安息日会青年荣誉解答手册/自然/天气 - 高级

天气 - 高级
自然世界总会	技能等级 2
自然世界总会	介绍年份：1949 年

1. 拥有天气荣誉。

在天气章节中可以找到获得自然荣誉的说明和技巧。

3. 什么是冷锋和暖锋？它们如何移动，以及它们会产生什么天气状况？

冷锋

冷锋的符号：一条蓝色线，三角形指向移动方向。

冷锋被定义为较冷、较干燥的气团的前缘。密度较大的气团会插入密度较小的较暖气团下方，将其抬升，当存在足够的水汽时，这会导致形成一条狭窄的降雨和雷暴线。这种上升运动导致冷锋沿线气压降低。在天气图上，冷锋的地表位置用一条带有指向移动方向的三角形/尖刺（小点）的蓝色线来标记。冷锋的移动速度可以达到暖锋的两倍，并且比暖锋产生更剧烈的变化，因为冷空气比暖空气密度更大，它会迅速取代冷锋边界前的暖空气。冷锋通常伴随着一条狭窄的降雨和雷暴带。冷锋通常与低气压区有关，有时还会伴随暖锋。

暖锋

暖锋的符号：一条红色半圆指向锋面移动方向。

暖锋被定义为暖气团的前缘。暖锋的移动速度比通常在后面的冷锋更慢，因为冷空气密度更大，更难从地球表面移除。如果暖气团是稳定的，暖锋前面的云层大部分是层状云，降雨量随着锋面临近而逐渐增加。在锋面本身，云层可以到达地表，形成雾。通常，锋面过后会出现迅速的晴朗和升温。如果暖气团不稳定，暖锋前的层状云中可能会有雷暴嵌入，锋面过后可能还会继续出现雷阵雨。

在北半球，暖锋通常导致风从东南转向西南，而在南半球，则从东北转向西北。

4. 解释以下天气状况

a. 焚风

焚风，通常简称为“焚风”，是北美内陆西部加拿大草原和美国大平原与各种山脉交汇处的一种风。山脉东南部的卑诗省海岸和普吉特海湾地区，它是一种温暖、潮湿的西南风，可能会带来雨雪。山脉东北部，它是一种温暖干燥的风，因为它的路径上被山脉剥夺了水分。

b. 信风

信风是地球赤道区域周围的带状风模式。信风是热带地区的主要风向，从马纬度的盛行气压区吹向赤道附近的低气压区。信风主要在北半球从东北吹来，在南半球从东南吹来。

c. 无风带

无风带更准确地被称为赤道辐合带 (ITCZ)。它也被称为赤道锋面、季风槽、赤道无风带或赤道辐合区，是环绕地球赤道的一条低气压带。它是由赤道上方和下方纬度温暖潮湿的空气垂直上升形成的。

空气在哈德利环流的作用下被吸入赤道辐合带，哈德利环流是大气层的宏观特征，是地球热量和水分分布系统的一部分。它通过雷暴的对流活动被输送到高空；赤道辐合带的区域一年中降水量超过 200 天。

赤道辐合带的位置随时间变化。在陆地上，它随着太阳的最高点来回移动，横跨赤道。在海洋上，赤道辐合带定义更清晰，季节性循环更微妙，因为对流受到海洋温度分布的限制。

有时，会形成双赤道辐合带，一个位于赤道以北，另一个位于赤道以南。当这种情况发生时，在两个辐合带之间会形成一个狭窄的高压脊，其中一个通常比另一个更强。

赤道辐合带位置的变化极大地影响了许多赤道国家的降雨量，导致热带地区出现旱季和雨季，而不是高纬度地区的冷季和暖季。赤道辐合带的长期变化会导致附近地区发生严重干旱或洪水。

在赤道辐合带内，平均风力很小，这与赤道南北部的信风区不同。早期的水手将这片平静地带称为无风带，因为他们发现自己在这里没有风，而且停滞不前。在炎热潮湿的气候中，发现自己身处这个区域，在风是推动船只横渡海洋的力量的时代，可能会意味着死亡。

d. 龙卷风

龙卷风是剧烈旋转的气柱，它与积雨云或（在罕见的情况下）积云底部和地表相接触。龙卷风大小不一，但通常呈现为可见的凝结漏斗，其窄端接触地面，通常被碎屑云包围。

大多数龙卷风的风速不超过 177 公里/小时，宽度约为 75 米，并在消散之前移动数公里。有些龙卷风的风速超过 480 公里/小时，宽度超过 1.6 公里，在地面上持续 100 公里以上。

虽然在南极洲以外的每个大陆都观测到过龙卷风，但大多数龙卷风发生在美国。

e. 飑线

飑线是一条强对流风暴线，可以在冷锋附近或前方形成。在 20 世纪初，这个术语被用作冷锋的同义词。它包含强降水、冰雹、频繁的闪电、强烈的直线风，以及可能出现的龙卷风和水龙卷。如果飑线显示出线回波波形（LEWP）或呈弓形回波形状，则可以预计飑线附近会出现强烈的恶劣天气。

判断飑线附近是否存在强烈的恶劣天气的最佳指标是它是否转变为线回波波形，或 LEWP。LEWP 是对流风暴线中的一种特殊配置，表明存在低压区域，以及强风、冰雹和龙卷风的可能性。在 LEWP 的每个扭结处都存在一个中尺度低压区域。由于中尺度低压区西南方非常强烈的流出，线状的赤道方向部分向外凸出，形成弓形回波。这个凸起后面是中尺度高压区域。

f. 台风

台风是一种起源于西太平洋的热带气旋，风速超过 118 公里/小时。

热带气旋是一个气象学术语，指的是以低压系统中心和雷暴为特征的风暴系统，产生强风和洪水性降雨。热带气旋以潮湿空气上升时释放的热量为食，以及空气中水蒸气凝结时释放的热量。它们以与其他旋风风暴（如东北风、欧洲风暴和极地低压）不同的热量机制为动力，因此被归类为“暖核心”风暴系统。

形容词“热带”指的是这些系统的地理起源，它们几乎完全形成于地球的热带地区，以及它们在海洋热带气团中形成。名词“气旋”指的是这些风暴的旋风性质，在北半球逆时针旋转，在南半球顺时针旋转。根据其位置和强度，热带气旋被称为不同的名称，例如飓风、台风、热带风暴、旋风风暴和热带低压。

虽然热带气旋会产生极其强烈的风和暴雨，但它们也能产生高浪和破坏性的风暴潮。它们在广阔的温暖水域上形成，如果它们移到陆地上，就会失去力量。这就是沿海地区会受到热带气旋的严重破坏，而内陆地区则相对安全的原因。然而，强降雨会在内陆地区造成严重的洪水，风暴潮会导致沿海地区出现高达 40 公里的洪水。虽然热带气旋对人类的影响可能是灾难性的，但它们也能缓解干旱。它们还将热量和能量从热带地区带走，输送到温带地区，使它们成为全球大气环流机制的重要组成部分。因此，热带气旋有助于维持地球对流层的平衡，并保持全球相对稳定和温暖的温度。

许多热带气旋是在大气中微弱扰动周围的大气条件有利时形成的。其他热带气旋是在其他类型的旋风获得热带特征时形成的。热带系统随后被对流层中的引导风带动；如果条件仍然有利，热带扰动会增强，甚至可能形成眼墙。另一方面，如果系统周围的条件恶化或热带气旋登陆，系统会减弱，最终消散。

g. 飓风

飓风是一种起源于大西洋的热带气旋，风速超过 118 公里/小时。有关热带气旋的更多详细信息，请参阅上面关于台风的讨论。

h. 暴风雪

暴风雪是一种严酷的冬季风暴天气，其特征是低温、强风和暴风雪。暴风雪是在高压系统（也称为脊）与低压系统相互作用时形成的；这导致空气从高压区平流到低压区。新闻媒体有时会错误地将暴风雪一词用于描述实际上不符合官方暴风雪标准的大型冬季风暴。

由于与冬季风暴分类相关的因素很复杂，因此对暴风雪一词有很多不同的定义。一个主要的共识是，为了被归类为暴风雪，而不是仅仅是冬季风暴，天气必须满足几个条件：必须有降雪或吹雪、强风以及寒冷或下降的温度。对于暴风雪的分类，具体需要满足哪些测量标准取决于你所在的地区。

1880-81 年的冬天，在达科他州被称为“严冬”，此后多年一直被人们提及。作家劳拉·英格尔斯·怀尔德在她的小说《漫长的冬天》中讲述了这个冬天的故事，这是一个接连不断的暴风雪，以及这场暴风雪对她的家人和周围人的影响。这本书关于天气描述的虚构成分很少。她讲述了 1881 年 2 月，来自南达科他州德斯梅特镇的两个人去寻找据称储存在德斯梅特以南几英里的麦子的故事是真实的（英格尔斯后来嫁给了其中一个人，阿尔曼佐·怀尔德）。当时人们推测，如果这两位男子没有找到并带回小麦，居民们将会在 1881 年 4 月最终解冻之前饿死，解冻使铁路恢复了运营。上面图中被雪覆盖的机车拍摄于 1881 年 3 月 29 日，地点是明尼苏达州西部，距离德斯梅特不远。

i. 冰暴

冰暴是一种以冻雨为特征的冬季风暴。

当雨落在冰冷的地面上时，情况会变得危险。

冷雨碰到地面和其他表面就会结冰。这种冻雨会覆盖所有东西，形成厚厚的、光滑的冰。结冰的路面变得很滑，很危险。驾驶变得极其危险，因为冰会导致大多数车辆打滑失控，从而造成毁灭性的车祸和连环追尾事故。行人也会受到严重影响，因为人行道变得很滑，会导致人们滑倒摔倒，户外楼梯也会成为造成严重伤害的危险。

除了危险的驾驶/行走条件外，树枝甚至整棵树也可能因冰的重量而断裂。倒下的树枝会阻塞道路，拆除电力和电话线，并造成其他损害。即使没有高处的树枝，冰本身的重量也可能压断电线，甚至电线杆（即使是大型钢架电线杆，也曾在冰的重量下倒塌）。这会导致人们断电数天甚至数周。据大多数气象学家说，只有四分之一英寸的冰积累就会给每条线的跨度增加大约 500 磅的重量。冰暴造成的损害非常有可能使整个大都市地区瘫痪。

5. 解释记录温度计、记录气压计、湿度计和风速计的作用。

记录温度计

记录温度计是一种可以测量给定时间内的最高和最低温度的温度计。它也被称为 **最高最低温度计**。它仍然被普遍使用，在需要简单的方法来测量某个地点的温度极端值的地方。

有许多方法可以构建记录温度计。电子温度计可以简单地在计算机内存中以数字方式记录极端值。但是，在过去，这些方法并不常见，因此科学家们不得不提出机械方法来制造记录温度计。下面描述的一种方法是由詹姆斯·六氏发明的。

六氏温度计由一个 U 形毛细管组成，有两个独立的温度读数，一个用于最高温度，一个用于最低温度。U 形管两臂顶部都有灯泡。位于最低读数刻度顶部的那个装有酒精，另一个装有真空或低压酒精蒸气。

在 U 形管的弯曲处有一段汞，它被第一个灯泡中酒精的膨胀和收缩推动在管中移动。是酒精测量温度，汞指示两个刻度上的温度读数。

在任何给定时间，汞的位置应该在最高和最低刻度上相同。如果不是，则仪器刻度未正确定位。

当汞移动时，它会推动两个小的钢制标记，这些标记被弹簧弹入管中。它们记录汞在管两臂中到达的最远点。当温度反转，汞被酒精的膨胀或收缩推向相反方向时，弹簧标记会留在管中，停留在汞推动的最远位置。因此，它们记录了设备自上次重置以来所经历的温度极值。

可以使用一个小磁铁来重置标记，该磁铁可以沿着管子拖动标记，使它们再次停留在汞的表面。在某些设计中，管子是水平的，标记没有弹簧，因此设备通过将它转到垂直位置来重置，这样重力就会将标记恢复到汞处。

重要的是要注意，酒精被用作测温液体，而汞只用作指示器。

记录气压计

气压计是一种记录式无液气压计，用于测量气压。它会生成一张纸质或金属箔图表，称为气压图，记录一段时间内的气压。

气压计使用一个或多个无液气压盒，通过齿轮或杠杆组驱动一个记录臂，记录臂的末端有一个刻刀或一支笔。刻刀在熏黑的金属箔上记录，而笔在纸上记录。记录材料安装在一个圆柱形滚筒上，滚筒由钟表机构缓慢旋转。通常，滚筒每一天、每一周或每一月旋转一次，旋转速度通常可以由用户选择。

湿度计

湿度计是用于测量湿度的仪器。一种简单的湿度计被称为“干湿球湿度计”，它由两个温度计组成，一个包括干球，另一个包括一个保持湿润以测量湿球温度的球。湿球的蒸发会降低温度，因此湿球温度计通常显示的温度低于干球温度计，干球温度计测量干球温度。然而，当空气温度低于冰点时，湿球会覆盖着一层薄薄的冰，但可能比干球温度高。相对湿度是根据干球温度计显示的环境温度以及湿球温度计和干球温度计显示的温度差计算得出。相对湿度也可以通过在湿度图上找到湿球和干球温度的交点来确定（见下文）。一种使用干湿球法测量的设备是挥动干湿球湿度计，其中温度计连接到一个手柄或绳子上，并在空气中旋转几分钟。

湿度图。要阅读，找到干球温度（垂直，蓝色线）和湿球温度（倾斜，蓝色线）的交点，并从弯曲的红色线上读取相对湿度。点击放大

风速计

最简单的风速计是杯式风速计，它由阿马天文台的约翰·托马斯·罗姆尼·罗宾逊博士 (1846) 发明。它由四个半球形杯组成，每个杯子安装在四个水平臂的一端，而四个水平臂又以相等的角安装在一个垂直轴上。空气以任何水平方向流过杯子，使杯子以与风速成正比的方式旋转。因此，在设定的时间段内计算杯子的转数可以得出各种速度的平均风速。

加拿大的约翰·帕特森在 1926 年开发的三杯式风速计以及随后美国布雷沃特和乔伊纳在 1935 年对杯子的改进，导致了一种线性化的杯轮设计，其误差小于 3%，最高可达 60 英里/小时。帕特森发现，当每个杯子与风流成 45 度角时，它产生的扭矩最大。三杯式风速计还具有更恒定的扭矩，并且对阵风的响应速度比四杯式风速计更快。

6. 正确阅读美国国家气象局发布的每日天气图，解释符号，并说明如何进行预测。

天气图是一种工具，用于快速显示大气各个层次各种气象要素的分析结果。利用等温线绘制的天气图显示了温度梯度，可以帮助确定天气锋的位置。等速线图分析了等风速线，在 300 毫巴或 250 毫巴等压面上显示了急流的位置。基于各个层次风速的二维流线显示了风场中风速的辐合和辐散区域，这有助于确定风型中特征的位置。一种流行的地表天气图是地表天气分析图，它绘制了等压线以描绘高压区和低压区。

风在天气图上绘制时有标准符号。一个多世纪以前，风被绘制成箭头，箭头一侧的羽毛表示 5 节风速，而两侧的羽毛表示 10 节（19 公里/小时）风速。符号改为半个箭头，半个风羽表示 5 节，一个完整的风羽表示 10 节，一个三角形旗表示 50 节。

等压线分析涉及在地理地图上构建等平均海平面气压线。最里面的封闭线指示气压场中相对极大值和极小值的位置。极小值称为低压区，而极大值称为高压区。高压区通常用“H”表示，而低压区通常用“L”表示。低压区的细长区域，或称槽线，有时用粗棕色的虚线绘制在槽线轴线上。

7. 相对湿度和露点是什么意思？

空气中能容纳的水量取决于温度。温度越高，空气中能容纳的水量就越多。在任何给定温度下，空气中都可能充满水，无法再容纳任何水分。在这种情况下，水不会蒸发。

空气中实际含水量与空气在该温度下所能容纳的最高水量之比就是相对湿度。当空气中无法容纳更多水时，相对湿度为 100%。

回想一下，暖空气比冷空气能容纳更多水分。因此，如果在空气中的水量保持不变的情况下温度发生变化，湿度也会发生变化。随着空气的变暖，相对湿度会下降。随着空气的冷却，相对湿度会上升。

露点是在假设空气中水量保持不变的情况下，相对湿度达到 100% 的温度。如果温度降至露点以下，空气将无法再容纳所有水分，因此水分会以露水或雾的形式凝结出来。

8. 绘制大气层的横截面图，显示其五个层次并进行描述。

地球大气层从上到下依次为外层、热层、中间层、平流层和对流层。

外层

外层是大气层的最外层。在地球上，外层与热层之间的下边界估计在地球表面上方 500 公里至 1000 公里处，其上边界大约在 10,000 公里处。只有从外层，大气中的气体、原子和分子才能以任何可观测的程度逸散到太空。外层中的主要气体是最轻的气体，主要是氢，以及一些氦、二氧化碳和外层顶附近的原子氧。外层是太空之前的最后一层。

热层

热层是地球大气层中位于中间层之上、外层之下的层次。在这个层次中，紫外线辐射会导致电离。它是地球的第四个大气层。

热层始于地球表面上方约 80 公里处。在这些高海拔地区，残余的大气气体根据分子量分层排列。由于少量残留氧气吸收了高能太阳辐射，热层温度随高度增加而升高。温度高度依赖于太阳活动，可以上升到 2,000 摄氏度。辐射使该层中的空气粒子带电，使无线电波能够反射并被接收超出地平线。

中间层

中间层是地球大气层中位于平流层之上、电离层之下的层次。中间层位于地球表面上方约 50 公里至 80-90 公里处。在这个层次中，温度随高度增加而降低。该区域的主要动力特征是气象潮汐、内部大气重力波（通常简称为“重力波”）和行星波。大多数这些波和潮汐是在对流层和下平流层激发的，并向上传播到中间层。在中间层，重力波的振幅可能变得非常大，导致波变得不稳定并消散。这种消散将动量沉积到中间层，并在很大程度上推动了其全球环流。

平流层

平流层是地球大气的第二层，位于对流层之上、中间层之下。平流层在温度上是分层的，上层较暖，下层较冷。这与靠近地球表面的对流层相反，对流层上层较冷，下层较暖。对流层和平流层的边界，即对流层顶，标志着这种逆温开始的位置，在热力学方面，这是平衡层。平流层位于中纬度地区地表上方约 10 公里（6 英里）至 50 公里（31 英里）处，而在极地地区，平流层始于地表上方约 8 公里（5 英里）处。

对流层

对流层是地球大气层的最底层。它包含了大气层约 75% 的质量，以及几乎所有的大气水汽和气溶胶。

对流层的平均深度在中纬度地区约为 11 公里。在热带地区，对流层更深（高达 20 公里），而在极地地区，对流层较浅（夏季约 7 公里，冬季不明显）。

9. 记录三周的每日天气图表。包括以下内容

此要求与探险家 AY 课程中的一个要求非常相似，不同之处在于探险家需要将这些记录保存一个月。请注意，一个月的记录保存时间完美地满足了此要求，以及天气荣誉要求的一周记录保存时间。如果您忘记记录一天的记录，不要绝望。只要您有 21 次读数，就可以将其算作三周。

a. 降水量（从您自己制作的设备或官方记录中获取此数据）。

如果您选择在天气荣誉中制作一个雨量计，您可以在此使用它。否则，您可以在许多地方在线找到官方记录，包括天气地下。输入您的邮政编码，所有必要的读数将显示（除了云层形成）。

b. 气压读数

如果您决定制作一个气压计，您可以使用官方读数来校准它。

c. 云层形成

记录云层类型（卷云、层云、积云或雨云）。

d. 最高温度和最低温度

除非你有一个记录温度计或能记录每日极值的数字温度计，否则你将不得不从官方记录中获取这些信息。

e. 风速和风向

如果你自己制作了风速计，请注意读数在一天中会有很大的变化。因此，如果你发现你的读数与官方读数不一致，不要灰心。

g. 天气预报与实际发生情况的比较。

当你记录当天天气时，也记下预报。比较可以在第二天或三周期限结束后进行。

10. 讨论人类对天气影响。

人类对气候的影响比对天气更大。天气是指每天的状况，而气候则是长期平均状况。人类排放温室气体（如二氧化碳）已经并将继续对全球气候产生影响。这些变化影响降雨量（有些地区增加，有些地区减少）和风暴的严重程度。

还要注意，城市中的温度总是比郊区的温度高。这主要是由于铺路面容易在白天吸收热量，然后在晚上释放热量。

水坝会形成水库，比河流自然流动时蒸发更多水分。这增加了湿度和降雨量。

参考资料