第四章（上）

48冰雹是怎样形成的

冰雹和雨、雪一样都是从云里掉下来的。不过下冰雹的云是一种发展十分强盛的积雨云，而且只有发展特别旺盛的积雨云才可能降冰雹。

积雨云和各种云一样都是由地面附近空气上升凝结形成的。空气从地面上升，在上升过程中气压降低，体积膨胀，如果上升空气与周围没有热量交换，由于膨胀消耗能量，空气温度就要降低，这种温度变化称为绝热冷却。根据计算，在大气中空气每上升100米，因绝热变化会使温度降低1度左右。我们知道在-定温度下，空气中容纳水汽有一个限度，达到这个限度就称为“饱和”，温度降低后，空气中可能容纳的水汽量就要降低。因此，原来没有饱和的空气在上升运动中由于绝热冷却可能达到饱和，空气达到饱和之后过剩的水汽便附着在飘浮于空中的凝结核上，形成水滴。当温度低于摄氏零度时，过剩的水汽便会凝华成细小的冰晶。这些水滴和冰晶聚集在一起，飘浮于空中便成了云。

大气中有各种不同形式的空气运动，形成了不同形态的云。因对流运动而形成的云有淡积云、浓积云和积雨云等。人们把它们统称为积状云。它们都是一块块孤立向上发展的云块，因为在对流运动中有上升运动和下沉运动，往往在上升气流区形成了云块，而在下沉气流区就成了云的间隙，有时可见蓝天。

积状云因对流强弱不同出一辙形成各种不同云状，它们的云体大小悬殊很大。如果云内对流运动很弱，上升气流达不到凝结高度，就不会形成云，只有干对流。如果对流较强，可以发展形成浓积云，浓积云的顶部像椰菜，由许多轮廓清晰的凸起云泡构成，云厚可以达4-5公里。如果对流运动很猛烈，就可以形成积雨云，云底黑沉沉，云顶发展很高，可达10公里左右，云顶边缘变得模糊起来，云顶还常扩展开来，形成砧状。一般积雨云可能产生雷阵雨，而只有发展特别强盛的积雨云，云体十分高大，云中有强烈的上升气体，云内有充沛的水分，才会产生冰雹，这种云通常也称为冰雹云。

冰雹云是由水滴、冰晶和雪花组成的。一般为三层：最下面一层温度在0℃以上，由水滴组成；中间温度为0℃至-20℃，由过冷却水滴、冰晶和雪花组成；最上面一层温度在-20℃以下，基本上由冰晶和雪花组成。

在冰雹云中气流是很强盛的，通常在云的前进方向，有一股十分强大的上升气流从云底进入又从云的上部流出。还有一股下沉气流从云后方中层流入，从云底流出。这里也就是通常出现冰雹的降水区。这两股有组织上升与下沉气流与环境气流连通，所以一般强雹云中气流结构比较持续。强烈的上升气流不仅给雹云输送了充分的水汽，并且支撑冰雹粒子停留在云中，使它长到相当大才降落下来。

在冰雹云中冰雹又是怎样长成的呢？在冰雹云中强烈的上升气流携带着许多大大小小的水滴和冰晶运动着，其中有一些水滴和冰晶并合冻结成较大的冰粒，这些粒子和过冷水滴被上升气流输送到含水量累积区，就可以成为冰雹核心，这些冰雹初始生长的核心在含水量累积区有着良好生长条件。雹核A在上升气流携带下进入生长区后，在水量多、温度不太低的区域与过冷水滴碰并，长成一层透明的冰层，再向上进入水量较少的低温区，这里主要由冰晶、雪花和少量过冷水滴组成，雹核与它们粘并冻结就形成一个不透明的冰层。这时冰雹已长大，而那里的上升气流较弱，当它支托不住增长大了的冰雹时，冰雹便在上升气流里下落，在下落中不断地并合冰晶、雪花和水滴而继续生长，当它落到较高温度区时，碰并上去的过冷水滴便形成一个透明的冰层。这时如果落到另一股更强的上升气流区，那么冰雹又将再次上升，重复上述的生长过程。这样冰雹就一层透明一层不透明地增长；由于各次生长的时间、含水量和其它条件的差异，所以各层厚薄及其它特点也各有不同。最后，当上升气流支撑不住冰雹时，它就从云中落下来，成为我们所看到的冰雹了。

49雾凇和雨凇是怎样形成的

在自然界里，地面物体上形成的冰晶和水滴并不都是霜和露。有一些貌似霜、露的现象，却是由其他气象条件造成的。

例如，某地区原来温度较低，各种地面物体的温度也就较低。遇到天气急遽变暖（例如温度急升10摄氏度），有些大而重的物体却不能一下子变得和周围的空气一样暖，这样，在空气和这些物体之间便形成一个比较大的温差。如果这时温度在0摄氏度以下，便会在物体上形成冰晶，它叫做“硬凇”。如果温度在0摄氏度以上，便会在物体表面凝结成水滴，叫做“水凇”。冬天玻璃窗上的“窗霜”和“呵水”的形成就与此相似。

硬凇和水凇与霜、露都是由于空气和地面物体之间存在着温度差而形成的。但是，形成硬凇和水凇的温度差是由天气变暖而引起的，形成霜、露的温度差却是由于地面物体辐射冷却所引起的。所以，它们所反映的天气条件不同，附着的物体也不尽一样，它们是不同的天气现象。

初冬或冬末，有时会出现一种奇怪现象：从空中掉下来的液态雨滴落在树枝、电线或其它物体上时，会突然冻成一层外表光滑晶莹剔透的冰层，这就是“雨淞”。这种滴雨成冰的现象是怎么回事呢？实际上这里的雨滴不是一般的雨滴，而是过冷雨滴。这种情形并不常见，多在冷暖空气交锋，而且暖空气势力较强的情况下才会发生。这是靠近地面一层的空气温度较低（稍低于摄氏零度），而其上又有温度高于摄氏零度的空气层或云层，再往上则是温度低于摄氏零度的云层，从这里掉下来的雪花通过暖层时融化成雨滴，接着当它进入靠近地面的冷气层时，雨滴便迅速冷却，由于这些雨滴的直径很小，温度虽然降到摄氏冷度以下，但还来不及冻结便掉了下来，当其接触到地面冷的物体时，就立即冻结，变成了我们所说的“雨淞”。

另外，在有过冷却雾的时候，特别有利于冰晶在地面物体上增长。这时在电线上、树枝上形成了白色的冰花，叫做“雾凇”。在有雾而温度又高于0摄氏度的时候，雾滴沾附、汇聚在树叶或其他物体上，叫做“雾凝”，这在森林中最常见。

它们也都不是霜和露，因为形成的原因不同。

50什么是雪崩

雪崩是一种自然现象，它是指大量积雪从高处突然崩塌下落。雪崩在有人居住或滑雪场等地是一种严重的灾害，常会造成房倒屋塌和人员伤亡。

雪崩都发生在山地，常见的雪崩发生在雪已经聚积了很多的时候，也有的是在特大暴雪中产生。雪崩的原因之一是在雪堆下面缓慢地形成了深部“白霜”，这是一种冰的六角形杯状晶体，与我们通常所见的冰碴相似。这种白霜的形成是因为雪粒的蒸发所造成，它们比上部的积雪要松散得多，在地面或下部积雪与上层积雪之间形成一个软弱带，当上部积雪开始顺山坡向下滑动，这个软弱带起着润滑的作用。

雪崩发生的诱因很多，通常积雪堆积过厚，超过了山坡面的摩擦阻力时，基底为春雨所松动，温暖干燥的风，声音的震响等都能使积雪开始动运，崩塌就开始了。

雪崩一旦发生，其势不可阻挡。成千上万吨的积雪夹杂着岩石碎块，以极高的速度从高处呼啸而下，所过之处将一切扫荡净尽。有些雪崩中还夹带大量空气，这样的雪崩流动性更大，有时甚至可以冲过峡谷，到达对面的山坡上。

雪崩对登山运动员、滑雪爱好者、旅行游客及当地居民是一种极大的危险，因为它的发生都是非常突然而且避险时间极短。人们总结了很多经验教训后，对雪崩已经有了一些防范的手段。比如对一些危险区域发射炮弹，提前引发积雪还不算多的雪崩，设专人监视并预报雪崩等。但作为一种自然现象，雪崩不时还会对人们造成伤害，因此，人们如果到会有雪崩发生的地方去旅游时，一定要遵守当地组织者的要求，不能独自乱跑。

51二十四节气是什么

立春、立夏、立秋、立冬--分别表示四季的开始。“立”是开始的意思。公历上一般在每年的2月4日、5月5日、8月7日和11月7日前后。

夏至、冬至--表示夏天、冬天到了。“至”是到的意思。夏至日、冬至日一般在每年公历的6月21日和12月22日。

春分、秋分--表示昼夜长短相等。“分”是平分的意思。这两个节气一般在每年公历的3月20日和9月23日左右。

雨水--表示降水开始，雨量逐步增多。公历每年的2月18日前后为雨水。

惊蛰--春雷乍动，惊醒了蛰伏在土壤中冬眠的动物。这时气温回升较快，渐有春雷萌动。每年公历的3月5日左右为惊蛰。

清明--含有天气晴朗、空气清新明洁、逐渐转暖、草木繁茂之意。公历每年大约4月5日为清明。

谷雨--雨水增多，大大有利谷类作物的生长。公历每年4月20日前后为谷雨。

小满--其含义是夏熟作物的籽粒开始灌浆饱满，但还未成熟，只是小满，还未大满。大约每年公历5月21日这天为小满。

芒种--麦类等有芒作物成熟，夏种开始。每年的6月5日左右为芒种。

小暑、大暑、处暑--暑是炎热的意思。小暑还未达最热，大暑才是最热时节，处暑是暑天即将结束的日子。它们分别处在每年公历的7月7日、7月23日和8月23日左右。

白露--气温开始下降，天气转凉，早晨草木上有了露水。每年公历的9月7日前后是白露。

寒露--气温更低，空气已结露水，渐有寒意。这一天一般在每年的10月8日。

霜降--天气渐冷，开始有霜。霜降一般是在每年公历的10月23日。

小雪、大雪--开始降雪，小和大表示降雪的程度。小雪在每年公历11月22日，大雪则在12月7日左右。

小寒、大寒--天气进一步变冷，小寒还未达最冷，大寒为一年中最冷的时候。公历1月5日和该月的20日左右为小、大寒。

52大气可分为哪几层

人类经过不懈地探索和追求，对大气层的认识越来越清晰了，科学家发现，在不同的高度上，大气的情况是在变化的，于是就人为地把大气分成五个不同的层次，以便于更好地研究大气。

对流层这一个层次从地面向上，直到10千米左右的范围，是大气层的最底层。在这个范围内，大气的温度随着高度的增加而不断下降。在11千米附近，温度下降到-55℃。在这层里，大气活动异常激烈，或者上升，或者下降，甚至还会翻滚。正是由于这些不断变化着的大气运动，形成了多种多样复杂的天气变化，风、云、雨、雪、雾、露、雷、雹也多发生在这个层次里，所以也有人称这层为气象层。这层的顶叫对流层顶。

平流层从对流层顶向上到55千米附近。在这个范围里，温度不再像对流层里那样不断下降了，它开始几乎不发生变化，然后随高度增加又增加，到平流层顶温度可达-3~17℃。这里空气成分几乎不变，水汽与尘埃几乎不存在，所以这里经常是晴空万里，能见度高。平流层中臭氧比较集中，在25千米高处臭氧最多，形成了所谓臭氧层，臭氧能强烈地吸收紫外线，它对地球上的生物非常重要。

中层从平流层顶向上，也就是从55千米到80千米这个范围被命名为中层大气，简称中层。在这里，温度随高度而下降，大约在80千米左右达到最低点，约为-90℃。

热层从中层大气向上，也就是从80千米到500千米左右的范围，这里温度随高度迅速上升，可达到1000~2000℃。所以称为热层。在这里空气高度稀薄，而且多处在高度电离状态。

逃逸层500千米以上是外大气层，这一层顶也就是地球大气层的顶。在这里地球的引力很小，再加上空气又特别稀薄，气体分子互相碰撞的机会很小，因此空气分子就像一颗颗微小的导弹一样高速地飞来飞去，一旦向上飞去，就会进入碰撞机会极小的区域，最后它将告别地球进入星际空间，所以外大气层被称为逃逸层。但总的说来，逃逸掉的大气是很少的一部分，几乎可以忽略不计。这一层温度极高，但近于等温。这里的空气也处于高度电离状态。

电离层除了以上的分层外，科学家根据大气电离状态，又将60千米以上的大气层称为电离层，电离层在远距离无线电通信方面起着很重要的作用，无线电波借助于在地面和电离层之间的多次反射而传播，实现了远距离的无线电通信。人们形容电离层为“一面反射电波的镜子”.

不过，电离层反射的只是普通的无线电广播采用的波段，对于波长较短的无线电波则起不到反射作用。电视机采用的恰恰是彼长较短的无线电波，这就是电视机为什么收看不到远处电视台节目的原因。为了能收看到大洋彼岸的电视节目，科学家利用在赤道上空36000千米高度的静止地球卫星来传播电视信号，使生动的电视画面越过大洋或大陆，送到千家万户的电视机中。

磁层在大气科学中有时还将500千米以上的大气层称为磁层。因为在这里，地球磁场对大气的运动起着决定性的作用。磁层在太阳风的作用下发生一系列变化：向着太阳的一面被压缩了，而在背着太阳的一面形成了一个类似于慧星一样的长尾巴--磁尾。向着太阳的一端距地心约十几个地球半径，即70000一80000千米，它的尾长（背着太阳一端〕约100个地球半径，即600多万千米。

太阳风与磁层之间的边界即为磁层顶，顶以外即为星际空间。因此也有人认为磁层顶才是大气圈的顶。

磁层尽管离地球表面很高，但对人类确实能起到保护作用。如果没有磁层，威力巨大的太阳风会把臭氧层吹掉，甚至还会把整个大气层统统吹走。这是多么可怕的景象啊！

53原子弹爆炸为什么会产生蘑菇云

当一个核装置被引爆时，周围较大范围内都将产生大量的X射线、中子、α粒子等高能粒子，它们不仅具有摧毁四周一切建筑、杀死大范围内一切有生命的物体的本领，更直接的作用是极迅速地加热周围空气。这些高温空气和着大量尘埃在爆炸力和浮力作用下高速升空。最先它们升空时是形成一道云柱，当云柱升高膨胀后，其顶部空气和尘埃碰到上面的冷空气将开始降温。当这些上升的空气和尘埃降温到同周围空气几乎等温时，它们将减速上升，然后改变运动方向，变成向周围平移，最后逐渐变为下降。由于“云柱”的变化在其顶部的各个方向一般都比较均匀，“蘑菇云”因此得以形成。

54纳米材料有什么应用

要回答这个问题，先要说说什么是纳米材料？它有哪些独特的性能？纳米材料的学术定义是：在三维尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。用通俗的话讲：纳米材料是用尺寸只有几个纳米的极微小的颗粒组成的材料。一个纳米是多大呢？只有一米的10亿分之一，用肉眼根本看不到。由于它尺寸特别小，它就产生了两种效应，即小尺寸引起的表面效应和量子效应，即它的表面积比较大，处于表面上的原子数目的百分比显著增加，当材料颗粒直径只有1纳米时，原子将全部暴露在表面，因此原子极易迁移，使其物理性能发生极大变化。一是它对光的反射能力变得非常低，低到<1%；二是机械、力学性能成几倍增加；三是其熔点会大大降低（如金的熔点本是1064℃，但2纳米的金属粉末熔点只有33℃）；四是有特殊的磁性（如20纳米的铁粉，其矫顽力可增加1000倍）。

根据上述原理和特性，纳米材料大致有如下用途：

1.纳米结构材料:

包括纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷，具有十分优异的机械、力学及热力性能。可使构件重量大大减轻。

2.纳米催化、敏感、储氢材料：

用于制造高效的异质催化剂、气体敏感器及气体捕获剂，用于汽车尾气净化、石油化工、新型洁净能源等领域。

3.纳米光学材料：

用于制作多种具有独特性能的光电子器件。如量子阱GaN型蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体管等。

4.纳米结构的巨磁电阻材料：

磁场导致物体电阻率改变的现象称为磁电阻效应，对于一般金属其效应常可忽略。但是某些纳米薄膜具有巨磁电阻效应。在巨磁电阻效应发现后的第6年，1994年IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍。这种材料还可以制作测量位移、角度的传感器，广泛应用于数控机床、汽车测速、非接触开关、旋转编码器中。

5.纳米微晶软磁材料

用于制作功率变压器、脉冲变压器、扼流圈、互感器等。

6.纳米微晶稀土永磁材料

将晶粒做成纳米级，可使钕铁硼等稀土永磁材料的磁能积进一步提高，并有希望制成兼备高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料（通过软磁相与永磁相在纳米尺度的复合）。