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欧洲工业革命时气象仪器发明辈出 |
发布时间:2020-02-27 |
正当我国封建制度严重地桎梏着生产和科学发展的时 候,欧洲蓬勃地进行着资产阶级的民主革命。恩格斯说: “这是地球从来没有经历过的最伟大的一次革命。自然科学 也就在这一场革命中诞生和形成起来。”他还说:“如果 说,在中世纪的黑夜之后,科学以意想不到的力量一下子重 新兴起,并且以神奇的速度发展起来,那么,我们要再次把 这个奇迹归功于生产。”在工业革命的推动下,从十七世 纪到十九世纪,欧洲气象仪器发明异常繁多。现在气象台站 的常规地面观测仪器,差不多全都在&个时期发明出来了。 人们在日常生活中,感觉不出地球大气有压力。实际 上,大气压力大得惊人。在海平面高度上,每平方米面积上 所受到的大气压力,大约有十来吨重。认识到大气有压力, 懂得大气压力的差别是造成大气运动的原因之一,了解是什 么原因使大气压力产生了差别,这些关于大气力学的问题, 是气象科学的关键问题。因此,气压表的发明,对气象科学 的发展具有极大的意义。气压表是伽利略的学生托里折利在一六四四年发明的。托里折利为了解决调节阿尔卑斯山水流 的问题,研究了流体〈气体和液体〉力学的一些规律。他还 做了一个有名的实验:在一根很长的玻璃管里装满水银,用手指堵住口子把它倒过来,把开口的一端插入水银槽中。这 时,管子封闭的一端出现真空,叫托里折利真空。不论是使管子保持垂直,或使它以任何角度倾斜,管内水锒柱的高度 总是一定的,约为760毫米。这个实验证明了空气有压力。 托里折利发明的气压表,就是按照这个原理制成的水银气压 表。现在气象台站使用的气压表,还是属于这种类型,不过已经经过很多次的改进了。 气压的量度,可以用水银柱的高度,以毫米为单位来表示。但气象工作中经常使用的单位是毫巴。毫巴是单位面积 所受的压力,1毫巴表示在一平方厘米的面积上受到1000达因的力。现在我们说的标准大气压,是760毫米水银柱髙, 相当于1013.25毫巴的气压,也相当于1平方厘米面积上受 到1.0336公斤的压力。工业上一般去掉小数,粗略地把每平 方厘米面积上受到一4斤的压力,作为一个大气压。 在气压表发明后,人们拿着气压表去测量山脚下和山顶 上的气压,发现大气压力是随高度降低的。现在我们清楚, 在海平面上,气压一般在1013毫巴左右;而在1500米高度上,气压只有850毫巴左右;在3000米髙度上,气压只有700毫巴左右.在5000—6000米高度上,气压只有500毫巴左右。 在一八四七年,又发明了空盒气压表。这种气压表是把 金属薄片做成空盒,盒里抽成真空来做感应元件。还可以把组空盒串联起来,使对气压的感应更灵敏。配上自记钟, 还能迸行自记。 有了气压表、温度表、湿度表、测风仪这样一系列成套 仪器,人们就能对地球大气的特性作出比较正确的认识了。 但是,这还不够。 日照是人类生活环境的一个重荽因素,又是农业生产上 最宝贵的自然资源。为了记录日照,人们发明了观测时照时 数的仪器。常用的日照计有两种类型。一种是乔唐式日照 计,即暗筒式日照计,这是我国气象台站普遍使用的。还有 一种是康培司托克日照计,即玻璃球日照计。日照计可以记录一天中太阳照了多少小时,分钟,什么时候没有日照。 无论是晴天或阴天,都有一部分太阳能量辐射到地面。 日射,这是人们越来越重视的一个物理量。植物的光合作用 离不开它,大气的温度、地温、水温的变化都受到太阳辐射 的影响。现在许多工业国家,都拿出不少预箅来研究如何利 用太阳能。太阳,的确是够我们利用许多亿年的一个巨大能 源。目前的物理学解释:由于太阳内部不断地进行着核聚变 反应,太阳表面温度高达摄氏六千度以上,内部温度达二万 至四万度,因此不断向外辐射出巨大的能量。有人估箅过, 太阳总辐射功率达三十七点五亿亿亿瓦,其中约有二十亿分 之一到达地球表面,这比目前人类消耗的全部能量还多几十 万倍。在地球大气外层与太阳光线垂直的平面上,太阳辐射 强度约为每平方米一千三百九十五瓦。由于大气的吸收、散 射、反射等作用,到达地面时不超过一千瓦。而这也是一个 很可观的能源。 日照时数只能说明太阳照了多长时间,不能反映太阳辐 射能量的大小,这需要用另外一种仪器来测定。在一八三七 年,已经发明了最早的日射计。但各国使用的日射计是几十 年后才定型的。十九世纪以来,昂斯川姆设计的日射计在欧 洲广泛使用。这是一种“补偿式”的绝对辐射仪器。一九〇八 年,阿保特在美国斯密松研究所制成一种“流水式”绝对辐 射仪器,多用在北美洲。由于各国使用的仪器标准不统一, 所测得的资料不便于比较、使用,于是在一九五七年国际地 球物理年,诞生了国际日射强度标尺,使各国按统一的标准 来测量太阳辐射。我国解放前,日射观测是一片空白。比较 正规的日射观测是从一九五七年开始的。目前气象台站使用 的直接辐射表和天空辐射表,都是以康铜^锰铜热电堆来 做感应元件的。日射强度的单位是:卡7平方厘米,分钟。 即每平方厘米面积上每分钟能接受多少卡的太阳辐射热量。 测定地球大气各种基本物理量的仪器,都发明出来了。 于是,人们广泛地运用这些仪器来收集和积累气象资料。正 如恩格斯指出的,“从那时开始的自然科学最初一个时期中 的主要工作,是掌握手边现有的材料。在大多数部门中必须 完全从头做起。” 气象科学也是这样,开始跨进了近代化的门槛。 |