正文 第七章 自然科學大揭秘(2 / 3)

日食、月食是光在天體中沿直線傳播的典型例證。月亮運行到太陽和地球中間並不是每次都發生日食,發生日食需要滿足兩個條件。其一,日食總是發生在朔日(農曆初一)。也不是所有朔日必定發生日食,因為月球運行的軌道(白道)和太陽運行的軌道(黃道)並不在一個平麵上。白道平麵和黃道平麵有5°9′的夾角。如果在朔日,太陽和月球都移到白道和黃道的交點附近,太陽離交點處有一定的角度(日食限),就能發生日食,這是要滿足的第二個條件。

由於月球、地球運行的軌道都不是正圓,日、月同地球之間的距離時近時遠,所以太陽光被月球遮蔽形成的影子,在地球上可分成本影、偽本影(月球距地球較遠時形成的)和半影。觀測者處於本影範圍內可看到日全食;在偽本影範圍內可看到日環食;而在半影範圍內隻能看到日偏食。日全食發生時,根據月球圓麵同太陽圓麵的位置關係,可分成五種食象:

1.初虧。月球比太陽的視運動走得快。日食時月球追上太陽。月球東邊緣剛剛同太陽西邊緣相“接觸”時叫做初虧,是第一次“外切”,是日食的開始;

2.食既。初虧後大約一小時,月球的東邊緣和太陽的東邊緣相“內切”的時刻叫做食既,是日全食的開始,這時月球把整個太陽都遮住了;

3.食甚。是太陽被食最深的時刻,月球中心移到同太陽中心最近;

4.生光。月球西邊緣和太陽西邊緣相“內切”的時刻叫生光,是日全食的結束;從食既到生光一般隻有二三分鍾,最長不超過七分半鍾;

5.複圓。生光後大約一小時,月球西邊緣和太陽東邊緣相“接觸”時叫做複圓,從這時起月球完全“脫離”太陽,日食結束。

月球表麵有許多高山,月球邊緣是不整齊的。在食既或者生光到來的瞬間月球邊緣的山穀未能完全遮住太陽時,未遮住部分形成一個發光區,像一顆晶瑩的“鑽石”;周圍淡紅色的光圈構成鑽戒的“指環”,整體看來,很像一枚鑲嵌著璀璨寶石的鑽戒。有時形成許多特別明亮的光線或光點,好像在太陽周圍鑲嵌一串珍珠,稱作倍利珠(倍利是法國天文學家)。

無論是日偏食、日全食或日環食,時間都是很短的。在地球上能夠看到日食的地區也很有限,這是因為月球比較小,它的本影也比較小而短,因而本影在地球上掃過的範圍不廣,時間不長,由於月球本影的平均長度(373293公裏)小於月球與地球之間的平均距離(384400公裏),就整個地球而方,日環食發生的次數多於日全食。

對古代人而言,日食是十分可怕的。如果你能了解太陽對糧食耕種、日常生活的影響,你就會關心天上的太陽為什麼突然不見了。中國古代認為日食是因為一條龍吞掉了太陽,其它的文明也認為這是不祥之兆,有許多“解決方法”:打鼓、朝天空射箭、拿物或人祭祀等。據傳,曾經有一次致命的日食報告錯誤。這是說公元前二世紀的兩個中國天文家由於一些原因沒報告日食。那時的中國帝王認為自己是天子,十分重視天象,認為那是上天給的暗示,因此他請了一批天文家定期觀測天象。那時彗星和流星不能被預言,但日食是可以預測的。兩位天文家沒有告訴帝王日食這一重大天象的發生,帝王盛怒,將兩人斬首示眾。那時的天文學家比現在危險得多。

7.洶湧澎湃的泥石流

泥石流

泥石流的定義和種類

泥石流是山區溝穀中,由暴雨、水雪融水等水源激發的,含有大量的泥砂、石塊的特殊洪流。其特征往往突然暴發,渾濁的流體沿著陡峻的山溝前推後擁,奔騰咆哮而下,地麵為之震動、山穀猶如雷鳴。在很短時間內將大量泥砂、石塊衝出溝外,在寬闊的堆積區橫衝直撞、漫流堆積,常常給人類生命財產造成重大危害。

泥石流按其物質成分可分為3類:

由大量粘性土和粒徑不等的砂粒、石塊組成的叫泥石流;以粘性土為主,含少量砂粒、石塊、粘度大、呈稠泥狀的叫泥流;由水和大小不等的砂粒、石塊組成的稱之水石流。

泥石流按其物質狀態可分為二類:

一是粘性泥石流,含大量粘性土的泥石流或泥流。其特征是:粘性大,固體物質占40-60%,最高達80%。其中的水不是搬運介質,而是組成物質,稠度大,石塊呈懸浮狀態,暴發突然,持續時間亦短,破壞力大。

二是稀性泥石流,以水為主要成分,粘性土含量少,固體物質占10-40%,有很大分散性。水為搬運介質,石塊以滾動或躍移方式前進,具有強烈的下切作用。其堆積物在堆積區呈扇狀散流,停積後似“石海”。

以上分類是我國最常見的兩種分類。除此之外還有多種分類方法。

如按泥石流的成因分類有:水川型泥石流,降雨型泥石流;按泥石流流域大小分類有:大型泥石流,中型泥石流和小型泥石流;按泥石流發展階段分類有:發展期泥石流,旺盛期泥石流和衰退期泥石流等等。

形成泥石流的基本條件

泥石流的形成必須同時具備以下3個條件:陡峻的便於集水、集物的地形、地貌;有豐富的鬆散物質;短時間內有大量的水源。

1.地形地貌條件:在地形上具備山高溝深,地形陡峻,溝床縱度降大,流城形狀便於水流彙集。在地貌上,泥石流的地貌一般可分為形成區、流通區和堆積區三部分。上遊形成區的地形多為三麵環山,一麵出口的瓢狀或漏鬥狀,地形比較開闊、周圍山高坡陡、山體破碎、植被生長不良,這樣的地形有利於水和碎屑物質的集中;中遊流通區的地形多為狹窄陡深的峽穀,穀床縱坡降大,使泥石流能迅猛直瀉;下遊堆積區的地形為開闊平坦的山前平原或河穀階地,使堆積物有堆積場所。

2.鬆散物質來源條件:泥石流常發生於地質構造複雜、斷裂褶皺發育,新構造活動強烈,地震烈度較高的地區。地表岩石破碎,崩塌、錯落、滑坡等不良地質現象發育。為泥石流的形成提供了豐富的固體物質來源;另外、岩層結構鬆散、軟弱、易於風化、節理發育、或軟硬相間成層的地區,因易受破壞,也能為泥石流提供豐富的碎屑物來源;一些人類工程活動,如濫伐森林造成水土流失,開山采礦、采石棄渣等,往往也為泥石流提供大量的物質來源。

3.水源條件:水既是泥石流的重要組成部分,又是泥石流的激發條件和搬運介質(動力來源),泥石流的水源,有暴雨、水雪融水和水庫(池)潰決水體等形式。我國泥石流的水源主要是暴雨、長時間的連續降雨等。

泥石流發生的時間規律

泥石流發生的時間具有如下三個規律:

1.季節性:我國泥石流的暴發主要是受連續降雨、暴雨,尤其是特大暴雨集中降雨的激發。因此,泥石流發生的時間規律是與集中降雨時間規律相一致,具有明顯的季節性。一般發生在多雨的夏秋季節。因集中降雨的時間的差異而有所不同。四川、雲南等西南地區的降雨多集中在6-9月,因此、西南地區的泥石流多發生在6-9月;而西北地區降雨多集中在6、7、8三個月,尤其是7、8兩個月降雨集中,暴雨強度大,因此西北地區的泥石流多發生在7、8兩個月。據不完全統計,發生在這兩個月的泥石流災害約占該地區全部泥石流災害的90%以上。

2.周期性:泥石流的發生受暴雨、洪水、地震的影響,而暴雨、洪水、地震總是周期性地出現。因此,泥石流的發生和發展也具有一定的周期性,且其活動周期與暴雨、洪水、地震的活動周期大體相一致。當暴雨、洪水兩者的活動周期相疊加時,常常形成泥石流活動的一個高潮。如雲南省東川地區在1966年是近十幾年的強震期,使東川泥石流的發展加劇。僅東川鐵路在1970-1981年的11年中就發生泥石流災害250餘次。又如1981年,東川達德線泥石流,成昆鐵路利子伊達泥石流、寶成鐵路、寶天鐵路的泥石流,都是在大周期暴雨的情況下發生的。

3.泥石流的發生,一般是在一次降雨的高峰期,或是在連續降雨稍後。

泥石流的分布特點

我國泥石流的分布,明顯受地形、地質和降水條件的控製。特別是在地形條件上表現得更為明顯。

1.泥石流在我國集中分布在兩個帶上。一是青藏高原與次一級的高原與盆地之間的接觸帶;另一個是上述的高原、盆地與東部的低山丘陵或平原的過渡帶。

2.在上述兩個帶中,泥石流又集中分布在一些大斷裂、深大斷裂發育的河流溝穀兩側。這是我國泥石流的密度最大、活動最頻繁、危害最嚴重的地帶。

3.在各大型構造帶中,具有高頻率的泥石流,又往往集中在板岩、片岩、片麻岩、混合花崗岩、千枚岩等變質岩係及泥岩、頁岩、泥灰岩、煤係等軟弱岩係和第四係堆積物分布區。

4.泥石流的分布還與大氣降水、水雪融化的顯著特征密切相關。即高頻率的泥石流,主要分布在氣候幹濕季較明顯、較暖濕、局部暴雨強大、水雪融化快的地區。如雲南、四川、甘肅、西藏等。低頻率的稀性泥石流主要分布在東北和南方地區。

泥石流對人類的危害

泥石流常常具有暴發突然、來勢凶猛、迅速之特點。並兼有崩塌、滑坡和洪水破壞的雙重作用,其危害程度比單一的崩塌、滑坡和洪水的危害更為廣泛和嚴重。它對人類的危害具體表現在如下四個方麵:

1.對居民點的危害:泥石流最常見的危害之一,是衝進鄉村、城鎮,摧毀房屋、工廠、企事業單位及其他場所設施。淹沒人畜、毀壞土地,甚至造成村毀人亡的災難。如1969年8月雲南省大盈江流城弄璋區南拱泥石流,使新章金、老章金兩村被毀,97人喪生,經濟損失近百萬元。

2.對公路、鐵路的危害:泥石流可直接埋沒車站,鐵路、公路,摧毀路基、橋涵等設施,致使交通中斷,還可引起正在運行的火車、汽車顛覆,造成重大的人身傷亡事故。有時泥石流彙入河道,引起河道大幅度變遷,間接毀壞公路、鐵路及其它構築物,甚至迫使道路改線,造成巨大的經濟損失。如甘川公路394公裏處對岸的石門溝,1978年7月暴發泥石流,堵塞自龍江,公路因此被淹l公裏,白龍江改道使長約兩公裏的路基變成了主河道,公路、護岸及渡槽全部被毀。該段線路自1962年以來,由於受對岸泥石流的影響己3次被迫改線。建國以來,泥石流給我國鐵路和公路造成了無法估計的巨大損失。

3.對水利、水電工程的危害:主要是衝毀水電站、引水渠道及過溝建築物,淤埋水電站尾水渠,並淤積水庫、磨蝕壩麵等。

4.對礦山的危害:主要是摧毀礦山及其設施,淤埋礦山坑道、傷害礦山人員、造成停工停產,甚至使礦山報廢。

8.為什麼會形成台風?

台風和颶風都是產生於熱帶洋麵上的一種強烈的熱帶氣旋,隻是發生地點不同,叫法不同,在北太平洋西部、國際日期變更線以西,包括南中國海範圍內發生的熱帶氣旋稱為台風;而在大西洋或北太平洋東部的熱帶氣旋則稱颶風,也就是說在美國一帶稱颶風,在菲律賓、中國、日本一帶叫台風。

台風經過時常伴隨著大風和暴雨天氣。風向呈逆時針方向旋轉。等壓線和等溫線近似為一組同心圓。中心氣壓最低而氣溫最高。

台風的形成

從台風結構看到,如此巨大的龐然大物,其產生必須具備特有的條件。

1.要有廣闊的高溫、高濕的大氣。熱帶洋麵上的底層大氣的溫度和濕度主要決定於海麵水溫,台風隻能形成於海溫高於26℃-27℃的暖洋麵上,而且在60米深度內的海水水溫都要高於26℃-27℃;

2.要有低層大氣向中心輻合、高層向外擴散的初始擾動。而且高層輻散必須超過低層輻合,才能維持足夠的上升氣流,低層擾動才能不斷加強;

3.垂直方向風速不能相差太大,上下層空氣相對運動很小,才能使初始擾動中水汽凝結所釋放的潛熱能集中保存在台風眼區的空氣柱中,形成並加強台風暖中心結構;

4.要有足夠大的地轉偏向力作用,地球自轉作用有利於氣旋性渦旋的生成。地轉偏向力在赤道附近接近於零,向南北兩極增大,台風發生在大約離赤道5個緯度以上的洋麵上。

台風的分級

超強台風(SuperTY):底層中心附近最大平均風速≥51.0米/秒,也即16級或以上。

強台風(STY):底層中心附近最大平均風速41.5-50.9米/秒,也即14-15級。

台風(TY):底層中心附近最大平均風速32.7-41.4米/秒,也即12-13級。

強熱帶風暴(STS):底層中心附近最大平均風速24.5-32.6米/秒,也即風力10-11級。

熱帶風暴(TS):底層中心附近最大平均風速17.2-24.4米/秒,也即風力8-9級。

熱帶低壓(TD):底層中心附近最大平均風速10.8-17.1米/秒,也即風力為6-7級。

台風的路徑

台風移動的方向和速度取決於作用於台風的動力。動力分內力和外力兩種。內力是台風範圍內因南北緯度差距所造成的地轉偏向力差異引起的向北和向西的合力,台風範圍愈大,風速愈強,內力愈大。外力是台風外圍環境流場對台風渦旋的作用力,即北半球副熱帶高壓南側基本氣流東風帶的引導力。內力主要在台風初生成時起作用,外力則是操縱台風移動的主導作用力,因而台風基本上自東向西移動。由於副高的形狀、位置、強度變化以及其它因素的影響,致台風移動路徑並非規律一致而變得多種多樣。以北太平洋西部地區台風移動路徑為例,其移動路徑大體有三條:

1.西進型台風自菲律賓以東一直向西移動,經過南海最後在中國海南島或越南北部地區登陸,這種路線多發生在10-11月,2006年就是典型的例子

2.登陸型:台風向西北方向移動,穿過台灣海峽,在中國廣東、福建、浙江沿海登陸,並逐漸減弱為低氣壓。這類台風對中國的影響最大。近年來對江蘇影響最大的“9015”和“9711”號兩次台風,都屬此類型,7-8月基本都是此類路徑

3.拋物線型:台風先向西北方向移動,當接近中國東部沿海地區時,不登陸而轉向東北,向日本附近轉去,路徑呈拋物線形狀,這種路徑多發生在5-6月和9-11月台風形成後,一般會移出源地並經過發展、減弱和消亡的演變過程。一個發展成熟的台風,圓形渦旋半徑一般為500km~1000km,高度可達15km~20km,台風由外圍區、最大風速區和台風眼三部分組成。外圍區的風速從外向內增加,有螺旋狀雲帶和陣性降水;最強烈的降水產生在最大風速區,平均寬8km~19km,它與台風眼之間有環形雲牆;台風眼位於台風中心區,最常見的台風眼呈圓形或橢圓形狀,直徑約10km~70km不等,平均約45km,台風眼的天氣表現為無風、少雲和幹暖。

台風的命名

人們對台風的命名始於20世紀初,據說,首次給台風命名的是20世紀早期的一個澳大利亞預報員,他把熱帶氣旋取名為他不喜歡的政治人物,借此,氣象員就可以公開地戲稱它。在西北太平洋,正式以人名為台風命名始於1945年,開始時隻用女人名,以後據說因受到女權主義者的反對,從1979年開始,用一個男人名和一個女人名交替使用。直到1997年11月25日至12月1日,在香港舉行的世界氣象組織(簡稱WMO)台風委員會第30次會議決定,西北太平洋和南海的熱帶氣旋采用具有亞洲風格的名字命名,並決定從2000年1月1日起開始使用新的命名方法。新的命名方法是事先製定的一個命名表,然後按順序年複一年地循環重複使用。命名表共有140個名字,分別由WMO所屬的亞太地區的柬埔寨、中國、朝鮮、香港、日本、老撾、澳門、馬來西亞、密克羅尼西亞、菲律賓、韓國、泰國、美國以及越南等14個成員國和地區提供.每個國家或地區提供10個名字。這140個名字分成1O組,每組的14個名字.按每個成員國英文名稱的字母順序依次排列.按順序循環使用.即西北太平洋和南海熱帶氣旋命名表。同時.保留原有熱帶氣旋的編號。具體而言,每個名字不超過9個字母;容易發音;在各成員語言中沒有不好的意義;不會給各成員帶來任何困難;不是商業機構的名字;選取的名字應得到全體成員的認可,如有任何一成員反對,這個名稱就不能用作台風命名。