逍遥学能 2017-05-01 11:27
“东虹日头西虹雨”
唐代诗人刘禹锡在《竹枝词》中写道：“东边日出西边雨,道是无情却有情。”“谁把青红线两条，和风和雨系山腰，玉皇知有鸾辇出，万里长空架彩桥。”“赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩练当空舞？” 夏季的彩虹不但有美丽的仙姿，而且还能“预报”天气，因此，在我国古代，科技还不发达，勤劳的劳动人民有时就把彩虹当做预报天气的“晴雨计”。这是为什么呢？
要想搞清楚这一地理现象，要从以下几个方面来分析。
首先，这一民谚是我国古代劳动人民的生活经验的结晶，是他们长期生活的体验。我们知道，我国位于4°N—53°N、73°E-135°E的范围内，大部分地区位于北半球中低纬度地区，而中纬度地区盛行西风气流，而降雨云系大多由西向东移动发展而成。
其次，“东虹日头西虹雨”中的“东虹日头”现象出现在傍晚，“西虹雨”现象则发生在上午，即“晚虹晴，朝虹雨”。“东虹日头”现象的发生：虹的出现与空气中水汽有关,是太阳光照射到空中的水珠上时,经过水珠表面发生屈折, 然后由水珠内壁重复折射而成。夏天的早晨，随着地球的自转运动，太阳从东方升起，阳光四射，大地上万物复苏，万象盎然更新；此时，如果在观测者西侧的天空中有厚厚的富含大量水汽的云层出现，太阳光穿透厚厚的大气层到达地球表面，在水面、植被叶面、建筑物亮面等的反射作用下，把太阳光反射到其对面的天空中的云层上，云层里的水滴、空气分子等经过散射、折射等作用，便在西边的天空中形成一道亮丽弧形的七色彩带，像一座瑰丽的天桥横跨南北，悬挂在空中，这就是人们熟悉的彩虹，简称虹（见右图）。该云层在盛行西风的作用下，携带大量的水汽向东而来，加之诸如冷暖气团相遇、或地形的抬升作用、或水汽受热膨胀上升冷却凝结成云致雨等因素，就有可能在未来的一段时间里产生阴雨天气，即“西虹雨”现象。
同理，夏天的傍晚，随着地球的自转运动，太阳在西边的天空渐渐落下之时，太阳光穿透厚厚的大气层到达地球表面，在地面的反射作用下，把太阳光反射到其对面的天空中的云层上，云层里的水滴、空气分子等经过散射、折射等作用，便在观测者东边的天空中形成一道亮丽的彩虹（见右图）。该云层在盛行西风的作用下，携带大量的水汽向东而去；由于该云层已经运动到观测者所在地的以东地区，则其降水现象可能就会发生在东方的其他地区，对观测者而言，当地的当时或次日也就可能不会下雨，即出现“东虹日头”现象，次日会是好晴天的预兆，从而也就可以印证“早霞不出门，晚霞行千里”的说法是有一定的道理了。
此外，如“虹高日头低，早晚披蓑衣；虹高日头低，大水没过溪；断虹见，风随见；断虹早见，风雨即见；虹吃云下一指，云吃虹下一丈”等，都是跟彩虹相关的天气谚语，其形成的道理与“东虹日头西虹雨” 也差不多。
另外，民谚里所说的南虹北虹，只有在正午方有可能看到。在赤道附近，南北回归线(23°26′N～23°26′S)之间，太阳几乎全年在天顶，故决无南虹北虹出现的可能。但是到了40°N以北的地区，在冬天，太阳正偏南最低之时，北虹就易看见了。因为在40°N的地方，冬至的太阳高出地平面，只有26°30′左右，已低于42°，所以这时北方如有阵雨，地平线上就可看到虹头。就我国而言，冬天照例应是干燥少雨的，如有北虹出现，显见这时可下暴雨，而这个冬天必定是湿热多变的。这样的反常天气，对人类生活和农作物都是不利的，所以在乡间有人认为是不吉之兆。从我国大陆陆地部分所处的的地理纬度上看，除23°26′N及其以南的地方外，太阳绝不会到天顶以北去的，所以决不可能有南虹出现。
地理小贴士：本民谚涉及的地理知识有：我国的经纬度位置、西风带、温度带、太阳辐射对地球的影响、大气对太阳辐射的影响、热力环流等。
“两小儿辩日”
《两小儿辩日》一文选自《列子·汤问》，相传是战国时郑国人列御寇所著。
原文：孔子东游，见两小儿辩日，问其故。一儿曰：“我以日始出时去人近，而日中时远也。”一儿以日初出远，而日中时近也。一儿曰：“日初出大如车盖，及日中则如盘盂（yú），此不为远者小而近者大乎？”一儿曰：“日初出沧(cāng)沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？”孔子不能决也。两小儿笑曰：“孰(shú)为汝(rǔ)多知(zhì)乎？”
《两小儿辩日》里的一个小孩说因为早晨太阳冷，中午的热，所以早上的远而中午的近；另外一个说早上的太阳大，中午小，所以早上的近而中午的远。而且事实的观察的确如此，那么如何解释？到底又是怎么回事？
下面我们试从地理学的角度上来分析。
我们知道，日地的平均距离是1.5亿千米，地球表面大气层的平均厚度是2000-3000千米，地球的平均半径是6371千米。
（1）太阳是早上时离地球近，还是正午时离地球近？关于这一点，只要观看下图，就可以一目了然。
此外，众所周知的原因，地球环绕太阳运行的轨道是一个椭圆的轨道，地球距离太阳的远点距离为15200万千米，近点距离为14700万千米，两者相差500万千米，地球环绕太阳运行一周用时365天，也即8760小时，其沿径向运动的距离为1000万千米，沿径向运动的平均速度为1141.5千米/小时，从早晨到中午的时间按6小时计，则地球距离太阳由于地球沿径向运动速度产生的位移为：6849千米，显然，这一量值大于地球的半径。由以上分析可知，一天之内太阳何时离我们更近，是由地球在太阳轨道上的位置决定的。当地球到达近日点（冬至12月22日前后）时太阳离地球最近，从这一天开始，地球开始远离太阳，一直到远日点（夏至6月22日前后）这一天达到最远，因此，地球从近日点往远日点运动的过程中，每天早晨的太阳总会比中午的太阳离我们近。而从远日点到近日点运动的过程中，每天早晨的太阳则总比中午的太阳远。
（2）为什么早上时看的太阳较大，而正午时看的太阳较小？
如果我们把地球的平均半径忽略不计，则早晨和中午时地球距离太阳的远近是一样的。那么，为什么早晨的太阳看起来较中午时要大一些呢?这主要是我们人类的肉眼在以空气为背景的环境里存在着视觉的差误和错觉所致。一般地讲，空气中的水分子和微尘会对光线产生散射和折射、衍射等现象；同时，通过物理实验得知，同一个物体，放在比它大的物体群中就会显得小些，而放在比它小的物体群中就显得大些。同理，早晨的太阳，从地平线上升起来的背衬是树木、房屋及远山和局部的天空（地平线以上的部分），在这样的背景衬托比较下，加之早晨时，空气中的水汽含量较大，辅之以光线的散射等作用，此时太阳就显得很大。中午时分，太阳高高升起在我们的头顶之上，此时空气中的水汽在太阳的蒸发作用下显得较干燥，广阔无垠的天空成为太阳的背景，此时太阳就显得很小。另外，同一物体白色的比黑色的显得大些，这种物理现象叫做“光渗作用”。当太阳初升时，背景是黑沉沉的天空，太阳就显得格外明亮；中午时，背景是万里蓝天，太阳与其背后的天空的亮度反差不大，自然就显得小得多了。
（3）中午的气温较早晨高，是否此时的太阳较早晨离我们近些呢？
从上图中很明显可以得到确定的答案。但是这不是根本的原因。主要原因是早晨太阳斜射大地，中午太阳直射大地。在相同的时间、相等的面积里，直射比斜射获得的太阳热量要多些。同时，在夜里，太阳照射到地面上的热度消散了，所以一天中的最低气温多出现在黎明前后，即我们都感到早上比中午凉爽；中午时，太阳的正午高度角大，太阳辐射到达地面上，所以感到较炎热。一定程度上讲，地球表面温度的凉与热，并不能说明太阳距离地面的远与近。
地理小贴士：本文涉及的地理知识有：日地距离（1天文单位）、正午太阳高度角、太阳辐射、大气对太阳辐射的影响、地球公转运动等。