山高空氣薄
你們見過大海嗎?在那湛藍的海水下麵可深啦,最深的地方在10公裏以上。如果你拋個石子,以每秒1米的速度下沉,大約要經過3個多小時,石子才能沉到海底呢!可是,這點深度和大氣的海洋比來,那又算得了什麼!
怎麼,還有大氣的海洋嗎?
是的。大氣,雖然你看不見,摸不著,可是,風,不就是大氣海洋在流動的證據嗎?台風還能拔樹毀屋,造成很大的災害哩。我們人類居住的地麵,就是大氣海洋的底,大氣海洋裏的空氣密度,越向高空越稀薄,逐漸向接近於真空的宇宙空間過渡。大氣海洋的上界,就根本不像海水的表麵那樣清楚,劃不出一個截然分明的大氣上界來。所以,有的人說大氣海洋的深度隻有幾百公裏;有人卻說有1千多公裏。
大氣海洋的底部,是大氣海洋裏密度最大的地方。每1立方米中的空氣重量,達到1。226公斤,即大約1226克重。海平麵高度上每1平方厘米麵積上的大氣重量,稱為1個大氣壓,大約有1公斤重。所以我們每個人的身上真是時時都壓著“千斤重擔”哩。不過,因為我們身體內外各個方向都有這種壓力,平衡了,也就不覺得了。
到了3000米高度,大氣海洋的壓力,大約隻剩下70%;到了5500米左右高度,就隻剩下一半了。在8848米的珠穆朗瑪峰頂上,氣壓隻有海平麵上的34%,即1/3,每立方米的空氣還不到450克重。
空氣密度減小了,氧氣的含量也要減少。在5500米高度上大約吸兩口氣,在珠峰高度上大約吸三口氣,才抵得上海平麵上吸一口氣的氧氣。人體為了獲得足夠數量的氧氣,呼吸就要急促一些。不過,實際上總是不能完全補足的,因此內地平原上的人初上高原,往往會有些高山反應。比如輕微的頭痛,頭暈,腦袋嗡嗡作響,頭輕腳重,疲乏無力,吃不下,睡不好,胸悶,氣喘,惡心嘔吐,甚至走起路來搖搖晃晃。但是,高山反應是可以通過一段時間的適應,而逐漸克服的。比如,許多生長在內地的漢族同胞,為了建設邊疆的需要,長期戰鬥在青藏高原上。又如,我們氣象部門的工作者,長期堅持在青藏高原上觀測風雲,一二十年如一日;還有,中國登山隊兩度從北坡勝利登上珠峰,許多漢族登山隊員雖然背著氧氣筒,但很少吸氧,這也是很好的證明。
高原上因為氧氣少,吸煙的人很快就會發覺高原上火柴不容易擦著,煙頭也容易熄滅,煤油燈的火焰也小了,一般的煤塊也不好燒燃,這些都需要摸索一套新的經驗,才能適應。
高原上還有一件怪事:水不到100℃就燒開了。比如,蘭州和山東泰山頂上,海拔都在1500米左右,水的沸點隻有95℃;西寧海拔2200米,水在92。5℃就已經滾了;拉薩海拔3645米,開水的溫度是88。4℃;在5500米高度上,水的沸點隻有82。5℃;在珠峰上,要把水燒開,就更容易了,隻要水溫達到76℃,水就沸騰了。在這種“開水”裏煮米飯,煮了許久還是半生半熟的,蒸起饅頭來,也總像是少了一把火似的。所以登山隊、科學考察隊和部隊、機關等用的飯鍋都是密封的高壓鍋。
在高原上不光是人有高山反應,連牲畜以至動力機械也都有“高山反應”。內蒙古的高頭大馬多神氣!可是到了青海高原,因為不適應高山缺氧,常會病死。而高原本地的青海馬,雖然體形較小,但卻比較適應高原氣候。
高原缺氧使內燃機的油料燃燒不完全,加上水的沸點低,對發動機散熱不利。因此雖然耗油量增大,而機械效率卻顯著降低。比起海平麵高度來,海拔2000米高度上,汽車發動機的效率約降低1/5;3000米高度上,降低約1/3;4000~4500米高度上,甚至降低一半。這對高原汽車的載重量和行駛速度有很大影響。
有一首歌曲中唱道:“藍藍的天上白雲飄。”但是在很高的高原上,雲就沒有平原上那麼潔白,天也沒有平原上那樣蔚藍,而是藍中發暗,藍中帶黑。
為什麼會是這樣的呢?
原來,“天”本身是沒有顏色的,藍色不是“天”的顏色,而是大氣分子散射了太陽光中的藍色光線的緣故。空氣越稠密,天就愈藍。所以秋冬季寒潮過後,我們處於密度很大的冷空氣團中,天便顯得特別湛藍。高山和高原上的空氣稀薄,天空的藍色逐漸減弱,天色便發暗了。
例如,在珠穆朗瑪峰拍的許多彩色照片上,天呈藍黑色,甚至黑色,就是這個道理。
如果你乘上大型民航客機,在9000~10000米的高空飛行,透過飛機座艙的玻璃向天頂仰望,便可以看到頭頂上的天空是暗藍色的。在9000~10000米高空觀看日出和日落等天象也是很有趣的,因為這裏3/4的大氣已在腳下,空氣稀薄,日出前和日落時太陽都不變形,星星不管亮的或是暗的,都不眨眼,特別是日出和日落後,地平線上是鮮豔的紅色,而紅色上麵緊接著的就是橙色、黃色、綠色和藍色,彩帶很窄,但對比極為鮮明。這是比在泰山頂上觀看日出還要好看的朝晚霞奇景。
那麼,更高的高空又是怎樣的呢?
當人造衛星、宇宙火箭飛出地球大氣圈以後,暗藍色的天空就變成暗黑色的天空。太陽、月亮、星星都同時在灰黑色的天穹上發出耀眼的光輝,宇宙奇景便展現在我們眼前了。這時候如果我們回首腳下,便會看到那披著淡藍色輕紗的人類家鄉——地球。這淡藍色輕紗就是地球大氣。
高處不勝寒
高山上夏季很涼快,所以廬山、黃山都是避暑療養的勝地。
可是,如果山再高些,夏季就不是涼爽,而是寒冷了。有誰會到五台山、峨眉山頂去避暑呢?
海拔2896米的五台山,在最熱的7月份裏,它的平均氣溫也升不到10℃,從溫度上來講,這裏已是四季皆冬。青藏公路上海拔4780米的楚瑪爾河7月份清晨的平均溫度隻有1℃,常常還要降到0℃以下。例如,1958年7月9日早上,氣溫就降到了—4。3℃,就連午後的最高氣溫平均也隻剛過10℃。夏季裏,平均2天一次霜,4天一場雪,這種地方已經沒有無霜期了。科學考察工作隊員就是在夏季,一早一晚也要穿起皮衣禦寒。可是,這時候東部平原上正是烈日炎炎,夜間難入眠的伏旱天呢!對比是多麼鮮明!
從溫度上講,這裏雖然沒有夏天,也沒有春秋,可是,因為太陽光比較強烈,地溫還是比較高的。你也許不相信,在5000米的高度上,夏季太陽最強的時候,地麵溫度最高還能達到60℃以上呢!所以地麵上仍有牧草生長,是我國廣闊的高原牧場。而且藏北高原上的草雖然不高,但是草根不淺,盤根錯節,一大坨,一大坨,藏族人民挖起來用它壘牆,也很堅固結實。藏北高原上,不但有草原,而且還有湖泊,是放牧牛羊的好地方。遠處的白色雪峰倒映在清澈的湖水中,景色十分美麗。
海拔再高些的地方,情況又怎麼樣呢?
大約5000~5500米,連草類也不能生長了。地麵積雪的時間也越來越長了,8個月,10個月,11個月,一個冬春的積雪,加上夏季又大量降雪,直到夏季結束的時候也化不完。積雪終年不化的最低界限,我們管它叫雪線。
喜馬拉雅山脈的雪線,北坡大約是6000米左右,南坡大約是5500米左右,北坡比南坡約高500米。這可奇怪啦!南坡暖於北坡,為什麼南坡的雪線反而比北坡低了呢?這是因為雪線高度是由溫度和降雪兩個方麵共同決定的。南坡雖然氣溫稍高些,但南坡是印度洋潮濕西南季風的迎風坡,降雪比背風的北坡要多得多。北坡雪少,加上空氣幹燥,蒸發大,夏季裏容易化光,這樣,雪線不就高了嗎?
不過,要說明的是,即使在雪線以上,也並不是處處地方天天都有雪的。這是因為,陡坡上,雪積不住,較陡的坡上,隻能積些薄雪,容易化光。此外,還有風的影響,珠穆朗瑪峰地區冬春季節西風特別強勁,高山積雪常被吹落。所以我們看珠峰的照片時,也常常可以發現,其中許多坡上都是沒有積雪的,原因就在這裏。
大家也許很想知道珠峰頂上有多冷吧?
可是,這裏沒有氣象站,甚至沒有進行過氣象觀測。不過,珠峰附近有幾個高空探測站,大氣球上掛著小儀器飛上了天,一路上,探測著各個高度上大氣的壓力、溫度和濕度,最高可一直探測到20~30公裏的高度。它把探測到的氣象數據變成無線電信號發下來,地麵上接收到這些信號,再翻譯出來,於是高空氣象的情況就都清楚了。珠峰頂上因為常常有風和周圍自由大氣經常交流,所以,用探空氣球觀測到的自由大氣溫度和珠峰頂上應該是比較接近的。離珠峰最近的氣象站,是西藏的定日站,珠峰在它東南方七八十公裏的地方。在八九千米的高空,相差這點兒距離,溫度的差異是很小的。
根據定日氣象站測得的大約11年的資料,珠峰以1月份最冷,月平均氣溫大約是-36℃,比我國冬季最冷的黑龍江省漠河還要冷得多;珠峰以7月份最熱,可是平均氣溫仍低到-19℃左右。在這11年裏,珠峰高度上曾經出現過的最高氣溫隻有-14℃左右,最低氣溫達到-57℃。
珠峰,由於它的低溫嚴寒和終年積雪,獲得了“世界第三極”的稱號。實際上,它的嚴寒程度已經超過了北極,而僅次於南極,應該排老二才對!
正是珠峰賽北極,高處不勝寒!
高原降水少
降水是降雪和降雨的總稱。
迎風坡上豐沛的雨雪大量地消耗了爬山氣流中的水汽。氣流中的水汽越來越少,山坡上總會有這樣一個高度,氣流爬山到這個高度以後,由於氣流中水汽實在太少了,所以雨量反而開始隨高度升高而減小。這個高度,氣象學上叫做最大降水高度。因為這個高度上的雨量比其上下哪個高度上都多。
最大降水高度有多高呢?
這在各地很不一樣,主要決定於當地的氣候條件或者說氣流的潮濕程度。氣流越潮濕,最大降水高度就低,但雨量越大。幹旱地區裏,氣流需要上升到很大的高度,才能降下比較大的雨,因此,最大降水高度就要高些。例如,我國秦嶺北坡,年雨量的最大降水高度在1500米左右,幹旱的天山北坡,最大降水高度就升高到3000米左右。
喜馬拉雅山東經90。左右的南坡山麓,年雨量大致是1500~2000毫米,最大降水高度大約在2000~2500米,這裏的年雨量大約是3000毫米。過了這個高度,雨量就開始減少,到了海拔3000米處大約減到1000毫米,4000米處就更少了,隻有400毫米左右了。位於喜馬拉雅山南坡海拔4300米的西藏帕裏鎮年雨量就隻有397。2毫米。
那麼,珠峰上年降水量有多少呢?
這個問題可不大好回答,因為探空氣球是不會觀測雨量的。我們隻能根據大氣中的水汽含量的一般規律作一些推測。
在自然界裏,大氣中的水汽含量也是向上減少的,而且減少速度比大氣質量還要快得多。如果都以壓力計算,大氣壓力在5500米高度上減成一半,而水汽壓力則在3000米高度上就減成一半了。如果地麵的水汽壓力為100%,4000米高度上的水汽壓力隻有30%,難怪帕裏的年降水量不到400毫米了。到珠峰高度上,水汽壓力大約隻有地麵上的2%~3%,或者說隻有4000米高度上的1/10到1/15,珠峰上的年降水量就按西藏帕裏的1/7算,大約有40毫米左右。這比南極高原中心南極點及附近的年降雨量還略多些。
照這樣說,珠峰上的年降水量和幹旱沙漠地區差不多。那麼,珠峰上為什麼還會有那麼多的雪呢?這主要因為那裏氣溫極低,雪麵蒸發極慢。南極內陸年降水量也不過幾十個毫米,但卻積起了二三千米厚的冰蓋,也是這個原因。
帕裏的年雨量在平均高度4000~5000米的青藏高原上還算多的,因為它位置偏南,離印度洋不遠。在青藏高原內部,因為雨季開始遲,結束早,西南季風氣流一路上又損耗了大量水汽,所以那裏的雨量很少。近年來,在西藏高原中部和西部新設了幾個氣象站,現在已經弄清楚,西藏高原上雨量從東向西減少,其中以西藏西北部的噶爾地區年雨量最少,雨季最短,隻有一個月,年雨量也隻有60毫米,有的地方還要更少些。