這次沉痛的教訓,引起了氣象科技人員的重視,開始廣泛收集資料,進行氣象與體育關係的研究,經過幾年的奮鬥已取得了一些初步成果,並運用到1987年第6屆全運會氣象服務中去。
1990年,在北京舉辦的第11屆亞運會的氣象服務工作做得相當出色,國家體委主任伍紹祖曾對氣象服務給予高度評價。這裏隻舉幾個例子:
開幕式那天上午還在下小雨,而且北京四周都在下雨。傍晚開幕式是否會晴天?經過氣象服務中心預報組的認真會商,很肯定地向組委會報告:開幕式時不會下雨。果然,開幕式開始前,天空豁然開朗。
自行車比賽原定9月26日舉行,但天氣預報該日有雨,競賽委員會根據預報改在27日晴天舉行。果真27日天氣異常晴朗,周玲美破了一公裏計時賽的世界紀錄。
9月26日進行賽艇比賽時,天氣下雨,氣溫又低。由於25日已預報出這種天氣,中國隊及時采取了措施,運動員換上厚衣,調正了劃槳技術方案,囊括了14枚金牌。
1993年第1屆東亞運動會於5月9~18日在上海舉行。為了確保運動會順利召開,特地成立了氣象服務中心。
第1屆東亞運動會開幕式成功與否非同小可。一是我國正在爭取2000年奧運會主辦權;二是世界著名人士、國際奧委會主席薩馬蘭奇要來參加開幕式。故開幕式決不能改期,並且要求保證在好天氣下舉行。
4月25日,氣象服務中心正式發布了開幕式的天氣展望。雖然排除了有中等以上降雨的可能,但並未排除有小雨的可能性,因5月9日前後從氣候上分析,上海下雨的概率還比較高。組委會副主席龔學平副市長獲得上述信息後,多次向氣象中心提出,萬一5月9日下雨是否可以搞人工消雨?為此,氣象服務中心谘詢了北京中國氣象科學研究院人工影響天氣研究所的專家。5月2日,一份《關於東亞運動會開幕式時段上海上空人工消雨實施方案的建議》書送交給龔副市長。次日,龔副市長毅然決定在開幕式時做好人工消雨的準備,確保開幕式順利進行。在短短幾天裏,既要請到北京人工消雨專家,又要取得中國人民解放軍空軍司令部的大力支持和駐滬空軍的密切合作,動用偵察機、調用正在外地執行任務的專搞人工消雨的運輸機等,還要購置必要工具、設備,以及需將幾噸重的人工消雨催化劑送往機場……為確保開幕式人工消雨成功,5月8日和9日上午,進行了三次人工消雨作業,獲得成功。5月9日下午開幕式終於在晴朗的天空條件下勝利召開,宏偉、壯觀、氣勢磅礴的開幕式得到國家主席江澤民和國際奧委會主席薩馬蘭奇的高度評價。
多次大型運動會的氣象服務成功,標誌著我國氣象為體育服務已經逐漸成熟,氣象為體育服務確實大有可為。
1996年5月7日,被譽為“東方神鹿”的王軍霞在南京舉行的全國田徑奧運選拔賽女子萬米預賽中,以31分1.76秒的好成績,創造了世界紀錄,比1995年的世界冠軍成績快出3秒多。賽後,王軍霞對采訪她的記者說,教練本來隻要求她在這一天破自己1995年的最好成績,沒料7日天氣那麼好,氣溫適宜,沒有太陽,又沒什麼風,覺著這是一個難得的好天氣,於是就和教練商定,盡量把好成績“放”在7日。翌日《新民晚報》以《好天氣助我成功》為題,報道了王軍霞創造佳績的“秘密”。
氣象因素對長跑的影響是非常明顯的。首先是氣溫:如果氣溫偏高,運動員的體內能量消耗增大,血漿量減少,易造成中樞神經疲勞,肌肉的活動能力顯著下降;而氣溫過於偏低,肌肉又易發生痙攣,關節部位也容易損傷。專家研究表明,氣溫在8~15℃範圍,對長跑最為有利。
其次是濕度,空氣濕度過大,不利於汗液的蒸發和身體的散熱,容易使運動能力下降,甚至使人出現昏迷現象;濕度太小,空氣過於幹燥,長跑選手排汗過多,則容易脫水,自然也會影響成績。比較適宜長跑的空氣相對濕度範圍是30%~60%。
風對短跑的影響特別大,對長跑的影響則相對較小,隻要風速在5米/秒以內,跑道又是環形,則風的利(散熱作用)和弊(逆向阻力)可以認為互相抵消,可忽略不計。如果風速過大或是單向路線而全程逆風,則要考慮風的不利影響。
一些有經驗的長跑選手和教練常常利用氣象條件創造好成績。在1986年的北京國際馬拉鬆賽上,日本兩名選手利用當天的良好天氣(氣溫8.2℃,風速1米/秒),創造了在一次馬拉鬆比賽中,同一國家的兩名選手同時突破2小時8分大關的好成績。時隔一年,在1987年的這項比賽中,因北京刮大風,冠軍成績比1986年差了將近5分鍾。
氣象知識小百科
地球寒極氣候
一提起北極、南極,人們馬上會把它們與嚴寒聯係起來。是的,北極和南極不僅是地球的最盡頭,也是地球上最寒冷的區域。在北極點附近的漂流站上測到的最低氣溫是-59℃。但由於北極高緯度地區是巨大的北冰洋(海水溫度為-1.9℃左右),加上海拔高度低,因此,北極地區最寒冷的地方,不是在北極點附近,而是在遠離海洋的較低緯度的內陸地區。現已觀測到的北半球最低氣溫,是在位於西伯利亞東北部、北緯63.5℃的奧米亞康鎮測得的。此處1885年2月測得的-67.7℃的正式記錄,成為當時的世界之最。到了1993年1月,又觀測到-71.2℃的最低記錄。
單從最低記錄來看,地球上最寒冷的地方應該說是南極洲的內陸地帶。1957年5月,南極洲“安莫森”觀測站,以-73.6℃刷新了奧米亞康保持了24年之久的地球“寒極”記錄,同年9月又測得-74.5℃的新記錄。1958年5月,距離南極點1300公裏的前蘇聯“東方站”,以-76℃超過了“安莫森”觀測站的記錄,同年6月又測得-79℃的低溫。過了1個月,“蘇維埃”站記錄到-83℃的低溫,8月,“東方站”又以-87.4℃的低溫,再次突破記錄。1960年8月24日,“東方站”觀測到-88.3℃的最低氣溫。1983年7月21日又觀測到-89.2℃的最低記錄。這是迄今世界公認的全球極端最低氣溫。東方站位於南緯82度、東經68度的南極洲腹地,海拔超過4000米,冰蓋的厚度3000米以上,有“不能到達極”之稱。
如果僅從純數字來看,南極的東方站比北極的奧米亞康鎮要低出18℃。但東方站地處4000多米的高原,而奧米亞康鎮的海拔與海平麵幾乎接近。如果我們設定東方站的海拔高度為4000米,按0.55℃/100米的氣溫直減率計算(一般來說,隨著海拔高度的增加,氣溫逐漸降低。通常每升高100米,氣溫下降0.5~0.6℃。氣象學上把這種變化率稱作氣溫直減率),那麼,奧米亞康鎮在海拔為4000米高度的氣溫,應為現在觀測到的溫度值與上升4000米高度應下降的溫度值之和,即:
-71.2+4000×(-0.55+100)=-93.2℃
這就是說,如果海拔高度相同,奧米亞康地區的最低氣溫比東方站附近的最低氣溫還要低出4℃。雖然這是理論計算的近似結果,但從這個計算中至少可以得出如下結論:北極和南極的最低氣溫大致相同。這是作者得出的一條重要結論,也是為北極說了一句公道話。
判斷寒冷程度的另一個氣候要素是溫度的年較差。氣象學上把一年當中最高溫度與最低溫度的差值稱作年較差。年較差的大小不僅取決於最低溫,也與最高溫關係密切。北極地區年較差大都在60℃以上。奧米亞康鎮的最高氣溫約為36℃,年較差為107.2℃。如果我們在寒暑差異如此之大的環境中生活,該是何種感受?然而,在奧米亞康鎮,確有人類居住著。
在北極,漫長的冬天結束後,夏天迅速來臨。在奧米亞康地區,5月初,降雪結束;6月中旬,野花盛開;7月,氣溫達到30℃;10月初,降雪開始。無怪乎在西伯利亞凍原地帶的旅行者這樣寫道:“6月15日,湖心結冰;6月16日,冰已融化;17日,高溫,水溫達19℃,人們在湖中遊泳。”這是對北極劇烈氣候變化的生動寫照。北極地區的人們,就是在冷暖交替如此劇烈、迅速的惡劣環境中生活著。
同是北極地區,寒冷和酷熱的程度不是一成不變的,隨著時間和空間的不同,差異十分顯著。北極溫度隨時間變化的情景,人們可以很容易想象出來:冬天北極地區進入極夜,氣候極為寒冷;而夏天為極晝季節,氣候較為炎熱。至於溫度的空間變化,又是怎麼一回事呢?
原來在遼闊的北極,即使是同一緯度的不同地區,氣溫也是不一樣的。根據氣溫變化的類似程度,我們可以粗略地把北極地區劃分為3個區域:北歐區域、東西伯利亞區域(東北亞地區)和北美區域。
每當晚上,我們打開電視機,看完中央電視台的新聞聯播後,就是天氣預報節目。播音員常常說,來自西伯利亞的寒流在日後兩三天內將襲擊我國。這股寒潮主要有3條路徑,即是西北部路徑、北部路徑和東部路徑。這些發源於北極及西伯利亞上空的冷氣團常常對我國工農業生產、人民生活和工程設施帶來重大影響和危害,但有時也為幹涸的大地帶來滋潤的雨露。
中國地處歐亞大陸的東部。這一地區最顯著的氣候特征莫過於發達的東南季風氣候:冬天寒冷、幹燥,夏季炎熱、多濕。這種氣候係統正是由北自高緯度地區的冷氣團和南自熱帶、亞熱帶洋麵上發出的副熱帶高壓的動態作用形成的。當冷氣團勢力加強時,中國大地出現寒冷、幹燥的天氣;而當副熱帶高壓控製中國高空時,出現炎熱並常伴有降水過程。由此可見,中國的天氣狀況直接受著北極、西伯利亞地區的影響。
在北極圈附近的5000米高空(氣壓為500毫巴)上,常常形成一個巨大的低氣壓係統,由於大氣環流的作用,形成由西向東渦旋的強大渦流。這就是氣象學上的中緯度信風帶。冬季,寒冷氣團在北極圈地區蓄積,使得中緯度信風帶勢力加強,由北向南推移;而在夏季,它的勢力減弱,由南向北縮小。由於它的勢力加強或減弱,帶來了北半球地區,尤其是歐亞大陸東部顯著的季節變化。不僅如此,中國的“梅雨”等特有的天氣現象也歸因於它的強弱變化。
因此,有人把北極圈附近的這種渦流稱作北半球的“寒冷的肺部”,它的“呼吸”——蓄積和放出,左右著北半球的天氣。中國大部分的天氣係統受製於這一渦流。
地鐵中的氣象
地下鐵道宛如強勁跳動的交通脈搏,支撐著城市的地下交通,可以實現快速和大批量輸送乘客,是現代城市交通的重要發展方向。
世界上第一條地鐵是1863年在倫敦運行的,目前全世界已有30多個國家和地區的近80個城市有了地鐵,還有許多城市正在施工或籌建中。氣象條件的優良與否和地鐵安全運行、管理、效益等關係極為密切。在祖國首都北京的地鐵車站,細心的顧客都會發現地麵站口和地下站台均設有氣象觀測百葉箱,每天進行氣溫、濕度等氣象要素的觀測,足見地鐵工作離不開氣象保障。
北京地鐵運行已有近30年了。1971年地鐵年客運量是800多萬人次,到1995年已增至5億多人次。地鐵在設計時要考慮依據城市氣候和四季天氣變化等特點合理安排通風亭,以便有效地通風換氣,保持地鐵通道內部的空氣新鮮暢通和氣溫平衡。近些年來,從對地鐵的氣象監測情況看,地鐵中氣溫有逐年上升的現象,其原因是人流日益增加,地鐵客運量逐年增長,長期超負荷運行。乘客和機車以及車流量增加,熱源增加;二是地鐵的通風環境遭受到幹擾破壞,換氣效率降低。例如,通風亭是地鐵的“呼吸道”,起著排換空氣、降低溫度濕度等作用,但一些通風亭和地鐵進出站口四周地麵綠化地有的減少,有的被建築物占據或遮蓋,當通風亭周圍環境被破壞後,雖然大型通風機每天運轉,但空氣進流量減少,排氣效果降低,空氣清新度變差,致使地鐵內部產生的熱氣無法有效地排到地麵空間。加上街道路麵汽車增加,空氣汙染加重,長久下去對地鐵通道和站台內部的局部區域溫度分布和空氣環境都產生了不利的影響。
經地鐵有關人員長期觀測,夏天地鐵內車站大廳溫度為27~28C,春秋兩季在20℃上下,到冬季是15~16℃。有的地鐵工作者反映,冬天氣溫低些相對好過,夏季最難受。由於地鐵本身的封閉式環境,也使得混凝土牆壁積存熱量和水汽,當空氣相對溫度達飽和時無法散熱。夏季由於空氣潮濕,使不少站台牆壁凝結水滴或流水,有的車站晝夜開著除濕機,在高溫潮濕的環境中更使人感受悶熱難熬,曾經發生過站台服務員在崗位上中暑昏迷的事情。在氣壓較低的天氣或是陰雨天氣時,一些工作人員感到憋氣難受,易患關節炎等疾病。有的工作人員告訴筆者,他們常年累月在地下工作要嚐試“春夏秋冬”的氣候:在地麵是冬天,在站口和樓梯口處感受像春秋,而在地下站台工作和值班室內像是夏天。
為了掌握地鐵的氣象狀況,特別是氣溫和濕度的變化情況,80年代中期以來,地鐵衛生和技術部門在地鐵的地麵和地下站台設置了氣象儀器,開展氣象要素的對比觀測,為改善地鐵空氣環境提供和積累了許多寶貴的氣象科技數據資料,並在實際中得以應用。例如針對地鐵氣溫增高現象,將通風亭口的玻璃窗改換成通風百葉窗,把原來封閉的玻璃門改造為百葉拉門或合金拉門,對熱力機器增裝了風筒式排風機強迫通風降溫,人流高峰時限製客流量。為維護和保障地鐵的正常運行,保護空氣的清新和舒適的氣候環境,90年代初期,北京市人民政府專門公布了市地鐵通風亭的管理規定,其中規定地鐵通風亭周圍100米為保護範圍,通風亭周圍10米範圍內禁止搭建建築物,禁止排放有毒有害氣體與汙染物、煙塵粉塵等,從而緩解了地鐵氣溫的升高趨勢,使地鐵中的氣象環境得到了有效改善。
在其他國家地鐵運行中也曾出現過地鐵車站和通道內氣溫升高的現象,有的國家,當地鐵內監測到溫度明顯升高時,地鐵被迫暫時關閉停用一段時間,采取控製人流和通風排風措施,等氣溫降低後再恢複運營。
雷雨後的空氣
每當雷雨過後,如果你打開窗戶,一定會感到空氣格外地新鮮。所以,人們往往喜愛在雷雨後到街上去逛逛,或者到野處去散散步,呼吸一下雨後的清新空氣,那真是令人心曠神怡。可是,你知道為什麼雷雨後空氣會變得格外新鮮嗎?
這裏有兩個原因:第一,什麼東西經水一衝洗,立即換了個模樣,變得幹幹淨淨,清爽可愛。空氣也是這樣,一場傾盆大雨,就好像給空氣痛痛快快地洗了個“淋浴”,把空氣中的灰塵和其他髒東西全都衝掉了,空氣就變得幹淨而純潔;第二,那是因為下雷雨總是夾雜著閃電,而在閃電時,空氣中便發生了一種化學變化——空氣中的一部分氧氣變成了臭氧。
臭氧,這是一種什麼樣的化學物質呢?原來,臭氧也是氧,而且它還是氧氣的親哥哥呢。濃的臭氧是淡藍色的,有一股很臭的味兒,具有很強的氧化能力。我們知道,在一個氧分子中,含有兩個氧原子;而在一個臭氧分子中,卻有3個氧原子。臭氧還有漂白和殺菌的本領呢。目前,科學家們正在試驗用臭氧來淨化水質。有人會擔心,這樣一來,水中會不會有臭味呢?其實這種想法是多餘的,因為稀薄的臭氧是一點兒也不臭的,反而會給人一種清新的感覺。雷雨後,空氣中就產生了少量的臭氧,它能淨化空氣,殺死細菌,因此雷雨後的空氣就特別的新鮮。
那麼,臭氧又是如何產生的呢?
如果你走進一個電機室裏,關上窗戶,就會聞到一股刺鼻的臭味兒。原來,正在進行工作的電動機裏,電壓很高,電動機裏產生了電火花,使周圍的氧氣受到激發,就有一部分變成了臭氧。
雷雨時的臭氧,也是這樣產生的。一塊帶正電的雲與一塊帶負電的雲碰到了一起,放電時發出火花,就產生了閃電與雷鳴。閃電時的電壓很高很高,可以達到幾十億伏特,所以它產生的巨大電火花,使空氣中的一部分氧氣變成了臭氧。
明白了這些,雷雨後,多到戶外去散散步,呼吸新鮮空氣,對身體大有好處。
氣溫上升引起自然界變化
從理論上講,大氣中的二氧化碳的“溫室效應”早為人們所承認,但有人對二氧化碳的增加會導致全球性的氣溫升高表示懷疑。他們的主要依據是,從北半球的溫度記錄來看,本世紀40年代以來,平均氣溫大約每10年下降0.1℃,現在可能繼續在下降。近20年來,大氣中二氧化碳的含量卻在不斷增加,這似乎表明,氣溫的變化與二氧化碳的增加相悖。同時,另一些人認為,自70年代以來,亞歐北部地區在持續轉暖,這可能與二氧化碳的增加有關。
美國科學家通過近十年來的人造衛星拍攝的南極照片的比較,發現近年來夏季南極的冰雪比十年前明顯減少。他們還發現有些地方的海平麵,近年來有上升的趨勢。他們認為,這可能是由於大氣中二氧化碳增加的結果。
我國的氣象資料表明,近年來我國東北地區,尤其是黑龍江省,氣溫明顯上升,越往南增溫越不明顯;南方有些地區氣溫似乎在下降。
理論分析表明,大氣中的二氧化碳增加1倍,可使大氣的平均溫度上升2.9℃。地麵溫度的上升隨緯度的增加而增加:在緯度40度的地方接近平均值,在兩極地區比平均值高3倍左右,在赤道地區隻升高平均值的一半左右。根據這種分析,我們看看近百年來由於二氧化碳增加對大氣溫度的影響:1860年大氣中二氧化碳含量是290PPm,1960年是314PPm,1980年是336PPm。這就是說,1960年以前的100年間二氧化碳隻增加了24PPm,而1960年以後的20年間增加了22PPm,後者的增長速度為前者的4.6倍,原因不僅是燃燒的石油和煤炭以驚人的速度增加,同時也與世界人口的激增以及大規模的森林植被被破壞有關。理論計算表明,二氧化碳增加24PPm,可使平均氣溫上升0.17℃,在100年間氣溫對氣候的影響是微不足道的,就是20年內氣溫上升0.17℃,在一般地區也難以覺察,因為一個地區的溫度的平均值波動±0.2℃是常有的事。但是,由於兩極地區的溫度要比平均值高3倍左右,所以近年來兩極地區的溫度可能要比20年前高0.5℃左右,這就有可能使兩極的冰雪在夏季融解得更多些。