽的彩虹，便问爸爸：“爸爸，那是什么啊？真好看。”

爸爸说：“那叫彩虹，彩虹是气象中的一种光学现象，出现在雨后。雨后的天空中有大量的水汽或者雨点，当阳光照射到半空中的雨点或者水汽上时，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光谱。那些美丽的光谱从外到内分别是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。”

在气象学中，彩虹出现的条件很简单，其实只要空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便产生可以观察到的彩虹现象。彩虹常在下午雨后刚转晴时出现。这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗。观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。

凯凯学到了新知识非常高兴，说：“等会儿回到家里我要把刚刚看到的彩虹画下来，并贴在自己的书桌旁。”

爸爸问：“你看到的彩虹是什么形状的？”

凯凯说：“是拱形的，像桥一样。”

爸爸摇摇头。难道彩虹不是拱形的吗？

彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。当中以40至42度的反射最为强烈，形成我们所见到的彩虹。形成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来的，红光在最上方，其他颜色在下。

经过气象学家的研究发现，彩虹其实并非出现在半空中的特定位置。它是观察者看见的一种光学现象，彩虹看起来的所在位置，会随着观察者而改变。当观察者看到彩虹时，它的位置必定是在太阳的相反方向。彩虹的拱以内的中央，其实是被水滴反射、放大了的太阳影像。所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，刚好是观察者头部影子的方向，虹的本身则在观察者头部的影子与眼睛一线以上40度至42度的位置。因此当太阳在空中高于42度时，彩虹的位置将在地平线以下而不可见。这也是为什么彩虹很少在中午出现的原因。

至于为什么彩虹不是完整的圆圈而仅是圆周的一部分——拱形，这跟太阳的高度有关，通常是太阳愈高，彩虹“隐入地下”的部分愈多，从而显露出圆弧形的彩虹部分就愈少的缘故。

如果有幸在飞机上看到彩虹，映入眼帘的彩虹是原整的圆形而不是拱形，而圆形彩虹的正中心则是飞机行进的方向。

奇趣小知识：

在生活中，我们平时看到的白光是由各种光线汇集而成的，即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这七种光的折射能力有所不同，当白光被折射时因这七种光的折射能力不同而会被折射到不同地方，所以看到七种光，色散就是指白光被折射成七种色光。

铁扇公主——火焰山真的存在吗

凯凯在家中看电视剧《西游记》，看到唐僧师徒四人过火焰山，孙悟空借来芭蕉扇扇灭火焰，师徒四人才得以过山的情节，凯凯看得津津有味。爸爸问：“你想不想像他们一样去火焰山走走？”

凯凯笑了，“爸爸，你在跟我开玩笑吧？火焰山是电视中的，现实中又没有。”

爸爸听完后哈哈大笑，问：“你怎么知道没有呢？”

爸爸有没有开玩笑呢？现实中有火焰山吗？

其实，《西游记》中的很多地名和场景在现实中都是存在的。

《西游记》中的火焰山的场景，在现实世界中是真实存在的，它位于我国新疆吐鲁番盆地北缘的火焰山，古书称其为“赤石山”，维吾尔语称为“克孜勒塔格”（意思是“红山”）。

经过地质学家的研究发现，火焰山的山体由红色砂岩构成，远远地看上去像着了火一样。火焰山东起鄯善县兰干流沙河，西至吐鲁番桃儿沟，绵延100多公里。

在夏季到来时，地面上红沙漫漫，灰尘飞扬，和电视中的情节很像。这里荒山秃岭，寸草不生，漫山遍野一片赤红，常年的高温导致土壤龟裂，看上去很吓人。尤其是酷暑时节，火焰山在烈日照射下，地面上热气沸腾，“焰云”笼罩，赤褐色的山体反射着灼热的阳光，砂岩熠熠闪光，像着了火一样，整座火焰山形如飞腾的火龙，十分壮观。

当然，现实中的火焰山并没有《西游记》中描述的那样热，但温度也超过其他地方。吐鲁番盆地是全国有名的火洲，气温非常高，而火焰山更胜一筹，它称得上是我国最热的地方了。

根据中国气象资料观测统计，夏季火焰山的最高气温可高达47.8℃，地表最高温度达70℃以上，这么高的温度，很快就能把一只埋在沙窝里的鸡蛋烤熟。

由于特殊的条件，当地人经常把鸡蛋放在沙地里，一边晒日光浴，一边享受烤鸡蛋的美味。

不过，火焰山的昼夜温差很大。太阳落山后，大地就如熊熊燃烧的火炉一下熄灭了，气温随之剧烈下降。当地有谚语说“早穿棉袄午穿纱，守着火炉吃西瓜”，很形象地道出了火焰山地区的独特气候特点。

接下来，我们要讨论一下火焰山是如何形成的。

凯凯说：“我知道，孙悟空大闹天宫时，把太上老君的八卦炉踢翻了，八卦炉中的炭火被打翻后，落到吐鲁番了。”

爸爸听完后哈哈大笑，凯凯说的对吗？

其实，火焰山是长期的气候环境形成的。特殊的地理位置，让它经历了上亿年的风蚀、沙化、雨浸，特别是在长期的高温、干旱侵袭后，才形成了今天的地貌格局。火焰山之所以非常热，与当地的地理条件密不可分。

首先，吐鲁番盆地海拔很低，四周都是高山，高山阻挡了气流的进出，导致空气流通不畅，这导致太阳辐射的热量无法散失。

其次，吐鲁番盆地地处内陆，干燥少雨，太阳照射时间长，再加上地面植物稀少，地层表面多是易吸热的砂石层。

再次，砾石的比热较小，升温很快，温度明显高于其他地区。再加上火焰山山体通红，更给人的心理上增加了炎热之感。

通过爸爸的认真讲述，凯凯弄懂了这个问题。

奇趣小知识：

在冬季，我们供热常用的暖水袋，里面装的是水而不是油，正是因为水的比热是所有液态和固态物质中最大的，降温最慢，能够较长时间地为人的双手提供温度。

新鲜空气——早晨的空气是新鲜的吗

天刚亮凯凯就起床了，他要陪爷爷去晨练。可是，爷爷并没有立即去晨练，先是认真地洗涮一番，然后又将院子内外都打扫了一遍，似乎并不着急去晨练。