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雪灾中的物理知识

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2008年1月中旬以来,我国中东部地区出现了近几十年罕见的大范围持续低温、雨雪、冰冻天气,对南方大部分地区的交通、能源、农业、供电、供水等造成重大影响.那么这次雪灾中有哪些物理知识呢?

一、雪灾成因分析

形成大范围的雨雪天气过程,最主要的原因是大气环流的异常,尤其在欧亚地区的大气环流发生异常.我们都知道,大气环流有着自己的运行规律,在一定的时间内,维持一个稳定的环流状态.在青藏高原西南侧孟加拉湾一带有一个低值系统,在西伯利亚地区维持一个比较高的高值系统,也就是气象上说的低压系统和高压系统.这两个系统在这两个地区长期存在,低压系统给我国的南方地区,主要是南部海区和印度洋地区,带来比较丰沛的降水.而来自西伯利亚的冷高压,向南推进的是寒冷的空气.很明白,正常情况下,冬季控制我国的主要是来自西伯利亚的冷空气,使得中国大部地区干燥寒冷.而在2008年1月,西南暖湿气流北上影响我国大部分地区,而北边的高压系统稳定存在,从西伯利亚地区不断向南输送冷空气,冷暖空气在长江中下游及以南地区就形成了一个交汇,冷空气密度比较大,暖空气就会沿着冷空气层向上滑升,这样暖湿气流所携带的丰富的水气就会凝结,形成雨雪的天气.由于这种冷暖空气异常地在这一带地区长时间交汇,导致中国南方大范围的雨雪天气持续时间就比较长.实际上我国南方地区这三次雨雪天气过程,主要就是西南暖湿气流的三次加强,相应的出现了三次比较大的雨雪天气过程.稳定的东部的偏北气流不断向南输送冷空气,孟加拉湾低槽前和副热带高压西侧则不断向北输送暖湿空气,冷暖空气交会于我国长江流域和江南地区,造成持续的雨雪冰冻天气.

二、防霄灾中的物理知识

1.下雪不冷化雪寒

人们发现雪后的晴天积雪熔化时,虽然阳光充足,却比下雪天还冷?这是因为虽然下雪时的气温较低,但化雪时积雪熔化要吸收大量的热量,会使气温下降得更低.

2.冰冻三尺,非一日之寒

其意思是冰冻三尺之厚,不是一天的寒冷就能凝固成的.大家知道,结冰是水的凝固现象.水的温度在0~4℃之间是反常膨胀,即热缩冷胀.冬天,当气温下降时,上层河水的温度降低,由于水是热的不良导体,河底水的温度较高,河面水的温度较低,密度较大,就要下沉,河底水的温度高就要上升,形成对流,使河水不断冷却.当整个河水的温度都降到4℃时,对流就终止了.气温继续下降时,上层河水的温度继续下降,河底水的温度仍保持4℃.当上层的河水温度降到0℃并继续放热时,河面开始结冰.从这以后,由于水和冰都是热的不良导体,光滑明亮的冰面又能防止热辐射,因此,热传递的三种方式都不易进行,冰下的水放热极为缓慢,结成厚厚的冰就需要时间很长,所以有“冰冻三尺,非一日之寒”的说法.

3.雪后万籁俱静

在冬天,一场大雪过后,人们会感到外面万籁俱静.这是因为刚下过的雪是新鲜蓬松的,它的表面层有许多小气孔,当外界的声波传人这些小气孔时便要发生反射,由于气孔往往是内部大而口径小,所以,仅有少部分波的能量能通过出口反射回来,而大部分的能量则被吸收掉了,从而导致自然界声音的大部分能量均被这个表面层吸收,故出现了万籁俱寂的场面.

4.冬季多西北风

我国东南沿海多水,西北一带多沙石,水的比热容较大,沙石的比热容较小,冬季陆地和海洋同样散热,西北陆地上的沙石降温较多,气温较低;东南海洋的温度降低不多,气温较高.东南方热空气上升,西北的冷空气流过来填补,形成西北风.

5.滑雪时穿滑雪板,而行驶的汽车却绑防滑链

雪很松软,人在厚厚的雪层上走时,雪承受不了这样大的压强,脚就会陷入雪中,如果穿上较宽长的滑雪板,增大了接触面积,人对雪的压强就大大减小,人在雪上就可以顺利地滑行了.汽车在雪天行驶绑防滑链,大大增大了摩擦,从而不易打滑,相对比较安全.

6.菜窖贮水

在我国北方农村,农民常在菜窖中贮存几桶水,这样做的目的是防止窖中的蔬菜因气温急剧下降而冻坏.因为水的比热容较大,桶里的水在温度下降的过程中会向空气释放大量的热,能使菜窖的气温不会降得很快、很低.

7.除雪除冰要撒盐

为了增加冰雪的快速熔化,必须在雪上撒些盐,这样就增加了雪中的凝结核,否则环境温度即使在高于0℃也很不容易熔化,但撒盐后,提供了凝结核,温度稍微高于0℃就开始熔化,另外盐水溶液熔点一般都低于0℃,两者原因综合一块导致了撒盐更容易化雪.

8.大雪中的电力

高压电缆碰上冻雨会结成厚冰.容易造成电路短路,钢铁材料的抗断裂能力也是有限的,电力工人必须及时把它打掉.同时,电力的供应必须放在重要地位,我国主要是火力发电,所以煤炭必须及时的得到供应,才能保障老百姓的正常生活.

三、雪灾给我们的启示

这次雪灾,气候异常.只是全球气候暖化过程中的一个小小环节!这几年本来就气候不正常!中国南方突降大雪已成严峻事实,而根据美国宇航局NASA警报:北极冰山却在迅速消融当中,北极熊也正面临灭绝,极其反常的自然现象.地球危机中不知道以后还会发生什么事?或者这只是一个开始,我们强烈呼吁引起人们关注:保护环境,爱护大自然,给我们的子孙后代留下一个美丽的家园.