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第2章 天气概说(2)

那么,高压和低压是什么呢?高压脊和低压槽又是什么呢?所谓高压,就是“高气压”。它是大气中气压比同高度四周偏高的区域。这种高压在天气图上用规定等高面上的等压线或规定等压面上的等高线来表示,这些等值线把较高的气压值或高度值围在中间。低压与高压相反,它是大气中气压比同高度低的区域。

这里,我们有必要把等压线和等压面的知识向大家介绍一下。所谓等压线就是把在一定时间内气压相等的地点在平面图上连接起来所成的封闭线。而等压面则是压力相等的各点所组成的面,即空间气压相等的各点所组成的面。由于同一高度,各地气压不相等,等压面在空间不是平面,而是像地形一样起伏不平。

三面气压较低而一面气压较高的天气系统,简称脊。高压脊是高压向外伸出的狭长部分,或一组未闭合的等压线向气压较低方突出的部分。在脊中,各等压线弯曲最大处的连线叫脊线。气压沿脊线最高,向两边递减。脊附近的空间等压面,类似山脊。天气图上高压向某个方向伸出去的一部分,略呈“U”型或“n”型的高压区域就叫高压脊。低压槽则与高压脊相反。

各种天气系统都具有一定的空间尺度和时间尺度,而且各种尺度系统间相互交织、相互作用。许多天气系统的组合,构成大范围的天气形势,构成半球甚至全球的大气环流。天气系统总是处在不断新生、发展和消亡过程中,在不同发展阶段有其相对应的天气现象分布。因而一个地区的天气和天气变化是同天气系统及其发展阶段相联系的,是大气的动力过程和热力过程的综合结果。

各类天气系统都是在一定的大气环流和地理环境中形成、发展和演变着,都反映着一定地区的环境特性。比如极区及其周围终年覆盖着冰雪,空气严寒、干燥,这一特有的地理环境成为极区低空冷高压和高空极涡、低槽形成和发展的背景条件。赤道和低纬度地区终年高温、潮湿,大气处于不稳定状态,是对流性天气系统产生、发展的必要条件。中高纬度是冷、暖气流经常交汇地带,不仅冷暖气团你来我往交替频繁,而且其斜压不稳定,是锋面、气旋系统得以形成、发展的重要基础。天气系统的形成和活动反过来又会给地理环境的结构和演变以深刻影响。

天气与人类的关系

生活在大自然中的人类,离不开大气,所以也无法逃避天气变化给生产和生活带来的影响。我们可以说,人们的生产和生活活动无时无刻不受天气的影响。雨雪天气影响人们的出行,风调雨顺保证了农业生产的丰收。这些都是大家非常熟悉,而且有过深切感受的事实,但是天气对生活的影响远远不止这些。天气不但影响人们的生产和生活,也影响着人们的身心健康。

天气与生理健康

近几十年来,许多国家都在研究天气与人类健康的关系。天气与人类健康的关系有什么关系呢?最明显的例子就是天气的转变常会引起人们自我感觉的异样,例如人们感觉到“骨头痛”、“困倦”、“烦躁”时,常常预示着要变天了。患有关节炎的病人,一到阴天下雨的时候,就能提前预知,所以人们风趣地把患有关节炎的人称为“小气象台”。

人们在雪地里戴上墨镜防止雪盲天气对人体的影响不仅是一些感觉上的不适,它还会使一些慢性病复发和加重,这与气象条件影响人体植物神经和内分泌系统的功能有关。冬季易发溃疡病,天气剧烈变化时关节炎、陈旧性骨折和软组织损伤的疼痛加剧,寒流侵袭时冠心病、气管炎、青光眼病症加重,天气骤变导致年老体弱的老人死亡。

气象条件与疾病的关系可以是直接的,也可以是间接的。气象要素作为发病的直接原因如冻伤和中暑,冬天雪地将大量紫外线反射,照射人的视网膜致人雪盲;间接原因,则是作为一个非特异刺激促进疾病复发表明,气象因素可影响人体的抵抗力,因而许多疾病具有明显和季节性,与天气的周期或非周期变化有密切的关系,例如乙脑多发于夏、秋,麻疹、流脑、猩红热流行于冬春,其他一些疾病的发生也有一定的好发季节。医学家经过研究发现了维持身体健康的许多元素都和天气有关,例如血色素在夏季低,冬季高;白细胞在冬季高,12月份最高;血小板3~4月份高,8月份低,等等。

天气与心理健康

天气条件及其变化不仅影响人的生理健康,对人的心理情绪方面的影响也非常明显。有利的天气条件,可使人们情绪高涨、心情舒畅、生活质量和工作效率提高;而不利的天气条件,则使人情绪低落、心胸憋闷、懒惰无力,甚至会导致精神病态和行为异常。研究表明,高温、高湿、阴雨以及一些异常天气事件,都不利于人的心理健康。

世界卫生组织的一份资料表明,1982—1983年的“厄尔尼诺现象”,使得全球大约10万人患上了抑郁症,精神病的发病率上升了8%,交通事故也至少增加了5000次以上。究其原因,是“厄尔尼诺”这种异常气象变化,引起全球范围的气候异常和天气灾难,超越了一部分人的心理承受能力,从而发生坐卧不安、精神迟钝等症,意志薄弱者还会发出歇斯底里的哭叫声。一般来说,低温环境有利于形成较佳的心阴沉的天气给人以压抑和沉闷的感觉理状态,而高温或在温度回升时,人的精神状态则容易产生波动和异常。精神专家研究发现,当气温较高或有暖流入侵时,精神病人起床徘徊、无法入睡、叫喊骂人、摔打东西的情况显著增加,正常人也会有程度不同的情绪变化。由于高温不利于人的心理健康,所以高温环境下的犯罪率也相对较高。1996年奥运会前夕,美国警方曾委派专家作过细致研究,发现亚特兰大的日犯罪事件总数,是随气温的升高而递增的,其中最热的6、7月份,犯罪率最高,偏偏奥运会在这一时段举行;为了减轻人们的恐惧感,奥运会组委会的负责人,一度谎称亚特兰大夏季气温不超过30℃。

其实,中国古代劳动人民也发现了天气和心理健康之间的联系。古人说“天昏昏令人郁郁”,这句话的意思就是在阴雨连绵的季节,人们的精神较懒散,心情也不畅快。这是为什么呢?中国的医疗气象工作者通过深入研究发现,阴雨天气之所以影响人的心理健康,主要是因为阴雨天气下光线较弱,人体分泌的松果激素较多,这样,甲状腺素、肾上腺素的分泌浓度就相对降低,人体神经细胞也就因此“偷懒”,变得不怎么“活跃”,人也就会变得无精打采。

健康天气预报

鉴于天气条件与健康的紧密关系,用气象观测资料结合疾病特征,发布“健康天气预报”,既有利于提醒患者采取积极的预防措施,又有利于医务人员有针对性地做好防治疾病的准备。所以,德国、日本、俄罗斯、美国等国的气象部门已经与医疗部门合作,通过电台、电视台、网络发布“医学气象预报”,让人们提前做好防病准备。中国的一些报刊、电台、电视台、网络也开始了不定期地结合季节性变化介绍有关季节性疾病防治的小常识,这对人们预防气象环境疾病起到了很好的作用。

知识点气象卫星

说起天气预报,就不能不说气象卫星。第一颗气象卫星是由美国在1960年发射升空的。自第一颗气象卫星升空后,近50年来,气象卫星在轨道、星体、观测仪器、资料通信方式等许多方面,与首次飞行的卫星相比,已经没有什么相似之处。气象卫星的应用领域也在迅速扩展,现在不仅气象工作者已经无法离开气象卫星来制作天气预报,林业、农业、防灾救灾等国民经济的许多部门,也依靠气象卫星进行监测、评估。气象卫星正在为国民经济的许多部门提供越来越多的服务。

气象卫星的发展

1960年4月1日,美国发射了第一颗气象卫星。气象卫星成功地获取了包括人迹罕至的高山、沙漠、海洋在内广大地区的大范围云图。云图上的云分布所揭示的天气系统,如温带气旋和台风,与用场地观测资料分析和推断的天气系统模式是如此吻合,使气象工作者大受鼓舞。它吸引了遥感、无线电、通信、计算机等许多专业领域的科学家投身于气象卫星这个事业,也使许多国家的政府竞相投资发展气象卫星。气象卫星在近50年内取得了长足的发展。

第一代气象卫星观测到得数据暂时存储在星载磁带机上,当卫星通过地面中心站时,由中心站指令磁带机回放,将数据发送给中心站。显然,这种工作方式在观测时效上不可能满足气象业务的需求。

第二代极轨气象卫星安装了自动图片发送系统。卫星边观测边向地面发送观测数据。地面上任何地点的接收站,只要有卫星通过,就可以接收到当时从卫星发下的云图。这种云图在实时天气预报业务中发挥了十分重要的作用。第二代极轨气象卫星所发送的云图是模拟资料。在模拟资料中,信号强度与卫星所感应到的辐射能量的强度虽然趋势是一致的,但并不是一一对应的。尤其是由于资料在向地面发送的过程中混入了噪音,不可能根据地面接收到的云图信号,求出星上探测器所感应到的辐射量。所以这种资料只适合于定性应用,而不能满足定量研究的需要。

第三代极轨气象卫星在这方面做了重大改进。在探测器将所感应到的辐射能转变为电信号以后,立即在卫星上将电信号量化成数字。卫星向地面发送观测数据,而不是模拟信号。因为数字信号在传递的过程中有很强的抗干扰能力,从而在地面可以将卫星探测器所感应到的辐射量反推出来。

数字资料的出现给气象卫星的应用带来了质的变化。我们知道辐射在介质的传递过程中,与介质会发生相互作用。这种相互作用使辐射中留下了介质物理和化学性质的烙印。对辐射定量观测的实现,使我们有可能据此反推在辐射路径上与辐射发生过相互作用的介质的属性。于是,一系列的应用成果出现了。

气象卫星的应用

根据气象卫星所观测到的数字资料所制作的大量业务产品,如林火监测、洪水范围、冰雪覆盖、洋面温度、渔场位置、河口泥沙沉积等,在国民经济的许多部门得到了广泛的应用。

例如,气象卫星上设有一个热红外通道。这个通道的观测数据对地表温度的增加非常敏感。利用这个通道的辐射测值,可以探知地面上的着火区。中国1987年5-6月东北大兴安岭所发生的特大森林火灾,就是利用这种技术进行监测的。

气象卫星近红外太阳反射光通道的光谱受地面上植物叶子的反射特别强,而在水体上反射特别弱。利用这个通道的辐射测值数据可以推算地面上植物的长势,并估计地面上水体的范围。用植物长势指数可以进一步估计农作物的产量,这种资料备受农业管理部门和农产品贸易部门的重视。水体范围的监测在发生洪水的时候是估计灾害程度客观有效的手段。1991年中国江淮地区发生了严重的洪涝灾害,用中国风云一号气象卫星计算出的淮河流域各县洪水淹没面积百分率数据成为开展救灾工作的重要依据。

用气象卫星资料还可以用来分析海冰的范围和洋面的温度。这些资料不仅对海上航行和海上石油钻井平台的安全作业有重要意义,还可以用来指导渔业生产。在洋面上温度差别特别大的地方,渔群特别多,到那些地方去捕渔,收获量大。

气象卫星有如此巨大的社会经济效益,许多国家竞相发展气象卫星。自从第一颗气象卫星升空后50多年来,世界上一些国家和组织先后发射了200多颗气象卫星,形成了由极轨气象卫星和地球静止气象卫星组成的全球卫星观测系统。由于它具有探测资料多、范围广、时效快,直观性强,不受时空和自然条件的限制等特点,它的探测资料已广泛应用于地球环境监视、军事安全、多种学科(如气象学、海洋学、水文学、农学、环境科学)的研究,特别是在减灾防灾和保障人民生命财产安全等方面发挥了重要作用。

中国气象卫星

中国气象卫星的发展一直受到党和国家领导人的重视和支持。早在1969年,周恩来总理就提出,要发展中国自己的气象卫星。经过多年艰苦的努力,中国第一颗和第二颗极轨气象卫星风云一号A和B分别于1988年和1990年发射成功。风云一号A气象卫星获取了高质量的可见光云图,经过改进的风云一号B红外云图也获得成功。1997年6月,中国第一颗静止气象卫星风云二号发射成功,获取了可见光、红外、水汽三种图像,其中特别是红外和水汽图像在观测动态范围、图像的层次、清晰度等诸多方面都达到了很高的水平。

2008年5月27日,我国首颗新一代极轨气象卫星风云三号在太原卫星发射中心成功发射。风云三号安装有可见光红外扫描辐射仪、红外分光计、微波温度计、微波成像仪等十余种具有国际先进水平的探测仪器,探测性能比仅有可见光一种手段的第一代极轨气象卫星风云一号有质的提高,可在全球范围内实施三维、全天候、多光谱、定量探测,获取地表、海洋及空间环境等参数,实现中期数值预报。

世界气象组织已将风云三号纳入新一代世界极轨气象卫星网,卫星的观测数据不仅在国内实现共享,也将为世界各国气象观测服务。风云三号卫星将在监测大范围自然灾害和生态环境,研究全球环境变化、气候变化规律和减灾防灾等方面发挥重要作用。同时,也可为航空、航海等部门提供全球气象信息。

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