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再说“下雪不冷化雪冷”

已有 6636 次阅读 2008-10-17 18:59 |个人分类:生活点滴|系统分类:科普集锦| 温度, 气温, 融化

前几天写了《“下雪不冷化雪冷”新说》一文(http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=36827)后,侯先生提出了一些修改要求,本人也感觉原文有些问题,现在重新整理、修订一下。其中仍然可能存在一些问题,请侯先生及有兴趣的网友批评指正。

“冷”不等于温度低

“下雪不冷化雪冷”,是由经验而得的结论。这里所说的“冷”,仅指人的感觉,完整地说是“下雪时人感觉不冷,化雪时人感觉冷”。 将其机械地用现代物理学上的“冷”、“热”来解释,本身存在偷换概念的问题。人感觉冷,主要是皮肤表面散热较快,散热越快越觉得冷,与物理上所说的冷(温度低)是不完全相同的。

一说“下雪不冷化雪冷”

“下雪不冷,化雪冷”,首先得从下雪的天气变化说起。天下雪,是因为北方冷空气南下,冷锋过境,暖湿空气被抬升,空气中的水气到高空因温度急骤下降而直接结冰形成雪。之所以形成雪,而不是形成雨,需要一定的条件,那就是冷气团温度要低(这是冬天才会下雪的原因),暖气团有一定的湿度,而且风速不能太大。

在下雪的时候,近地层大气绝对温度相对较高,与人体温度差小,人体散热慢,所以人不觉得太冷。另外,下雪时空气相对湿度较大,风速小,人体表面水分散发慢,因水分蒸发散热的速度也慢,这也是人觉得不太冷的原因。

大雪过后,冷锋过境,处于低温冷高压控制下,绝对温度较低,与人体温度差大,人体辐射散热也快。另外,雪天过后,风速一般较大,相对湿度一般较低,人体表面水分蒸发快,因水分蒸发散热的速度快,因而也会使人感觉比较冷。

雪后气温一般会下降

原文作者提到,在北方,“下雪的时候气温低,化雪的时候气温高”。这是一种特殊情况,指的是北方冬季积雪长时间不化的寒冷地区,下雪的冬季温度当然低,化雪的春季温度自然高。这些地区“下雪”与“化雪”相隔时间很长,与习惯(一般在南方)所说的“下雪不冷,化雪冷”压根儿就不是一回事。但有一点是可以肯定的,通常情况下,下雪必然由冷空气南下引起(替窦蛾喊冤的“六月雪”毕竟是罕见的),雪天过后空气温度必然下降,这是不用怀疑的。

可以推论,北方积雪长期不化的地方,下雪的时候人一般也会感觉不是那么冷,雪天过后在冷高压控制下,气温低,人会觉得更冷些。主要是因为下雪天风比较小,相对湿度比较大,人体表面散热较少。当然,在“北风那个吹,雪花那个飘”的特殊天气下,人不感觉冷才怪呢!

二说“下雪不冷化雪冷”

“下雪不冷化雪冷”,本身是正确的一般规律。用物理上的“冷”、“热”机械地解释它,有不足的一面。但像原文作者一样,仍然用物理上的“冷”、“热”来驳斥,也有不足的地方。

需要说明的是,原文所说的初中物理书“标准答案”,其实也是很有道理的。

冷空气南下时,暖气团上升,其中的水气结冰时散发出热量,确实使冷空气的温度得到上升,同时,地面物体温度较高,也能释放出热量,因而地面温度下降速度得到延缓,绝对气温不是很低。下雪后,受冷高压控制,地面绝对温度下降,同时,雪融化吸热,降低了地表物体的温度,也使绝对温度下降。

这一解释比较牵强的地方在于,在下雪前、下雪时和下雪后,“雪”对近地气温所起的作用强度是不一样的,对人感觉的“冷”所起的作用也是不同的。

下雪前,冷气团南下,抬升暖气团,致水气冻结成雪,这一过程在短时间内完成,水气冻结释放热量的速度比较快,阻止气温下降的作用比较明显,“水气冻结释放热量”对下雪时温度不明显下降所起的作用较大,可以作为“下雪(时)不冷(指人体感觉不冷)”的较为合理的解释。

仔细分析近地大气温度(对人的冷热感觉影响最大)的变化,还可以知道,下雪前,首先是冷峰过境,气温下降,但因为近地物体的温度较高,冷峰过境时冷空气温度提高,使近地大气温度维持在较高水平;与此同时,冷空气抬升暖气团,暖空气中的水气冻结形成雪,并释放热量,使特定高度的高空大气温度维持在较高水平,这样就减少了地面和近地大气辐射散热(严格来说,是地面和近地大气向外辐射散热减少,吸收到的高空大气辐射的热量增多),使近地大气温度维持在较高水平。

高空中的雪冻结到一定程度,天开始下雪。在地面附近温度高于0℃时(这时地表没有积雪),雪在下落过程中和落到地面时就会吸热融化(这种情景在开始下雪时很容易观察到)。雪融化要吸收大量的热,所以近地大气和地面温度一般会很快下降。等近地大气和地面温度低于0℃时,落下的雪不再融化,逐渐堆积起来。因此可以想像,这时近地气温一般也就在0℃左右,人不会感觉特别冷。在地面附近物体温度低于0℃时(在地面有积雪时,或者地表土壤冻结时),高空落下的雪一般不融化。在地表冷空气温度低于雪的温度时,雪还能释放出少量的热量(不是因为水气冻结而释放热量),使地表冷空气温度上升。但这种作用一般是很弱的,基本可以忽略不计。

下雪后,在冷高压控制下,空气绝对温度低,一般会低于0℃,这是近地气温低的主要原因。积雪融化吸热不是近地气温低于0℃的原因,因为雪不可能从低于0℃的近地大气吸热而融化。积雪融化的直接原因是太阳光的照射。下雪后,在冷高压控制下,天气一般会转晴。在太阳照射下,积雪吸热融化。积雪融化需要消耗很大的热量,因此会使地面温度持续接近或者低于0℃。这样,化雪吸热使地表温度持续偏低,近地气温不能快速回升,会让人感觉冷。

一点小结

总的来说,下雪前和下雪时,地表温度较高的物体释放热量,加上水气冻结成冰释放热量,使过境冷空气吸热,近地气温维持在较高的水平,这是人感觉不冷的主要原因。空气相对湿度大,风速较小,也是人感觉不冷的可能原因。下雪后,在冷高压控制下近地气温下降,加上雪融化吸收太阳光的热量,使地面和近期气温长时间维持在较低水平,是人感觉冷的主要原因。空气相对湿度小,风速较大,也是人感觉冷的可能原因。

几点说明

需要说明的是,在有太阳光照射的情况下,即使近地气温低于0℃,积雪仍然可能融化。因而,雪融化时气温度必须高于0℃的说法是不成立的。

正常情况下,冷空气过境后,近地气温下降,但在冷高压控制下天气会转晴。如果冷空气过境时没有下雪,在太阳光照射下,地面物体温度会迅速上升,近地大气温度也会很快上升,人会很快感到天又暖和了。如果冷空气过境时下雪了,并形成积雪,雪后在太阳光照射下积雪融化,吸收大量的热量,地面物体温度和近地大气温度难以迅速上升,人会感觉冷。但是,在太阳光照射下,雪后近地大气温度也会升高,特别是在中午,甚至可能高于下雪时的温度,但这一般不能改变人在融雪天偏冷的总体感觉。因此,即使通过统计气象资料,证实下雪当天的平均气温低于融雪当天的平均气温,也不能说明什么问题。

 

1:人感觉冷,还存在其他情况。例如人吃了薄荷,或者皮肤上搽点薄荷油,会刺激人的冷觉神经,因而感觉冷。人“冷”、“热”的感觉,还与人体所处的状况等有很大关系。人在温暖的环境下突然进入雪天环境,一般并不会觉得特别冷。就像在北方,冰天雪地下人从温暖的室内出来后,穿很少的衣服也不觉得太冷。这可能与人的短时间应激反应有关。等过了一段时间,应激反应过后,人自然会觉得冷。借酒御寒,则是短时间促进人体产热,来让人没有冷的感觉。吃羊肉等热性食物御寒,也可能是类似的道理。人在发烧(人体温度增高)的时候,反而感觉冷,一方面可能人体和外界温差较大,散热快,另一方面,还可能是人体虚,对冷更加敏感。

2:地温、气温、近地气温、高空大气温度等有其特定的概念。一般来说,地温最高,近地气温低一些,高空大气温度最低。有时候近地气温会高于地温。平常所说的气温,指离地一定高度的测温箱中测得的大气温度。

请参阅:《北极熊是否会觉得“下雪不冷化雪冷”》
http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=43056


《“下雪不冷化雪冷”新说》
http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=36827


 

 



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