科學

天氣預報瓶,真能預報天氣?

字號+中國天氣網 來源:果殼網 2015-01-20 15:43 我要評論() 收藏成功收藏本文

(文/大臉撐在小胸上)天氣瓶全名天氣預報瓶,又名風暴瓶,英文名StormGlass。

發明人說法不一,其中一位據說還是氣象學家羅伯特·菲茨羅伊(Robert FitzRoy)——此人就是達爾文進行環球考察時乘坐的那艘“小獵犬號”的船長。他把蒸餾水、樟腦、乙醇、硝酸鉀和氯化銨混合成溶液,密封在玻璃瓶子里。隨著天氣的變化,瓶子里溶液的結晶也會發生不同的變化,觀察結晶就能預報天氣。

然后就是各種淘寶賣家的介紹,都說能預測天氣——“當瓶中液體清澈干凈,代表天氣晴朗;當瓶中液體混濁朦朧,代表天空多云陰郁;當瓶中出現大片結晶,代表將降溫甚至下雪。”(各家描述略有出入,總體上大同小異)

淘寶商家對天氣瓶不同天氣產生不同晶體變化的介紹

PS:不得不說,在淘寶搞調研真的太考驗人性了,鼠標神不守舍東點西點根本停不下來,調研結束后差點破產。

掐指一算:這頂多是個漂亮的溫度計!

首先,天氣雖然千變萬化,其實歸根結底不外乎是溫度、濕度和氣壓的變化。對于天氣瓶子而言,由于它是密閉的,所以濕度和氣壓無法施予影響,真正能對它產生作用的就只有溫度。

我們可以看看天氣瓶子號稱能預測出的幾種天氣:晴、陰、多云、降雪、暴風雪……這些天氣狀況,都并非只由氣溫這一個指標來主導。比如說,某地,冷空氣來了,氣溫下降(這是天氣瓶能捕捉的),但到底會不會下雪,還取決于水汽輸送條件(這是天氣瓶不能捕捉的),所以天氣瓶子怎么可能判斷下雪呢?!還有陰、晴、多云,這些天氣現象完全可能在同樣的氣溫條件下發生,其差別僅在于天空云量(晴為云量<30%,陰為云量>70%,中間的為多云),天氣瓶子又怎么能獲取到天空云量信息呢?

其次,既然天氣瓶子完全依賴于溫度變化,那顯然它就必須放在室外,才能與大氣溫度充分接觸。可是幾乎所有的廣告和介紹都沒有提示這一點,大部分圖片也都是放置在室內——這倒也與它精巧脆弱的造型相符。在如今的居室條件下,室溫變化已經越來越小了,冬天有暖氣、夏天開空調,這種條件下,天氣瓶子連真實的氣溫都反映不了,更別說再進階到天氣變化了。

還有最重要的一點,就算我們把天氣瓶子放在室外,就算室外的天氣瓶子真能反映出氣溫變化——那又怎樣?這能叫“預報”嗎?!

什么叫預報?現在是10℃,我跟你說,24小時后會變成20℃,這才叫預報!而天氣瓶子無非是現在已經20℃了,它用結晶的狀態反映出來而已,這可不是預報,這只是實測,其功能僅僅相當于一支漂亮的氣溫計——把抽象的水銀柱刻度,換成了具象的溶液結晶型而已。

等下!到底能不能實現溫度計的功能還且說呢!

做個實驗:天氣瓶比溫度計任性很多

天氣瓶子里的溶液結晶變化,到底能不能反映溫度的變化?或者說,能反映到什么程度?對于這個問題的好奇心,戰勝了我愛財如命的本質——我去買了一個天氣瓶子!

在買的瞬間我突然又想到,要不要考慮下瓶子自身是否存在明顯的個體差異?比如說,在同樣的條件下,同樣的瓶子卻產生不同的結晶變化?

理論上來說,此時我應該買100個瓶子來觀察。但是!我愛財如命的本質終于戰勝了一切——我決定只買兩個來看看再說……

OK,這就是傳說中的天氣瓶子。

我把它們放在室內遠離暖氣的窗戶邊上(之所以要遠離暖氣是為了照顧南方人民的情緒),它們總體上很清澈,只在底部有少量小枝杈一樣的結晶。

過了24小時,請注意,此時室溫跟昨天相比,幾乎沒有變化。它們就變成了醬紫——

兩個瓶子的結晶就像在自己生長,而且很明顯左邊的瓶子里的結晶長得更快。

室內溫度的變化幅度太小了,我決定找個變溫幅度更大的地方來觀察!于是我和小伙伴們來到了中國氣象局大氣探測綜合實驗基地,借助他們高大上洋的實驗設備來完成我們的小打小鬧小實驗。用基地老師的話說——殺雞用牛刀!

請看這個箱子!這不是一個普通的箱子!這是一個可以人為決定溫度、濕度和氣壓的箱子,全名溫濕壓聯合試驗箱。

溫濕壓聯合試驗箱(中國氣象局大氣探測綜合實驗基地提供)

考慮到,正如前面所說,濕度和壓強不能影響密閉瓶子中的溶液和晶體,所以我們把濕度和壓強都定為接近自然狀態的常數:濕度為30%,壓強為1013hPa。

好了,下面開始變化溫度:

剛放進箱子的瞬間,溶液還很清澈,只有底部有少量結晶。

室溫時拍攝

PS:如果你發現兩個瓶子變胖了的話,那是因為——

沒錯!鏡頭太近了!

請忽略攝像大哥酷似趙又廷的面龐,哎呀你們又看不見!難怪妹子們自拍要配備專用自拍桿啊,離鏡頭太近只會拍出車禍現場啊!抱歉在那一刻我走神了……

溫度先升到40℃,靜置15分鐘,額,似乎沒什么變化。

40℃時拍攝

溫度降到30℃,靜置15分鐘,咦,左邊瓶子出現了輕微的渾濁,感覺結晶都懸浮起來了;而右邊瓶子依舊清澈,只是底部的晶體變多了一點。所以,是溫度越低、結晶越多嗎?

30℃時拍攝

溫度降到20℃,靜置15分鐘,咦,又回到清澈的狀態了,跟40℃時非常類似。哎呀不會是箱子的溫度設置出問題了吧?趕緊檢查了一下,的確是20℃呀——看來瓶子很任性!

20℃時拍攝

溫度降到10℃,靜置15分鐘,又沒什么變化了。看來結晶的變化與溫度的變化,并沒有想象中的線性關系,比如溫度越低、結晶就越多。

10℃時拍攝

溫度降到0℃,靜置15分鐘,左邊瓶子里懸浮的結晶增多了,顯得很渾濁;右邊瓶子里的晶體也在增長,但速度比較慢。

0℃時拍攝

溫度降到-5℃,靜置15分鐘,晶體繼續旺盛生長,但右邊的瓶子始終保持慢半拍的節奏。

-5℃時拍攝

正準備繼續降到-20℃,基地老師突然說:“等下!降到20度這玩意兒不會凍炸了吧?!”

我說:好呀好呀那我們就拍個凍炸了的吧!到時候我就配個圖說——看吧我們把天氣瓶子虐!到!炸!裂!噗哈哈哈……

基地老師:噗哈你個鬼啊!瓶子炸了是沒事兒,這箱子怎么辦?弄壞了你賠?!

我:賠不起……好的我們停止吧!

于是我們把溫度恢復到0℃,開始收拾東西。

10分鐘以后不經意看了眼——咦,左邊瓶子里的晶體好像在向下沉淀,而右邊瓶子里的晶體還在繼續增加。

0℃持續10分鐘后拍攝

干脆又等了10分鐘,兩個瓶子的晶體都增加了!而此時的溫壓濕條件并沒有變化。

0℃持續20分鐘后拍攝

再度陷入深深的思考中:到底是什么在影響天氣瓶子中結晶的狀態呢?

  1. 除了溫度本身以外,溫度趨勢是否對結晶形態也有影響呢?比如同樣在10℃的狀態,從20℃降到10℃,跟從0℃升到10℃,結晶會不會不一樣呢?
  2. 靜置時間會不會也有影響呢?比如在恒定的條件下,晶體會不會自己生長?
  3. 即使溫度、溫度趨勢、靜置時間等外部條件都完全相同,結晶形態也不一樣。這是因為溶液結晶本身就具有隨機性呢?還是因為商品生產時不精確,每個瓶子中的溶液濃度有差異呢?
    ?

思考了5分鐘后,我找到了正確答案——我是學氣象的又不是學溶液結晶的我怎么知道?!子曰:術業有專攻,隔行如隔山。我還是去找專業對口的老師來解答問題吧么么噠~

場外求助:化學專家都說不靠譜了

這位是清華大學化學系的孫亞飛博士,鼓掌~

清華大學化學系的孫亞飛博士

我:孫博士孫博士,你看到我的小實驗了嗎?

孫:看到了。

我:有什么看法呢?

孫:女人為了逛淘寶真是什么理由都想得出。

我:……重點錯!重點是天氣瓶子里的溶液結晶受哪些因素的影響好嗎博士大人!

孫:哎巧了,日本科學家長島和茂跟你有一樣的疑問,他和他的團隊專門進行了實驗,對天氣瓶的結晶條件和結晶成分進行了驗證。結果表明:環境電場、磁場、濕度、氣壓這些因素,對于天氣瓶子中晶體的生長都沒!有!影!響!真正能造成影響的,主要是環境溫度。一般對于這種樟腦-乙醇-水體系,溫度越低,就越容易出現結晶。

我:但是我發現,我們在降溫過程中,它的晶體并不是越來越多,中間曾經有一陣反而變少了,后來又繼續增多了。

孫:因為溫度變化的趨勢和速率,也會影響結晶。比如同樣是降溫,快速降溫的結晶和緩慢降溫的結晶就不一樣。還有外界擾動也會有影響,比如你要是搖晃過瓶子的話,就會促進晶體的生成。

我:咦?搖晃瓶子不會把晶體搖散了嗎?

孫:呵呵,搖晃的確不容易形成完整的較大的晶體,但是就量而言,還是促進的。

我:嗷,醬紫。還有一個現象,我把瓶子放著,環境沒有任何變化,晶體自己就變多了,它是會自由生長嗎?

孫:會。

我:那一方面,靜置時晶體會自由生長;另一方面,搖晃時也會促進晶體生成。這似乎是兩個相反的條件,卻指向了同樣的趨勢——也就是非線性變化咯?

孫:是的,所以結晶過程是很復雜的。

我:最后一個問題,兩個瓶子在完全相同的條件下,結晶狀態卻不同,是不是說明結晶具有某種隨機性呢?

孫:這有兩種可能,一種是兩個瓶子里的溶液比例和濃度不一樣;另一種就是你說的隨機性——我們業內更喜歡稱之為“人品”。當然了,其實并不是真正意義上的隨機,而是有很多微觀干擾我們無法克服,而宏觀差別又很大,類似于蝴蝶效應,你懂的。

我:贊!那這樣看來,要想用天氣瓶子來反映溫度,是不太靠譜的了?

孫:是的,干擾因素太多,還有拼人品,很難準確地反映溫度變化。

我:好的,明白啦!那孫博士您還有什么要跟我們的讀者盆友們說的嗎?

孫:我想說的是,我也會做天氣瓶子,這些溶液我們實驗室都有,密封也沒什么難度,價格便宜量又足,全國包郵……

我:孫博士債見!

總結陳詞:就讓天氣瓶做一只安靜的美道具吧!

根據上面一系列的討論,相信大家也能看出,天氣預報瓶——

第一,肯定不能預報天氣;

第二,不僅不能預報,甚至也不能實時反映天氣;

第三,不僅不能反映自然天氣,甚至也不能準確反映室內溫度。

所以,這么說吧,天氣預報瓶,其實就是一個能夠很粗糙地反映出室內溫度大致變化的工藝品。

就功能而言,還不如一只簡陋的氣溫計。

當然,它可以用來觀察晶體變化,也具有美觀作用,僅此而已。至于其它神乎其神的功能性的宣傳,我只能說——不可能啦!(編輯:老貓)

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