孔明灯#183;热气球与积云，本文主要内容关键词为：积云论文,孔明灯论文,热气球论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
王教授在一次气象科普讲座上作了一个有趣的报告，题目是：孔明灯、热气球与积云。开讲前教授先做了一个孔明灯的演示。他拿出一个纸袋，袋口是用竹篾卷成的圆圈，竹圈中间有一个细铁丝的十字架撑着，十字架中间用更细的铁丝扎上一小团棉花，袋口直径约40厘米。此时教授平拿着袋口向上一提，纸袋就膨胀起来像个圆桶，约深60厘米，我们暂叫它“纸袋灯”吧。纸袋是用很蒲很软的棉纸做成的，底部封好不能漏气，然后教授用另一只手拿着袋底把整个纸袋倒过来，口向下，底朝上。此时他请一位学生把一小瓶酒精倒在棉花上，再用火柴点着，很快纸袋胀得更圆。教授轻轻把手一松，这个纸袋灯就冉冉飞起来了。大家高兴地看着它飞到教室顶，并随风在顶板下移动，很快酒精就燃烧完了，纸袋灯又慢慢落下。余兴未尽，大家仔细地看着：“嘿！不就是一个简单的纸袋吗？”教授讲：“是的！就是一个简单的纸袋，但是要让它飞起来可有说头。它能飞起来是靠纸袋中的空气被烧热，热空气密度小，就在周围密度较大的空气中产生浮力。当浮力大过纸袋本身的重量时就浮升起来了。
这一原理的应用早在我国大约1000年前就有了。中国大百科全书航空航天卷介绍：传五代（公元907年～960年）叶莘七娘随夫入闽作战曾用竹和纸作成方形大灯，底盘上燃以松脂，当热气充满纸灯时，灯即扶摇直上，用作军事信号。最初叫松脂灯。这实际上就是小小的热气球。这种灯流传於中国许多地方，但形状各异，大多为球形或圆柱形。也可用油或柴作燃料。名称亦有多种：在四川叫孔明灯，其他地区还有云灯、云球、飞灯、天灯及宫粉（云南西双版纳）等多种名称。此外西南有的地方在节庆日用它来作游戏，即在广场上燃放一个较大的孔明灯，群起追逐，待它落下，最先拾得者得胜。以上说明我国不仅是热气球（即孔明灯）最早的发明者，也是热气球运动最早的发明者。
在外国，据大不列颠百科全书及美国百科全书记载：在1782年法国有两个从事造纸业的人，人们称他们：蒙可尔费兄弟，他俩在烟囱冒烟的启示下做了一个类似孔明灯那样的，用很薄的丝织物作的袋，在其下面烧纸，使之充满热气，丝袋果然飞了起来。但也就像我们刚才施放的孔明灯一样，也只是升到天花板就落了下来。此后，他俩又连续试验做了更大的。在1783年6月5日，放飞了历史上第一个热气球。它飘行2.3公里。同年9月19日，他们制成一个更大的热气球，在凡尔赛宫广场给路易十六国王表演，同时还把羊、公鸡、鸭各一只送上了天。这只球在空中飘行了8分钟，行程2.4公里（见图）。同年11月21日，两名法国人罗齐埃和达尔朗德乘坐这种气球在巴黎上空飘行了25分钟，平安降落在约8公里外的一个地方。这是人类第一次乘航空器在空中航行。外国的热气球比我们的孔明灯晚了近千年，但他们载人的热气球却比我们要早。
孔明灯实际上就是小小的热气球，它是利用球中热空气的密度比球外空气的密度小而产生浮力。当气球的总浮力比气球的总重量大时，气球就会浮起来。球内的温度愈高，球愈大，浮力也愈大。国际航空联合会保持着体积从250～16000立方米10个级别的热气球记录。去年（1999年）由瑞士探险家比尔和英国人琼斯做不间断环球飞行的热气球“飞船三号”，体积达18500立方米，用32个大型丁烷气罐做燃料，整个气球及座舱重达9吨，因为太重，所以球内还同时加氦气以增加浮力。他们3月1日从瑞士起飞，3月20日越过终点线在开罗西南600公里处降落，圆满完成环球不着地飞行的创举。
教授讲到此，提出一个问题。我们常见的天上像馒头或像棉花那样的云，气象学上叫淡积云的云，是否也是像热气球那样，是一块块热空气泡上升形成的呢？这好像不对劲！因为没有球皮，空气会自由流动，看不见空气会有一个个球泡啊！可是事实上淡积云确确实实是因一个个热空气泡所形成的，和热气球的原理一模一样，下面讲讲它的形成过程：
由于地表面情况多样，其中裸地、沙地、向阳坡地受到较多的太阳照射，地表温度相当高，它上面空气的温度也高。而水面、树林、农作物上面的温度就比上述地面状况上空的温度要低。温度高的空气就会以一个个热空气的形式向上浮升，在浮升中还可能有多个气泡合并起来变得更大。不过这时这种空气泡还看不见。热空气泡在上升中气压会降低，温度也要绝热降低（但还是比气泡周围的温度高），温度要升高，直到饱和。空气泡中的水汽就会凝结成云，形成云的单体，就是我们常见的淡积云。发展完好的淡积云，简直就像一个个半球或棉花团。有的云是由几个云的单体连在一起，但由于它没有“球皮”包着，能够和周围空气自由交流，所以被空中风一吹，很容易破碎、消散。在夏季，你只要注意，就会发现，一个个淡积云存在的时间都不长，只有十几分钟或数十分钟。如果伴有较强的上升气流，可在淡积云的基础上发展成更大更高的浓积云、积雨云，它们像大山、巨龙，形成风暴、雷阵雨和冰雹。但你仍能看到它们的顶部多半呈圆形顶。它们发展和存在的时间要长一些，但也不过数小时。特别是在夏季，这种强对流云常造成灾害。所以气象工作者很注意监视、预报并对这种强对流天气进行研究。但此处要强调一下：积云发展，特别是强大的浓积云、积雨云云体向上发展不单是地表热力作用，多数是靠冷锋锋面的动力抬升作用，这已不是本文所讨论的范围了。