本书精心准备了40篇有关大气性质、天气现象、大气光象、大气环流、气象观测等方方面面的与气象有关的小文章。这些小文章的特点是，在专业知识的基础上将枯燥的原理与有趣的故事相结合，既注重气象科学的内在逻辑性，也在意气象现象在一些故事中的趣味性；既说古论今，讲述一代代人对某种现象的不同认识，也自己动手，不忘从小实验中得出最本质的结论。只要你有兴趣读下去，应该都可以从中找到你想了解的气象知识。

针对自然界大气性质、大气光象、大气环流、气候演变、气象观测和天气预报等与气象有关的方方面面，作者进行了严谨而又活泼、系统又深入浅出的阐述。内容包括大气现象的研究历史，现象背后的原理分析，自己动手的小试验及现实生活的观察应用等。故事与原理相结合，逻辑性与趣味性并重，具有一定的可读性和实用性。

前言

大气性质

空气——地球上生命存在的源泉

大气压力——不可思议的空气的重量

大气垂直分层——大气层里高大的“楼房”

温度和湿度——舒适度的衡量指标

昼夜更替——太阳下山明天还会升起来

四季交替——花儿谢了明年还会再开

水和水循环——地球的大动脉

天气现象

云和雾——空中地下两相宜

雨——云青青兮欲雨

雾凇和雨凇——千树万树梨花开

梅雨——阴晴不定是黄梅

龙卷风——恐怖的大象鼻子

雷电——生命的起源还是灾祸的元凶

黑潮——大海里的暖气管

厄尔尼诺——圣婴降临情况有变

臭氧层损耗——期待女娲来补天

全球变暖——地球在发烧

寒潮——司寒之神驾巡人间

冰雹——云里掉下大冰粒

大气光象

天空的颜色——蓝色、黑色和彩色

极光——空中的“海市蜃楼”

佛光——异彩奇辉迥不同

朝霞、晚霞和曙暮光——送走日出和日落

晕和华——天空中的姊妹花

虹和霓——赤橙黄绿青蓝紫

大气环流

气旋和反气旋——大气里的涡旋运动

气团和锋面——看不见摸不着的天气状况

季风——万里初来船越风

信风——恪守信用的“贸易风”

大气环流——地球上的神秘飘带

气候演变

阳伞效应——火山喷发引起的气候变化

树木年轮——气候演变的忠实记录

化石——解读古气候演变的帮手

冰期——带来寒冷的候鸟

气象观测和天气预报

天气谚语——预报天气的简单智慧

天气图——将天气状况画在纸上

气象卫星——人类的“天眼”

气象观测——天罗地网测天气

天气预报和气候预测——对未来天气的把握

数值天气预报——路漫漫其修远兮

每个人都生活在地球上，具体地说，我们生活在空气的海洋里。空气也和其他的物质一样，有重量，有压力，大气压力无所不在，虽然看不见，摸不到，嗅不着。

可是，为什么我们感觉不到大气有压强？这个压强是怎么测出来的？大气压强到底多大？它会变化吗？别着急，让我们首先走进时光隧道，看看前人是怎么看待大气压这件事的。

大气压力的研究历史

17世纪前，人们认为，“世间万物之中除了火和空气以外均有各自的重量”。那时的人们觉得大气是没有质量的，也没有压力。

古希腊哲学家亚里士多德认为，“自然界厌恶真空”，用抽水机抽水就是一个最好的例证。一根管子里面，物质被抽走以后，由于大自然厌恶真空，水就跟上来了，水能够从低处流向高处。但是那些不得不把水从矿坑底部抽上来的矿工们却发现，无论付出多大的努力，花费多长的时间，都不可能把水抽到离原来水面10米以上。10米以上，就不厌恶真空了吗？这是不能自圆其说的。

这种现象，用亚里士多德的“自然界厌恶真空”的观点无法解释。技师们只好去请教著名的实验大师伽利略。伽利略请他的学生托里拆利来解决这个问题。

托里拆利反复分析了抽水只能到达10米这一现象后认为，空气是有重量的，有重量就会有压力，而这个压力有一定的大小，所以迫使水所能达到的高度有一个限度。同时，它还可以使密度不同的其他液体上升到不同的高度。

他想到水银的密度是水的密度的13.6倍，那么，在同样的压力条件下，水银上升的高度应该是水的1／13.6。于是，他把一支1米长、一端封闭的玻璃管灌满水银，用手封住开口，倒过来放进水银槽里，这时候玻璃管里的水银由于重力就会逐渐往下流，他发现无论这个管子是粗、是细，是长、是短，是斜放还是直放，最后水银柱都停留在距离盘面76厘米的地方，76厘米正是10米的1／13.6，实验结果和托里拆利的预想完全相符。

后来，托里拆利详细介绍了他实验的设计思想和方法。他指出亚里士多德的关于“自然界厌恶真空”的说法毫无根据，液体上升有一定高度是因为大气压力作用的结果。

法国的物理学家帕斯卡也很赞同托里拆利的观点。他不仅重复了托里拆利的实验，而且还用新的实验验证了自己的推论：既然大气压力是因为空气重量产生的，那么，在海拔高的地方，由于空气层较薄，气压就应该小一些，玻璃管中的液柱应该短些。这个实验是他指导他的亲戚在法国南部的多姆山进行的。帕斯卡的实验不仅又一次验证了大气压的存在，而且还精确地计算出，在海平面以上，每升高120米，水银柱就降低1毫米。

继帕斯卡后，在大气压力的研究上最具有说服力的实验就是马德堡半球实验了。

1654年5月8日，在德国的马德堡市发生了一件新闻：德国国王和贵族们都赶来观看一个实验，主持这个实验的是这座城市的市长奥托·格利克，他是一位热心科学实验的科学家。

格利克定做了两个直径约37厘米的空心铜半球，这两个半球做得很精密，把两半对好合起来可以不漏气。格利克在一个半球上装上了一个活门，从这里可以接上抽气筒，把球内的空气抽出来。把活门关好，然后在半球边上涂抹油脂加强密封，这样外面的空气不能进入球内，可以保持球内为真空。

格利克叫两名身强力壮的骑手从马棚里牵出两匹高头大马，把两匹马分别拴在铜球两边的拉环上，然后一声令下，两名骑手同时甩响了鞭子，让马朝相反的方向拉球。可是两匹马累得满身大汗，铜球仍然安好无恙。接着，又有两名骑手各自牵来一匹马，用四匹马对拉铜球，还是拉不开。这样不断地增加马匹，6匹马，8匹马，10匹马一直增加到16匹马，拉呀，拉呀，终于“啪”一声巨响，好像放炮一样，16匹马终于把两个半球拉开了。

是什么力量这么大？格利克换了一种实验方法：把活门打开，让外面的空气进入球内。这时，只要用两只手就能很容易地把两个半球拉开，不费什么力气。看来奥秘在于第一次的时候把铜球里面的空气抽空了，于是外面的空气就产生了足够与16匹马抗衡的力。

这就是著名的马德堡半球实验。它形象而有力地说明，大气是有压力的，而且这个压力还很大。

大气到底多重

好，让我们从时光隧道返回，回到现实生活中来。

现在我们知道了，空气是有重量的，气压是指大气施加于单位面积上的力。所谓某地的气压，就是指该地单位面积垂直向上延伸到大气层顶的空气柱的重量。

如果有人问你，你说空气有压强是因为它有重量，那么，空气到底多重啊？你能测出整个地球大气层的空气重量吗？这个问题太大了，你一定要认真想想。

还记得历史上曹冲称象的故事吗？曹冲用很多块石头加起来的重量称出了一头大象的重量。我们也可以把空气分割，然后再求总质量。

我们把大气分割成许许多多垂直于地面的空气柱，让每个空气柱的截面积为1平方厘米，这样的气柱又细又长，一直伸到大气层的上界。然后我们只需要安放一个特殊的秤就能测出整个空气柱的质量了，这个秤就是气压表。气压表上所得到的气压数值正好等于1平方厘米面积上所承受的大气柱的质量，在海平面上这个质量约为1千克，地球表面积为5.1亿平方千米，我们只要把这两个数相乘，就能得出整个大气层的质量，为5100万亿吨，这个数字够惊人的吧！如果要用同样质量的铁来代替空气，那么，地球表面就要被披上一层1.3米厚的铁甲了。1.3米，相当于一个小学生的个头，真是不可思议！

一个人的身体表面积约为1.5平方米，算起来，全身压力竞达15吨力！相当于承受了古人所说的千钧之力了！

既然一个人受到15吨的大气压力，我们为什么感觉不到呢？

“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，感觉不到大气的沉重，是因为我们的身体被大气所包含、所渗透。我们从马德堡半球实验可以看出，当球里面成为真空的时候，巨大的大气压力才表现出来；而当把活门打开，球内外相通，球里充满空气时，里面气体的压强和外边的大气压强相同，它们就相互抵消了。人体内部同样是充满空气的，人体内部的压强跟外部的大气压强相等，互相平衡，所以人不觉得受到巨大的大气压力。要理解这个道理，你可以想象，如果让你用左手和右手的两个手指头从两边对着戳一张纸，恐怕你使出浑身的力也难把纸戳破，因为你的力相互平衡了，因此不会对纸造成破坏。

气象上常用百帕作为气压的度量单位。具体是这样规定的：把温度为O℃、纬度为45度的海平面作为标准情况时的气压，称为1个大气压，它的值为760毫米汞柱或相当于1013百帕，它相当于1平方厘米面积上承受1.03千克重的大气压力。

P6-9

人类对于气象的关注，从远古时代就开始了。

气象就是大气的状态和现象，如刮风、下雨、闪电、打雷和下雪等。在古代，人们对这些现象发生的原理知之甚少，于是想出了各种奇怪的方式试图来与大自然交流。中国的皇帝要在大旱的时候亲自登坛祈雨，甚至要下“罪己诏”，让上天宽恕自己的过失，降下甘霖普救众生；古埃及的女子扎上树枝做的裙带跳起舞来，想让天地间的风与自已同舞，从而刮风下雨；在印度，僧侣们坐在装满水的铁桶中仅露出头部，他们以这种方式进行4小时的宗教祈祷来乞求降雨。

理解天气变化的奥秘，进而用人力控制天气，这可能与“长生不老”、“神功附体”一样，属于人类最远古的几个梦想之一。气象学应该就是在这个梦想的引导下，一步步一代代发展起来的。我之所以选择气象作为自己的专业，也是怀揣着这个梦想。不过，当我进入这个领域才发现，气象，远不是整天看着日出日落、云卷云舒那么浪漫，更不是很多人想象的几个人一起看看天商量一下明天会不会下雨，然后作出一个天气预报这么肤浅。气象学研究的领域太广泛了，小到植物根茎部位附近的“微气候”，大至行星级别的“大气环流”，但凡大气层中的现象，风雨雷电都需要研究。每个分支都自成一门学科，天气、气候、大气物理、动力气象、大气化学、大气光象、天气预报等，每个学科都能让人为之穷其一生。这也是为什么当今搞气象研究工作的，大多为博士，甚至博士也会觉得，自己所精通的其实只是这个领域里很小很小的一个角落。

不过，幸好你还有一个选择，那就是什么都知道一些，但没有必要去深究，先搞清楚身边大气的一些最基本的性质，每天都可能发生在你身边的天气现象，以及关于气象这个学科里面最基本的专业术语。本书正是为很多像你这样想弄明白身边的天气现象，满足对大自然奥秘的好奇，但是又并没有意愿想要研究气象一直读到博士的人而编著的。

本书精心准备了40篇有关大气性质、天气现象、大气光象、大气环流、气象观测等方方面面的与气象有关的小文章。这些小文章的特点是，在专业知识的基础上将枯燥的原理与有趣的故事相结合，既注重气象科学的内在逻辑性，也在意气象现象在一些故事中的趣味性；既说古论今，讲述一代代人对某种现象的不同认识，也自己动手，不忘从小实验中得出最本质的结论。只要你有兴趣读下去，应该都可以从中找到你想了解的气象知识，如果本书的内容对你有所帮助，我就太高兴了，欢迎多提宝贵意见。

本书断断续续地写了很久，期间又经历了2008年初我国南方地区遭遇罕见低温雨雪冰冻灾害，损失严重；2008年5月12日汶川发生里氏8.0级特大地震，惨烈的灾情引起国人普遍关注；2010年初我国广西、云南等西南五省(区、市)经历了罕见的大旱，2000万同胞处于无水可饮的困境……最近这几年，不管你在世界的哪个角落，都可以清楚地感觉到地球的某些异常。

这一切让人不禁要问，地球究竟怎么了？相信有更多的人会来关注气象、关注人类生存的环境。

本书最终得以顺利出版，需要感谢很多人给予的热情帮助和支持。感谢所在工作单位61741部队的首长同志在百忙之中对本书初稿的审阅并给予资金支持，特别感谢刘俊领导对本书部分内容做了详细修改，张红雷、黄瑞芳、贺道新、马福春和陈启槐领导给予的中肯而实际的建议；感谢王桂梅编辑严谨细致的工作；感谢好友岳海泓在写作初期提供的素材；感谢王新师姐的牵线搭桥；感谢家人、爱人对我写作这些文字期间一如既往的鼓励和呵护……

愿这世界始终风调雨顺，岁月静美。

作者

2010年8月