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“東虹日頭西虹雨”

唐代詩人劉禹錫在《竹枝詞》中寫道：“東邊日出西邊雨,道是無情卻有情。”“誰把青紅線兩條，和風(fēng)和雨系山腰，玉皇知有鸞輦出，萬里長(zhǎng)空架彩橋。”“赤橙黃綠青藍(lán)紫，誰持彩練當(dāng)空舞？” 夏季的彩虹不但有美麗的仙姿，而且還能“預(yù)報(bào)”天氣，因此，在我國(guó)古代，科技還不發(fā)達(dá)，勤勞的勞動(dòng)人民有時(shí)就把彩虹當(dāng)做預(yù)報(bào)天氣的“晴雨計(jì)”。這是為什么呢？

要想搞清楚這一地理現(xiàn)象，要從以下幾個(gè)方面來分析。

首先，這一民諺是我國(guó)古代勞動(dòng)人民的生活經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶，是他們長(zhǎng)期生活的體驗(yàn)。我們知道，我國(guó)位于4°N—53°N、73°E-135°E的范圍內(nèi)，大部分地區(qū)位于北半球中低緯度地區(qū)，而中緯度地區(qū)盛行西風(fēng)氣流，而降雨云系大多由西向東移動(dòng)發(fā)展而成。

其次，“東虹日頭西虹雨”中的“東虹日頭”現(xiàn)象出現(xiàn)在傍晚，“西虹雨”現(xiàn)象則發(fā)生在上午，即“晚虹晴，朝虹雨”。“東虹日頭”現(xiàn)象的發(fā)生：虹的出現(xiàn)與空氣中水汽有關(guān),是太陽光照射到空中的水珠上時(shí),經(jīng)過水珠表面發(fā)生屈折, 然后由水珠內(nèi)壁重復(fù)折射而成。夏天的早晨，隨著地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，太陽從東方升起，陽光四射，大地上萬物復(fù)蘇，萬象盎然更新；此時(shí)，如果在觀測(cè)者西側(cè)的天空中有厚厚的富含大量水汽的云層出現(xiàn)，太陽光穿透厚厚的大氣層到達(dá)地球表面，在水面、植被葉面、建筑物亮面等的反射作用下，把太陽光反射到其對(duì)面的天空中的云層上，云層里的水滴、空氣分子等經(jīng)過散射、折射等作用，便在西邊的天空中形成一道亮麗弧形的七色彩帶，像一座瑰麗的天橋橫跨南北，懸掛在空中，這就是人們熟悉的彩虹，簡(jiǎn)稱虹（見右圖）。該云層在盛行西風(fēng)的作用下，攜帶大量的水汽向東而來，加之諸如冷暖氣團(tuán)相遇、或地形的抬升作用、或水汽受熱膨脹上升冷卻凝結(jié)成云致雨等因素，就有可能在未來的一段時(shí)間里產(chǎn)生陰雨天氣，即“西虹雨”現(xiàn)象。

同理，夏天的傍晚，隨著地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，太陽在西邊的天空漸漸落下之時(shí)，太陽光穿透厚厚的大氣層到達(dá)地球表面，在地面的反射作用下，把太陽光反射到其對(duì)面的天空中的云層上，云層里的水滴、空氣分子等經(jīng)過散射、折射等作用，便在觀測(cè)者東邊的天空中形成一道亮麗的彩虹（見右圖）。該云層在盛行西風(fēng)的作用下，攜帶大量的水汽向東而去；由于該云層已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到觀測(cè)者所在地的以東地區(qū)，則其降水現(xiàn)象可能就會(huì)發(fā)生在東方的其他地區(qū)，對(duì)觀測(cè)者而言，當(dāng)?shù)氐漠?dāng)時(shí)或次日也就可能不會(huì)下雨，即出現(xiàn)“東虹日頭”現(xiàn)象，次日會(huì)是好晴天的預(yù)兆，從而也就可以印證“早霞不出門，晚霞行千里”的說法是有一定的道理了。

此外，如“虹高日頭低，早晚披蓑衣；虹高日頭低，大水沒過溪；斷虹見，風(fēng)隨見；斷虹早見，風(fēng)雨即見；虹吃云下一指，云吃虹下一丈”等，都是跟彩虹相關(guān)的天氣諺語，其形成的道理與“東虹日頭西虹雨” 也差不多。

另外，民諺里所說的南虹北虹，只有在正午方有可能看到。在赤道附近，南北回歸線(23°26′N～23°26′S)之間，太陽幾乎全年在天頂，故決無南虹北虹出現(xiàn)的可能。但是到了40°N以北的地區(qū)，在冬天，太陽正偏南最低之時(shí)，北虹就易看見了。因?yàn)樵?0°N的地方，冬至的太陽高出地平面，只有26°30′左右，已低于42°，所以這時(shí)北方如有陣雨，地平線上就可看到虹頭。就我國(guó)而言，冬天照例應(yīng)是干燥少雨的，如有北虹出現(xiàn)，顯見這時(shí)可下暴雨，而這個(gè)冬天必定是濕熱多變的。這樣的反常天氣，對(duì)人類生活和農(nóng)作物都是不利的，所以在鄉(xiāng)間有人認(rèn)為是不吉之兆。從我國(guó)大陸陸地部分所處的的地理緯度上看，除23°26′N及其以南的地方外，太陽絕不會(huì)到天頂以北去的，所以決不可能有南虹出現(xiàn)。

地理小貼士：本民諺涉及的地理知識(shí)有：我國(guó)的經(jīng)緯度位置、西風(fēng)帶、溫度帶、太陽輻射對(duì)地球的影響、大氣對(duì)太陽輻射的影響、熱力環(huán)流等。

“兩小兒辯日”

《兩小兒辯日》一文選自《列子·湯問》，相傳是戰(zhàn)國(guó)時(shí)鄭國(guó)人列御寇所著。

原文：孔子?xùn)|游，見兩小兒辯日，問其故。一兒曰：“我以日始出時(shí)去人近，而日中時(shí)遠(yuǎn)也。”一兒以日初出遠(yuǎn)，而日中時(shí)近也。一兒曰：“日初出大如車蓋，及日中則如盤盂（yú），此不為遠(yuǎn)者小而近者大乎？”一兒曰：“日初出滄(cāng)滄涼涼，及其日中如探湯，此不為近者熱而遠(yuǎn)者涼乎？”孔子不能決也。兩小兒笑曰：“孰(shú)為汝(rǔ)多知(zhì)乎？”

《兩小兒辯日》里的一個(gè)小孩說因?yàn)樵绯刻�陽冷，中午的熱，所以早上的遠(yuǎn)而中午的近；另外一個(gè)說早上的太陽大，中午小，所以早上的近而中午的遠(yuǎn)。而且事實(shí)的觀察的確如此，那么如何解釋？到底又是怎么回事？

下面我們?cè)噺牡乩韺W(xué)的角度上來分析。

我們知道，日地的平均距離是1.5億千米，地球表面大氣層的平均厚度是2000-3000千米，地球的平均半徑是6371千米。

（1）太陽是早上時(shí)離地球近，還是正午時(shí)離地球近？關(guān)于這一點(diǎn)，只要觀看下圖，就可以一目了然。

此外，眾所周知的原因，地球環(huán)繞太陽運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓的軌道，地球距離太陽的遠(yuǎn)點(diǎn)距離為15200萬千米，近點(diǎn)距離為14700萬千米，兩者相差500萬千米，地球環(huán)繞太陽運(yùn)行一周用時(shí)365天，也即8760小時(shí)，其沿徑向運(yùn)動(dòng)的距離為1000萬千米，沿徑向運(yùn)動(dòng)的平均速度為1141.5千米/小時(shí)，從早晨到中午的時(shí)間按6小時(shí)計(jì)，則地球距離太陽由于地球沿徑向運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生的位移為：6849千米，顯然，這一量值大于地球的半徑。由以上分析可知，一天之內(nèi)太陽何時(shí)離我們更近，是由地球在太陽軌道上的位置決定的。當(dāng)?shù)厍虻竭_(dá)近日點(diǎn)（冬至12月22日前后）時(shí)太陽離地球最近，從這一天開始，地球開始遠(yuǎn)離太陽，一直到遠(yuǎn)日點(diǎn)（夏至6月22日前后）這一天達(dá)到最遠(yuǎn)，因此，地球從近日點(diǎn)往遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，每天早晨的太陽總會(huì)比中午的太陽離我們近。而從遠(yuǎn)日點(diǎn)到近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，每天早晨的太陽則總比中午的太陽遠(yuǎn)。

（2）為什么早上時(shí)看的太陽較大，而正午時(shí)看的太陽較小？

如果我們把地球的平均半徑忽略不計(jì)，則早晨和中午時(shí)地球距離太陽的遠(yuǎn)近是一樣的。那么，為什么早晨的太陽看起來較中午時(shí)要大一些呢?這主要是我們?nèi)祟惖娜庋墼谝钥諝鉃楸尘暗沫h(huán)境里存在著視覺的差誤和錯(cuò)覺所致。一般地講，空氣中的水分子和微塵會(huì)對(duì)光線產(chǎn)生散射和折射、衍射等現(xiàn)象；同時(shí)，通過物理實(shí)驗(yàn)得知，同一個(gè)物體，放在比它大的物體群中就會(huì)顯得小些，而放在比它小的物體群中就顯得大些。同理，早晨的太陽，從地平線上升起來的背襯是樹木、房屋及遠(yuǎn)山和局部的天空（地平線以上的部分），在這樣的背景襯托比較下，加之早晨時(shí)，空氣中的水汽含量較大，輔之以光線的散射等作用，此時(shí)太陽就顯得很大。中午時(shí)分，太陽高高升起在我們的頭頂之上，此時(shí)空氣中的水汽在太陽的蒸發(fā)作用下顯得較干燥，廣闊無垠的天空成為太陽的背景，此時(shí)太陽就顯得很小。另外，同一物體白色的比黑色的顯得大些，這種物理現(xiàn)象叫做“光滲作用”。當(dāng)太陽初升時(shí)，背景是黑沉沉的天空，太陽就顯得格外明亮；中午時(shí)，背景是萬里藍(lán)天，太陽與其背后的天空的亮度反差不大，自然就顯得小得多了。

（3）中午的氣溫較早晨高，是否此時(shí)的太陽較早晨離我們近些呢？

從上圖中很明顯可以得到確定的答案。但是這不是根本的原因。主要原因是早晨太陽斜射大地，中午太陽直射大地。在相同的時(shí)間、相等的面積里，直射比斜射獲得的太陽熱量要多些。同時(shí)，在夜里，太陽照射到地面上的熱度消散了，所以一天中的最低氣溫多出現(xiàn)在黎明前后，即我們都感到早上比中午涼爽；中午時(shí)，太陽的正午高度角大，太陽輻射到達(dá)地面上，所以感到較炎熱。一定程度上講，地球表面溫度的涼與熱，并不能說明太陽距離地面的遠(yuǎn)與近。

地理小貼士：本文涉及的地理知識(shí)有：日地距離（1天文單位）、正午太陽高度角、太陽輻射、大氣對(duì)太陽輻射的影響、地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。