向東飛? 向西飛?( 二)

前篇提到向東飛和向西飛在日子上的「賺」與「蝕」。

朋友亦提到另一個有趣現象: 來回兩個相隔東西的城市之間, 向東飛的時間要比向西飛時的短。有朋友馬上表示, 這可能是因為時差所造成的錯覺。其實向東飛是飛向未來的時間, 向西飛則是飛回已過去的時間, 若果真的是因為時差的錯覺, 只會是向西飛的時間比向東飛的短得多。

「水能載舟, 也能覆舟」, 飛機能夠在空中飛行, 全靠空氣對機翼所產生的升力, 但亦同時對飛機飛行造成阻力。空氣如水一樣, 是一種流體, 不會固定不動, 是隨著外在環境因素而不斷的向各種方向流動, 而對飛機影響最大的, 是高空的氣流。

氣流的形成很有趣。地球是不停的自西而東自轉, 地心吸力使地球帶著所有物質、物體同時自轉, 包括在大氣層空間中的空氣, 都會因地球的自轉而以與地面同一速度向東方流動。地球在近赤道處, 全年受太陽照射的角度都比較大, 受熱比較多。空氣受熱後膨脹向上升, 在高空處向溫度較低的南、北方向流體。另一方面, 地球在赤道處的直徑是最大, 向南、北方向逐漸減小, 隨著地球自轉的空氣, 在赤道處向東的慣性速度較快, 在南、北較高緯度處向東的慣性速度則較慢, 向南、北流動的空氣, 到達南、北較高緯度時, 流動的速度比地面快, 而形成一股自西而東的氣流, 飛機向東飛會順著這股氣流, 飛得較快, 反之飛向西就是逆著氣流, 飛得較慢了。

這股氣流在南、北緯30度附近最為明顯, 而跨越北緯30度, 是來往亞洲與歐洲之間空中航班最繁忙的地帶, 幾乎所有航班都會出現向東、西飛不同時間的現象。典型的例子如香港(北緯22.3度) 來回倫敦(北緯51.3度), 全程約有三分之二的時間在北緯30度附近飛行, 兩者的時間是12小時45分和11小時55分, 相差若50分鐘。另一例子, 香港(北緯22.3度) 來回杜拜(北緯25.3度), 全程都在向東氣流最強的地帶中飛行, 兩者的時間是8小時30分和7小時10分, 相差竟達100分鐘, 而實際飛行時間約只是飛倫敦的三分之二而已。

前面提過赤道的空氣向南、北流動, 其實也會造成氣流, 令南、北飛的航班出現不同時間的現象, 但相對於東、西飛飛的航班數目, 只是小數而已。

想起鄉謠歌手John Denver 在1966年所寫的Leaving on a jet plane, 而不幸的, 他是死於在駕駛小型飛機時發生意外。

https://youtu.be/SneCkM0bJq0

歌詞如下:

All my bags are packed
I'm ready to go
I'm standin' here outside your door
I hate to wake you up to say goodbye
But the dawn is breakin'
It's early morn
The taxi's waitin'
He's blowin' his horn
Already I'm so lonesome
I could die

So kiss me and smile for me
Tell me that you'll wait for me
Hold me like you'll never let me go
'Cause I'm leavin' on a jet plane
Don't know when I'll be back again
Oh babe, I hate to go

There's so many times I've let you down
So many times I've played around
I tell you now, they don't mean a thing
Ev'ry place I go, I'll think of you
Ev'ry song I sing, I'll sing for you
When I come back, I'll bring your wedding ring

So kiss me and smile for me
Tell me that you'll wait for me
Hold me like you'll never let me go
'Cause I'm…

So kiss me and smile for me
Tell me that you'll wait for me
Hold me like you'll never let me go
'Cause I'm leavin' on a jet plane
Don't know when I'll be back again
Oh babe, I hate to go

Now the time has come to leave you
One more time
Let me kiss you
Then close your eyes
I'll be on my way
Dream about the days to come
When I won't have to leave alone
About the times, I won't have to say

Oh, kiss me and smile for me
Tell me that you'll wait for me
Hold me like you'll never let me go
'Cause I'm leavin' on a jet plane
Don't know when I'll be back again
Oh babe, I hate to go

But, I'm leavin' on a jet plane
Don't know when I'll be back again
Oh babe, I hate to go

向東飛? 向西飛?( 一)

最近的一次朋友聚會, 各人互相交流在過去的幾個月中的旅遊經驗。其中一位曾參加乘飛機環遊世界的package, 另幾位都有談及他們到歐、美的故事。

朋友表示, 環遊世界的package頗具彈性, 可自選多少個「站」和在那裡停留, 價錢是根據「站」的數目和停留的時間而定, 但有一個規定, 就是全程必須是完全向東飛或是向西飛, 不可以飛回頭, 否則客人就有可能在時間上佔了便宜。

早在1873年, Jules Verne 出版的小說Around The World in Eighty Days中已提到, 因為主角Phileas Fogg是不斷的向東走, 根據他的旅途日誌, 雖然他是用了80天的時間繞了地球一週, 結果卻在日子上佔了一天的便宜。時至現今, 身邊的朋友雖然經常飛來飛去, 知道這現像是與「時差」有關, 但卻不太明白如何發生。

簡單來說, 地球每天24小時自西而東的自轉一週, 即360度, 平均每小時轉15度。每天平均在早上六時會見到太陽升起, 十二小時之後的黃昏六時, 會見到太陽落下, 期間地球轉了180度, 亦即每經過180度, 就會見到一次太陽升起或太陽落下。

在地球表面的一切物質、物體, 因為地心吸力, 即使是靜止不動, 都會隨著地球一起, 每天24小時自西而東的轉一週, 期間如果物體在移動, 都只是相對地球的表面移動而已。

現假定有一隻飛機, 能夠連續不停的向東飛, 用兩天即48小時環繞地球一週, 即平均每小時在地球的圓週上向東跨越7.5度, 在此一小時中, 地球亦向東轉15度, 所以該飛機實際上是向東跨越了7.5度+15度=22.5度。

現該飛機在某日的早上六時太陽升起時開始向東飛, 在跨越180度之後, 會見到第一次日落, 需要的時間是180度/22.5度=8小時。之後再飛8小時, 飛機會跨越另一個180度, 見到了日出, 誤以為是第二天, 其實只飛了16小時, 在地球的圓週上只向東跨越了120度。

如此類推, 再過另一個16小時, 飛機會再見到了日出, 誤以為是第三天, 總共跨越了240度, 要再過16小時, 才能完成總共跨越地球表面360度的一週。可是在完成時卻第三次見到日出, 會誤以為是第四天, 而飛行時間卻總共只是48小時, 即只是過了兩天而已。

道理就是, 因為地球自西而東轉 , 在出發地以東的地方, 會比出發地先見到太陽, 日出比較早, 而我們以日出來定一天, 所以每向東跨越15度, 日出的時間都會提早一小時, 「一天」的現象也提早了一小時出現。該飛機是向東飛行, 跨越地球表面一週360度之後, 「一天」的現象提早了24小時, 即「賺」了一天了。如此類推, 如果飛機相反的向西飛, 跨越地球表面一週360度之後, 「一天」的概念就會延遲了24小時, 即「蝕」了一天了。

為了解決這個在日子上的謬誤, 在1917年, 制定了「國際換日線」, 位置大約在東經180度的太平洋上, 若向東跨越該線, 把日子減一天, 相反, 向西跨越該線, 把日子加一天。

環遊世界的package, 就是不讓人客利用在「國際換日線」上來回飛的機會, 每次都能賺取一天的時差。

1956年, 「瘦皮猴」Frank Sinatra 在電影Around The World in Eighty Days中所唱的主題曲

https://youtu.be/H8paLDd9JVg

歌詞如下:

Around the world I've searched for you
I traveled on when hope was gone to keep a rendezvous
I knew somewhere, sometime, somehow
You'd look at me and I would see that smile you're smiling now
It might have been in county down
Or in New York, in gay Paris or even London Town
No more will I go all around the world
For I have found my world in you
It might have been in county down
Or in New York, in gay Paris or even London Town
No more will I go all around the world
For I have found my world in you

「冇雷公咁遠」, 究竟有幾遠?

受颱風外圍環流影響, 過去幾日連場大雷雨, 有些時間雷聲連綿超過五分鐘, 閃電不斷, 伴隨而來的大雨在閃亮中登場。

中國傳統神話中有雷公, 那些做了傷天害理壞事的人, 雖然世間上的人對他們莫奈何, 但最終會有報應「天譴」, 其中一個方式就是會遭「雷公劈」, 如果想逃避, 就要跑到雷公去不到的地方, 但雷公是天神, 無遠忽至, 連雷公都去不到的地方, 就是「冇雷公咁遠」,一定是很遠了。

中國神話中的「雷公」, 是男性的天神, 他的伴侶是女天神「電母」, 他們是一雙一對的, 所以我們常常會說「行雷閃電」, 把兩種現象連在一起, 在現實中, 行雷和閃電往往都是伴隨在一起。雷聲, 是因為閃電而造成, 也是在閃電之後而來, 有時因為距離太遠, 只能見到閃電而聽不到雷聲。

其實雷公只是「得把聲」, 真正替天行道、教訓壞人的「劈」, 是由閃電來執行, 「行雷閃電」的破壞, 也是閃電所造成的。想要知道甚麼地方會是「冇雷公」, 首先就要知道雷公會在甚麼地方出現。

「行雷閃電」多發生在夏季, 特別是在下午的太陽很猛烈, 把地面曬得很熱, 近地面的空氣受熱而急速上升, 到了某個高度, 空氣中的水份遇冷而凝結成水滴, 累積起來而成為雲。當有更多水滴凝結成, 會互相依附而變成更大的水滴, 重量增加, 掉下來而成為雨。但在掉下的途中, 會被急速上升的氣流再推上更高的天空中, 那裡的溫度有可能是在零下10度或以下, 水滴會變成冰粒, 重新再掉向地面。在掉下的途中, 溫度漸高, 冰粒表面融解, 冰粒變得更小更輕, 又再次被上升的空氣重新推上高空, 在過程中, 會和正在掉下的冰粒相遇, 依附在一起, 變得更重而又再掉下。這個過程會反複多次, 冰粒越來越大, 直到上升的空氣無法再推上, 最終掉下。在接近地面時, 上升的熱空氣將之融化而成雨水, 沒完全融化的冰粒, 就是「冰雹」。

水滴和冰粒在雲層裡反複上升和掉落的過程中, 互相碰撞和摩擦而產生電荷, 雲層與地面之間也出現電壓差。當電荷累積達到一定的水平, 電壓差超過某個特定數值時, 會出現局部放電的現象, 產生閃電的閃光。同時電力將週圍的空氣急速加熱而膨脹, 產生如爆炸的聲音, 就是行雷的雷聲了。

這一連串的現象, 都是因為空氣上升和水滴、冰粒落下而造成, 環境就是在大氣層中最接近地面的對流層中。對流層的厚度, 約是十公里, 即約一萬公尺, 在其之上, 是平流層或同溫層, 稀薄的空氣只是作水平流動, 沒有空氣對流, 就不會有雲, 就不會有雨, 就不會有「行雷閃電」, 是「冇雷公」的地方。可是若要在該處逃避雷公, 亦不容易, 首先是要不停的飛, 而且空氣稀薄, 溫度在-50以下, 相信無人能捱得很久。

若然平流層太高太難捱, 可以考慮到地球上一些只會下雪而不下雨的地方。因為在下雪時, 一定是寒冷的天氣, 地面不會有急速上升的熱空氣, 就不會形成上升和掉下的水滴和冰粒, 不會產生電荷, 就沒有「行雷閃電」了。地球上的那個地方,  就是全年氣溫都在-15以下、終年積雪、氣候環境極端惡劣的南極了。

想避到「冇雷公咁遠」? 平流層或南極, 任君選擇。

海馬, 未算遲來的颱風

海馬是67年來, 在十月份登陸廣東的最強颱風, 雖然登陸地點離香港不遠, 香港也要掛八號風球, 但慶幸沒有造成太大的破壞。

很多朋友都會覺得, 十月尾還會「打風」, 還會掛八號風球, 真是少有。其實香港的颱風季節, 是在每年的五月到十月之間, 最多颱風會影響香港的, 是在八月, 其次是七月和九月, 十月之後就比較了。但當然有例外, 那就是1974年了。

1974年是比較特別的一年, 當年影響香港的颱風不算多, 共有11個, 其中的8個, 竟然都是在當年的九月五日後才出現: 計有2個在六月, 1個在七月, 奇怪的是八月完全沒有, 2個在九月, 4個在十月, 1個在十一月, 而一個「長命風」, 更橫跨十一月和十二月達12日之長。當年該「風姐」名為Irma, 為她而掛的風球直到十二月二日才除下,  可算是香港颱風史上最「遲」的颱風。

每年會影響香港的颱風, 都是在菲律賓以東、關島附近廣闊的西太平洋形成, 然後隨著地球的自轉, 反向西面移動, 橫過菲律賓進入南中國海。怪不得在小孩子時, 那些當海員的人, 都會說菲律賓有個「風山」, 「打風」的風都是從那裡生出來的, 一般人都深信不疑, 因為海員們都週遊列國, 見聞廣博。

颱風在進入南中國海後, 通常在六月之前, 較大機會轉向北方, 吹向台灣、日本、韓國、甚至俄羅斯東部地區。今年就有幾個颱風, 在短時間內連續吹襲日本。而在七、八、九月間, 颱風會較大機會轉向西北, 吹向香港或廣東省南部, 九月之後的, 則大都繼續向西, 吹向海南島和越南北部。

其實, 只要氣象條件適合, 一年到晚、全年十二個月都會有颱風形成, 只是以夏天的幾個月為最多, 又有可能影響香港, 傳媒才會關注和報導。在一月至三月間形成的則很少, 而且都是在較接近赤道的海域形成, 只會影響到太平洋上的零星島嶼, 不會引起我們的關注而已。

多如「天上繁星」定「恆河沙數」?

「恆河沙數」出自佛經中的《金刚经》, 而「天上繁星」, 相信是近代詞語吧? 這兩個都是常常用來形容「很多很多」的形容詞。然而是那個數目真的比較多呢?

在十多年前, 有天文學家提出, 究竟是宇宙內的星星多, 還是地球上所有海灘上的沙粒多呢? 於是他們開始對此題目作出研究, 而範圍更加具體, 就是比較「可觀測得到」的星星, 和地球上所有沙粒的數目。

這當然不是一件簡單任務。首先是找出宇宙內「可觀測得到」的星星的數目, 然後是沙粒的數目。

研究的程序, 最先是選定宇宙的某一部份, 量度其中的「照明度」, 即有多少光能在那範圍內, 然後利用該數據來推算有多少顆星星在那範圍內。簡單來說, 就是通過統計學的方法, 找出一顆「典型」、或「平均值」的星星所發出的光量, 就可推算出要有多少顆星星, 才能在宇宙的那範圍內, 產生那「照明度」。

知道宇宙的某一部份有多少顆星星, 下一步就是要找出「可觀測得到」的宇宙有多大。

天文學家們現時已知的最新數據, 宇宙有138億年的歷史, 還是在不斷的「膨脹」中, 不過, 可以假設現時「可觀測得到」的宇宙, 是一個半徑為138億光年的球體。基於這一系列的假設和數據, 天文學家們推算出「可觀測得到」的星星的數目, 是7字後面加22個0, 姑且叫做七百萬億億吧, 那是70,000,000,000,000,000,000,000顆星星。

找出了天上的數目, 再回來看地面。

不要以為「近在眼前」的會比「遠在天邊」的容易, 一開始時, 研究人員們也感到茫無頭緒, 但有一假設, 就是非洲的撒哈拉沙漠中的沙粒的數目, 是地球上所有沙粒的一半, 那問題就好辦得多了。研究人員測量出撒哈拉沙漠的面積, 找出沙層的平均深度, 從而計算沙的總體積, 再找出一粒「典型」、或「平均值」的沙粒的體積, 餘下的, 就只是些小學程度的算術題了。最後的結果, 是7字後面加21個0, 姑且叫做七十萬億億吧, 那是7,000,000,000,000,000,000,000粒沙。

看來是星星的數目是沙粒的十倍, 但研究人們亦表示, 星星的數目比較真確, 而推算沙粒的方法可能會有十倍的誤差呢。


想起一首舊歌, 由黃鶯鶯原唱的《哭砂》, 葉倩文曾唱過廣東話版本《秋來又秋去》。

https://youtu.be/35DEgzRsLrg

 

 

金從那裡來(四)

金礦除了主要經地殼變動、造山運動等的地質因素而形成之外, 竟然有些是經過生物過程而生產出來的。

近幾年來, 專家發現, 在一些露天金礦中的細小金粒, 上面都有一些細菌, 但有兩種細菌共佔整體的90%, 在進一步研究後, 發現那些小金粒, 竟然是由那兩種細菌「生產」出來的!

在自然環境下, 金會以離子的狀態存在, 而且是可溶於水中, 但肉眼是無法看得見。另一方面,細菌也如一般生物一樣, 需要金屬如鐵、銅等, 作為營養來生長 , 但重金屬如金、銀等, 對一般生物卻是毒素! 有趣的是, 那兩種細菌, 從水中吸收了金離子, 卻能夠生產出一種特別的分泌物, 不但能化解金的毒素, 還能把再金排出體外, 成為金的粒子, 累積起來, 形成細小的金粒, 進而形成金礦。這個過程, 是為「生物礦化」。

研究人員已經在實驗室的環境中, 成功紀錄得那兩種細菌「生產」金的過程。他們早已發現, 在海水、地下水、和其他水源, 都含有金離子, 現時越來越難再發現有開採價值的金礦, 可研究是否可以利用「生物礦化」的技術, 從水中提取金。

不單是那兩種細菌可以進行「生物礦化」的過程, 澳洲西澳省的科學家, 發現在桉樹(又稱尤加利樹) 的葉上的最尖端處, 有微細的金的粒子。他們在進一步研究發現, 那些金是來自地面40米以下的地下水, 被桉樹的根所吸收而帶入樹體中, 但因為對樹體來說, 那些金是一種毒素, 樹體會盡力將之排走, 而最後排出到葉的最尖端。

行文至此, 想起Franz Lehar的名作之一, Gold and Silver Waltz

https://youtu.be/MMkyqcnQixY

金從那裡來(三)

雖然地球的核心中有大量的金, 但卻無法被開採, 那些金亦不會「重返」地殼表面。而地球表面的金, 是從天上掉下來的, 經過不同的過程, 凝聚在一起而成金礦。

現時的金礦, 通常出現在兩種環境下: 主要是深藏在地表下的, 和「露天」的金礦。露天金礦的金, 並不是直接來自39億年前的磒石或小行星, 那時落在地球表面的金, 經過三十多億年來的地殼變動, 早已被深藏在地表下, 但亦是由於地殼變動、造山運動, 在地表下的金礦被抬高, 再被風及水的侵蝕而暴露在地面, 形成露天金礦。

露天金礦不竟只是極少數, 現時主要產金的金礦, 還是那些深藏在地表下的。以現今產量最高的南非金礦, 深入地下四千米, 是離地面最深的礦藏。在那深處下, 因為較地面更接近地球熾熱的核心, 溫度是高得正常人類根本無法忍受的, 所以金礦裡面必須有冷氣, 否則礦工不可能在裡面工作。奇怪的是, 那些金礦就是偏偏在那些環境中存在, 而且都是在堅硬的石英岩中。

這是要多得地球熾熱的核心的幫忙。在幾十億年來的地殼變動中, 來自磒石或小行星的金, 被帶到地面下的深處, 在高溫度和高壓力下, 泥土中的金熔化, 與大量的地下水混在一起, 週圍的泥土變質成為堅硬的岩石, 金和水被困在其中, 一則集中在一起, 二則造成岩石中的空隙, 成為岩石中的「弱點」。

在地殼變動中, 往往出現不同強度的地震, 造成岩層斷裂。岩層最容易斷裂的地方, 當然就是岩石中的「弱點」處。岩層在那些存在空隙的地方裂開, 空隙中的高壓被突然釋放, 本來處於高溫和高壓下的水, 在剎那間化成蒸汽, 混在裡面的金, 瞬間沉澱出來, 形成日後的金礦。當然, 在過去的億萬年中, 有些「潛在」金礦在未被開採之前, 又因地殼變動而重新被「困」, 再反複經歷形成金礦的過程, 令金礦的「含金量」反複增加。現時世界上80%以上有開採經濟價值的金礦, 都曾經歷過類似的地質歷史。地質學家也是根據此等地質歷史, 較容易尋找到「潛在」的金礦。

金從那裡來(二)

金是罕有貴重金屬, 歷來產量都很有限, 在十九世紀中業, 曾經出現過一場「淘金熱」, 令美國加州的三藩市被稱為「舊金山」, 及較後的澳洲維多利亞省的墨爾本被稱為「新金山」, 皆因兩地都曾發現大規模的金礦, 世界各地的人, 大量湧去淘金。

該兩處的金礦, 都屬於露天金礦, 金以金砂的形式混在泥沙之中, 可以用最原始、簡單、以水冲走泥沙的方法, 剩下的就是重得多的金砂了。但有些深藏在地面下幾千米的金礦, 就沒有那麼容易開採了, 而且含金量必須要在一百萬份之三以上, 才有開採價值。

金真的是那麼罕有嗎? 如果能夠將地球所有的貴重金屬, 包括金、銀、及白金等全部開採出來, 可足夠鋪滿整個地球的表面, 而厚度可有四米呢! 但很可惜, 那些貴重金屬都只是在地球的核心中, 壓力和溫度都極高, 根本沒可能去開採。那麼地球表面的金是從何而來的? 金礦又是如何形成的?

地球大約在45億年前形成, 初期只是一團熾熱的氣體, 慢慢的冷卻而成一團熔岩, 在冷卻的過程中, 較重的物質, 包括那些貴重金屬, 都下沉到地球的核心, 永遠存在那高壓、高溫的液態下。大約在39至41億年前的二億年間, 當時的地球還未形成如現時的大氣層, 在太陽系中發生了一場災難性的事件, 被稱為 Late Heavy Bombardment, 有大量的小行星和隕石, 撞擊地球、月球、和其他太陽系中的行星, 在地球表面形成大量的隕石坑, 及更大形的隕石盆地, 而其碎片則留在地球表面, 估計物質的總重量達到地球重量的1%。有些小行星和隕石, 就如上兩星期在地球的外圍掠過的白金小行星, 含有那些貴重金屬, 撞擊地球後, 請留在地球的表面, 之後在地球上的造山運動、風水侵蝕、滄海桑田, 把那些貴重金屬帶到地面以下不同的深度, 和在不同的地質結構中。簡單地說: 金是從天上掉下來的。

從「驟雨」說起(二) - 梅雨

前篇提到, 因「冷鋒」而引起廣泛地區持續的微絲細雨, 在氣象學上稱為「鋒面雨」。

在香港, 這種雨通常是在冬季發生的, 奇怪的是, 在世界上很多地方, 這種雨卻是出現在夏天, 而 且是該等地方的重要雨水來源。不用捨近圖遠, 在中國的華中地帶, 已是一個很好的例子。

每年的「立夏」(即五月上旬)之後, 華南沿岸地區續漸變暖, 風向以溫暖、潮濕的東南風為主, 吹入華南地帶, 同時, 在華北地區, 還是比較寒冷, 冷空氣形成微弱的「冷鋒」, 與來自南方的 「暖鋒」相遇, 形成「鋒面雨」。但是在夏天的「冷鋒」, 遠不如在冬天時的強烈, 冷和暖兩股 氣流, 勢均力敵, 形成長時間拉鋸的「鋒面」, 歷久不散, 稱為「滯留鋒面」, 令廣泛地區持續落 雨。在六月初, 隨著天氣更暖, 這種雨進一步擴展至華中地帶, 可以帶來500 至2000mm的雨 量。在九十年代前, 華中地帶差不多每年都會發生大水災, 就是因為這種雨了。宋代的范仲淹 在他的【岳陽樓記】中所描述的: 「若乎霪雨霏霏, 連月不開, ….」, 應該就是下著這 種雨的天 氣吧。

在華中每年出現這種雨之時, 剛好是梅子成熟的時候, 所以這種雨又被稱為「梅雨」。另一方 面, 「連月不開」的潮濕天氣, 對農作物相當有利, 卻會令很多東西都發霉, 所以這種雨, 又為稱 為「霉雨」。

從「驟雨」說起

過兩天就是二十四節氣中的「立夏」, 是夏天的開始, 天氣似乎很應景, 天文台預測未來的一星 期中, 每天都會有「驟雨」。

夏天和初秋, 即五月至九月, 是香港的雨季和颱風季節, 在那幾個月中, 所錄得的雨量, 是全年平 均的 80%, 除了是由颱風帶來的之外, 很大量是由雷暴所引至的滂沱大雨。至於「驟雨」, 特別是那些「局部地區性驟雨」, 可能會是落在沒有天文台雨量紀錄儀的地方, 天氣報告只會說是「 有微量雨量紀錄」。這種雨是頗為麻煩的: 在某處出發上車時「好地地」, 到了目的地, 特別是在那些「無遮無掩」的地方, 卻是下著大雨。

現代的城市人大都不喜歡下雨的日子, 農民們, 特別是在以前沒有灌溉系統的小農戶, 看法會是 大不相同, 雨水是他們的農作物的生命線。清代的陳文述的一篇名為【插秧女】的詩, 其中的 一段:「…., 水淺愁秧枯, 水深怕秧腐, …., 四月又五月, 更盼分龍雨,….」。這裡的 「分龍雨」, 應該是現代的「局部地區性驟雨」, 而農曆的「四月又五月」, 是二十四節氣中的 「小滿」和 「芒種」的時份, 是禾苗在成長中最需要水份的時候。

在一次聚會中, 有位朋友提到: 同樣是天降雨水, 天氣預測又如何區分「有雨」和「有驟雨」 呢?

不錯, 「驟雨」都是「雨」, 在日常語言, 「有雨」是在廣泛地區都會落雨, 如整個香港範圍都 會落雨, 上班、出街、行山會都有可能變「落湯雞」, 而「驟雨」則是「局部地區性」的、分 散的, 不大可能在同一時段中, 有多個地區都落雨。在持續性方面, 「有雨」是在一段長時間、 甚至一 整天中都會落雨, 「有驟雨」則一般持續數分鐘至數十分鐘不等。至於「雨勢」, 兩者 就沒有區分了, 經常都會聽到天氣預測為: 「有局部地區性驟雨, 雨勢有時頗大」。

在氣象學上, 兩種雨是由不同的「雲」所產生的: 「驟雨」是由「積雲」, 而「雨」則由「層 雲」。

在香港, 「驟雨」是典型的「對流雨」, 通常出現在夏天的下午或黃昏。因為在日間猛烈的太 陽照射地面, 接近地面的空氣受熱急促上升, 在高空中冷卻下來, 空氣中的水份凝結成水點, 形 成「積雲」而下雨, 所以「驟雨」都是「局部地區性」的, 在很熱的日子中, 會「雨勢頗大」。

「層雲」是由廣泛地區出現的氣象現象而形成。在香港最典型的例子, 是在冬天中, 從北方而 來的「冷鋒 」, 伴隨著寒冷、亁燥、較重的空氣, 在到達沿岸地帶時, 遇上溫暖、潮濕、較輕的 氣流, 將之「托」起, 升上高空, 暖空氣中的水份凝結成水點, 形成「層雲」而落雨。如果是強 烈的「冷鋒 」, 通常會只是落一、兩天雨, 然後亁燥的冷空氣會令天氣放晴, 若是微弱「冷鋒 」, 亁燥的冷空氣無法將暖空氣完全推走, 「層雲」會長時間「盤踞」上空, 不斷的落著微絲細 雨, 又冷又濕, 十分難受。印象中在某年的十二月, 這種天氣持續超過兩個星期, 當年還未有地 鐵, 可以想象一般人在上、下班時的苦況了。

拆穿冰雹「造假相」

朋友轉發來一輯相片, 都是有關星期日那場特大暴雨, 和伴隨而來的冰雹。

其中的一張, 看到的是一隻手, 托著一塊差不多如那手掌般大的「冰塊」, 聲稱是拾得的「冰 雹」, 卻沒有說明在那區, 還有附注說, 如果打中人、或行駛中的汽車的擋風玻璃, 後果會是 不堪設想, 亦可能是如此大的「冰雹」, 把一些商場的玻璃頂打破, 造成漏水云云。

不用細看, 就知那是一張「造假」的相片, 很簡單, 「冰雹」不可能是呈方形的, 也不可能是如 此「晶瑩剔透」, 相片中的似是一塊鑿出來的「生雪」, 如果知道「冰雹」是如何形成的, 根本 就不會相信那是真的。

首先, 「冰雹」是「對流雨」的副產品。雨雲的產生, 是由於接近地面的空氣受熱而上升, 到了 某個高度, 空氣中的水份遇冷而凝結成水滴, 累積起來而成為雲, 上升的空氣, 將雲「托」在空 中。但當陸續有更多的水滴凝結成, 雲就會越積越厚, 其中的水滴就會互相依附而變成更大的 水滴, 重量亦增加, 直至上升的空氣「托」不住, 掉下來而成為雨。

有些時候, 特別是在夏天, 太陽很猛烈, 把地面曬得很熱, 使近地面的空氣受熱而急速上升, 將要 掉下來的雨水滴再推上更高的天空中, 那裡的溫度更低, 有可能是在零下10度或以下, 水滴會變 成冰粒, 重新再掉向地面, 在掉下的途中, 溫度漸高, 冰粒表面融解, 冰粒變得更小更輕, 又再次 被上升的空氣重新推上高空, 在過程中, 會和正在掉下的冰粒相遇, 依附在一起, 變得更重而又 再掉下。如此「上上落落」的過程, 就如在那「舊」雨雲中「炒栗子」一樣, 冰粒經過多次的 被「炒上炒落」, 越來越大, 越來越重, 最後上升的空氣無法再將之「炒上」, 最終掉下來, 形成 「冰雹」。在掉下的過程中, 「冰雹」表面會因接近地面的溫度較高, 融解成為雨水。所以在 一場「冰雹暴雨」中, 是先下「冰雹」, 雨水 有可能會遲15至30秒才到的。

有時「冰雹」在剛落到地上前, 已完全融化成水, 化身為「白豆咁大粒」雨, 之後跟著來的, 才 是較小、但較密的雨點。

「冰雹」的冰粒在急湍的氣流中形成, 其中會混和有氣泡, 所以不可能是「晶瑩剔透」的, 更不 會是一大塊的。此外, 在水滴凝結時, 因為自身的「表面張力」, 會形成「珠」狀; 冰粒在掉下 地面的過程中, 會和空氣磨擦, 自身又不停的滾動, 所以會被「磨」成「球」狀, 就如河流溪澗 中的鵝卵石一樣, 所以不可能是呈方形或不規則的形狀。

更重要的一點, 在那輯相片中看見的「冰雹」, 大都如「臭丸」、「波子」般大, 最大的也不到 乒乓球的大小, 所以不大可能打破商場頂的鋼化玻璃。以個人的經驗及專業知識來判斷, 最有 可能的, 是因為「冰雹」先到, 雨水後來, 先到及陸續有來的「冰雹」粒積聚在屋頂的排水溝中, 堵塞排水口, 令後來的大量雨水無法排走, 積在玻璃頂上, 水壓令玻璃與框架之間的接合處爆裂 而漏水。

一場罕見的「冰雹」, 有人「解釋」是顯示甚麼「天機」。蓋「道可道, 非常道」, 那麼容易被 看透的, 就不會是「天機」那吧!

「二百年一遇」=「二百年一次」?

星期日的一場特大暴雨, 造成多處水浸。據渠務署長表示, 那是一場「二百年一遇」的大雨, 而 香港的雨水渠的排洪能力, 是基於「五十年一遇」的雨量而設計的。

甚麼是「二百年一遇」、「五十年一遇」呢?

「n年一遇」的雨量, 是水文學上用於記錄某地方在n年之中, 每小時最大的下雨量, 在土木工程 上, 利用此數據來設計雨水渠、及其他防洪設施的排洪能力。

「n年一遇」, 是統計學上一個有關「頻率」的概念, 是表示某一件事情, 在特定的條件下, 會重 複出現的平均次數或可能性。以雨量為例, 是從收集到某地在過去多年來的雨量數據資料, 通 過統計學的整理、排序, 然後計算出「一百年一遇」、「五十年一遇」的雨量, 並非「靠估」 的。

有一點要搞清楚的, 這「n年一遇」的雨量數字, 是來自某地過去的雨量紀錄, 所以只適用於某 地而已。如香港的「五十年一遇」的雨量, 是每小時130mm(毫米), 而在孟加拉近喜瑪拉雅山 山腳的地方, 該處的「五十年一遇」的雨量, 則是每小時600mm, 而在中國的內蒙古, 可能只是 每小時5mm呢。

香港開埠雖然還未夠二百年, 但有確實的「一百年一遇」的雨量數據, 而在星期日的特大暴雨, 則是每小時150mm, 超過「一百年一遇」的雨量, 所以可以「推算」為「二百年一遇」的雨 量。在2008年6月7日早上八時至九時間, 天文台曾在大嶼山錄得每小時145.5mm的雨量, 當年 的土木工程拓展署, 更「推算」那是為「一千一百年一遇」的雨量, 但相信因為發生在大嶼山 的人口稀少的地方, 對市區無甚影響, 所以沒引起太大的關注。

更重要的一點要搞清楚, 「一百年一遇」的雨量, 是一個統計學上的概念, 並非是「一百年中只 有一次」的雨量, 而是在每一年中,「平均有一百份之一」的機會, 會出現這個雨量, 重點是在於 「平均」二字, 亦即是說, 有可能在某一年中沒有發生過一次, 而在另一年中, 卻會有可能出現 多次。 例如在上面已提到, 在2008年已曾出現過類似的特大暴雨, 之後的幾年卻沒有, 而前兩 天又有了。

如此類推, 「n年一遇」的雨量, 是在每一年中,「平均有n份之一」的機會, 會出現這個雨量。

 

「冬至」與南半球的「熱浪」

這幾天在「冬至」前後, 天氣十分應節, 認真夠冬天feel, 在這段期間, 日最短、夜最長, 太陽照 射的時間最短, 送來的熱量也最少, 難怪是冷了。

在此同時, 在南半球處, 正是「夏至」, 與北半球的「冬至」剛好相反, 是日最長、夜最短的一 天, 亦應該是受到太陽照射的時間最長、得到熱量也最多。

從地圖上看來, 地球上的陸地主要集中在北半球, 有趣的是, 除了澳洲之外, 大洲的形狀, 都是呈 倒三角形, 北大南小的, 而澳洲卻是橫長方形。總體來說, 北半球的面積大部份為陸地, 而南半 球則大部份為海洋。

再拉開一點來看, 地球繞著太陽運行的軌跡, 是略為不對稱的橢圓形, 在每年的一月三日, 地球 運行到最接近太陽的「近日點」, 距離太陽約一億四千七百萬公里; 又在每年的七月三日, 地球 運行到離太陽最遠的「遠日點」, 距離太陽約一億五千二百萬公里。

從數字上看來, 地球在南半球的「夏至」期間, 比在北半球的「夏至」時, 更接近太陽, 而整體 來說, 在一年之中, 南半球要比北半球受到更多來自太陽的熱量, 大約是6.7%。

「不患寡而患不均」。處於南半球的陸地, 有澳洲、90%的南美洲、1/3的非洲、印尼群島、 和一些小島國。南美洲有著名的亞馬遜河流域的熱帶雨林, 很有效的吸收熱量, 其他的南美國 家, 都是在海拔高的安底斯山脈上, 不會太熱。非洲的部份很多也是高原和草原, 亦有效吸收太 陽的熱量。至於澳洲, 在地理上, 70% 的面積是在平均海拔500米、平坦的沙漠與半沙漠, 南回 歸線差不多把整個澳洲分為南、北兩半。在這段「夏至」期間, 太陽直照南回歸線(南緯23.5 度), 亁旱的沙漠沒有雲幫助遮擋太陽的熱力, 令到在這段期間, 澳洲出現「熱浪」, 很多主要的 大城市的氣溫都持續在35度以上, 有些甚至在40度以上! 但是, 地球還未到達「近日點」, 相信 澳洲最厲害的「熱浪」還未到呢。

在紀錄上, 南半球最熱的氣溫是53度, 是在澳洲的新南威爾斯省中部的一個小鎮 Bourke 所紀 錄得的, 該小鎮位處南緯30度, 距離南回歸線不遠的半沙漠中。

山洪爆發, 如何發生

網上傳來一個視頻: 一群人企圖在一瀑布頂部橫過一條河, 遇上山洪爆發, 在幾秒間, 河水由僅 及腳面, 暴漲至膝部深, 不到一分鐘, 再漲至齊腰深, 因水深無法看清河床上石頭的位置, 幾個 人被困在河水中, 隨著河水不斷上漲, 他們最終被沖跌而隨水沖下瀑布, 兩岸上的人欲救無從。

還記得聽說過, 在五十年代時, 九龍紅磡的一間小學的一班學生, 在老師帶領下, 到當年的馬料 水(即現時的中文大學附近) 旅行時, 天下暴雨, 眾人躲在一橋底下避雨, 遇著山洪爆發, 師生多 人罹難。事發處後來被稱為「猛鬼橋」, 之後經過多年的發展, 現已不留一點痕跡了。

在世界上, 每年均有無數的人, 因山洪爆發而罹難。為甚麼在山洪爆發時, 大量的水會突然而來 的呢?

這得先從河流、與山谷的集水區說起。

所有河流溪澗, 都一定有一個或以上相關的集水區。在下雨時, 雨水落在集水區內, 最終都會流 入河流溪澗而排走, 否則集水區內就會水浸。最簡單的模式, 是一個山谷的出口處, 是一條河。 大家可試試伸出一隻手, 手掌向上, 手指曲起, 像是托著一隻大湯碗的, 大家可想像手掌的範圍 內是一個山谷, 手腕處是山谷的出口, 手臂就是一條河, 那山谷就是河的集水區了, 而幾隻手指, 就是山谷內的山坑。在下雨時, 落在山谷內的水, 最先會流入各條山坑中, 向下匯集到山谷內, 然後最終流出山谷, 流入河去。

在剛開始下雨時, 落在近手腕處(即山谷的出口) 的水, 會馬上流入河中, 那只是極微量的水, 河 水的流量因而沒有甚麼變化。隨著時間過去, 落在手掌中部(即山谷中的平地上) 的水, 開始流入河中, 但因為流過的是比較平的地方, 水的流速不高, 水量亦不大。雨繼續的下, 在距離河口較遠的地方的水, 也漸漸流到河口處, 流入河中。但當落在集水區中距離河口最遠 (即中指的指 尖)處的水流到河口時, 所有落在集水區中的水, 都已匯集到河口處, 亦即是集水區中的水, 達到 最高流量的時候, 那時流入河中的水量, 會突然暴增, 出現山洪爆發的情形, 之後河水都會保持 那個高峰流量, 直到雨停後的若干時間, 才慢慢減退。

集水區中距離河口最遠處的水, 流到河口所需的時間, 在水文學及土木工程上, 稱為“Time of Concentration” (姑且譯作「集水時間」),  視乎集水區的面積大小、及山勢的情形而不同, 有些地方可短至10分鐘, 有些可能是一小時以上。在開始落雨後, 經過那段「集水時間」, 山洪爆發就會突然出現。同一道理, 停雨之後, 又要經過那段「集水時間」, 河水流量才會慢慢減退。

所以在遠足行山時, 最好是保持沿山勢的最高點走, 遇著落雨時, 更要如此。本人以前差不多走 遍香港的各條遠足路線, 但對於各石澗, 始終是保持敬而遠之, 遠足行山是為了鍛鍊身體, 絕對 無謂「攞命搏」。

在香港, 最明顯、最好的集水區例子, 就是沙田區: 三面環山, 中間由獅子山鐵路隧道出口處, 一 直到現時的秦石邨, 在七十年代前叫做「紅梅谷」, 谷中全是農田, 中間有一條河, 流到現時的 月明邨處入沙田海。以前因為是農田, 落雨時的雨水會滲入農田的泥土中, 需要由河道排走的 水量不大。在七十年代發展沙田, 整個「紅梅谷」的農田泥土地, 都被三合土地及柏油路面所 代替, 不能滲水, 雨水得被排走。所以沙田區的填海, 由月明邨、至第一城、再到馬鞍山、由瀝 源邨、至沙田馬場、再到科學園, 中間留了約三百米闊的人工河「城門河」, 目的就是為了排 走「紅梅谷」、及大片新填地的雨水, 否則沙田會變成「水田」了。

該視頻在以下的連結:

https://www.facebook.com/photo.php?v=369142426485475

 

地下水資源 - 坐食山崩

前連子提到過, 地球上的淡水資料非常稀罕, 但地下水的資源卻是相當豐富, 比地面上的淡水還 要多十倍!

人類利用地下水已經有幾千年的歷史, 不論中外, 人類都懂得挖掘水井來獲得地下水源。在以 前, 挖井取水是一個自然的、解決用水問題的簡單方法, 時到現代社會, 開井已非靠人工挖掘, 而是用鑽機鑽井, 即所謂開「科學井」, 最深可以鑽到2,000米。用此種方法來汲取地下水, 就 尤如採礦一樣: 先探明水源, 再來大規模鑽井取水。

世界各地, 在那些遠離河流溪澗等可靠的天然水源、而又沒有足夠雨量的亁旱地方, 以科學井 來取得穩定和足夠的用水供應, 幾乎是唯一的方法。但開井「採水」與「採礦」最大的分別, 就是礦藏在被開採了之後就沒有了, 而地下水則有一個「自我補充」的機制。補充的過程, 就 如原本地下水的存在原因一樣: 在絕大部份的地方, 是雨水由地面滲入泥土, 或是如澳洲的大自 流盆地, 水是從一千公里之外、通過地底下的透水層滲過來的。

隨著城市的擴大, 很多地面原本是泥土的, 都會被各種建築物, 及柏油公路面所覆蓋。那些人工 建築都是不透水的, 雨水無法從地面滲入泥土中去補充地下水, 只可以從地面排走, 增加了城市 雨水排洪的負荷, 亦增加了河道的流量, 加大對兩邊河岸的沖刷侵蝕, 更造成水位上升, 增加了 河道氾濫的風險。同時, 城市擴大, 人口增加, 用水量相應提升, 在此消彼長的情況下, 地下水的 水位, 會大幅下降而難以恢復。在一些內陸城市, 地下水是個極其寶貴的重要資源, 必須要有效 的管理, 使其供應可長期持續。

天然的地下水補充速度, 遠不如人類抽取地下水的快, 所以地下水位只會續漸降低。為了加快 補充地下水, 可以在適當的地方, 例如土質較鬆軟、容易透水的地方, 挖掘人工湖, 盡量將用不 完的雨水引入其中, 一則可作水庫貯水之用, 另則可以讓人工湖中的水滲入泥土中, 去補充地下 水。

有人可能會問, 這麼麻煩, 為何不直接使用人工湖中的水來耕作呢? 問題不在於光是補充地下 水, 而且是因為地下水位降低, 泥土中的礦物質就會沉澱出來, 形成礦物鹽, 造成泥土鹽碱化, 以至不能再 耕作。這種情況, 近年在印度很多內陸地方都有發生, 由於人口增加, 糧食需求上升, 農民擴大耕地, 大量抽取地下水。為了預防土地鹽碱化, 在印度已經有超過一百個那種用作補充地下水的人工湖了。

在世界上最大的自流盆地, 澳洲的大自流盆地，情況就很不同。在其範圍裡的地面上，都是人 口稀少的地方, 大量抽取地下水, 除了是農作之外, 更大量的是用在採礦工程上。政府嚴格現定, 所有由採礦工程所產生的污水, 都必須原地處理後才可排放進預先掘好的人工湖, 一則可作循環使用水, 另則可以有限度的補充地下水。

不過, 澳洲的大自流盆地面積超過一百七十萬平方公里, 但並不就是一個超級地下水庫那麼簡 單, 而是在不同的地方, 有不同的地質構造。在地面上的地勢, 近東北部比較高, 在西南部份則 比較低, 水向低流, 是個無法刻服的自然規律, 有科學家曾經設想, 以人工方法把水泵回地下, 但 前題是所在的地質必須是鬆軟而容易透水, 否則雖然以壓力泵水, 水卻滲流不到其他地方, 只會 被迫回流, 達不到預期的效果。

還記得在七十年代初期, 中國的上海市, 亦曾經因為過度抽取地下水, 而引至地面沉降, 當時曾 經嘗試在適當的地點, 以人工回灌法, 把水泵回地下, 一度有效阻止沉降惡化。

香港真幸運, 不愁水源, 亦不憂諸多後患。

由奧運五環到五大洲

在奧運比賽期間, 相信在各種媒體上見到最多的, 除了各種商業贊助單位的商標外, 一定就是那 個奧運的五環標誌了。

細看那五環標誌, 在白色底色上的五環, 各個有不同的顏色, 分別代表五大洲: 藍色代表歐洲、 黃色是亞洲、黑色是非洲、紅色是美洲、及綠色是澳洲。五環緊緊相扣, 代表五大洲緊緊團結 起來, 亦代表全世界各國人民在一起比賽。

五環代表五大洲, 是地球上有人居住的五大洲。但早在小學時期, 不就是從課本上學到世界上 有七大洲的嗎? 為何奧運只算五大洲呢?

從地理上的狹義定義, 一個「洲」是一個由海洋、或其他自然邊界, 完全、或幾乎完全與其他 陸地隔離的整塊相連陸地。通常由非常狹窄的陸地相連起的兩塊陸地, 都被分為不同的洲。例 如亞洲與非洲之間, 在蘇彝士運河還未打通之前, 是塊相連的土地。亦如南、北美洲之間, 亦是 在巴拿馬運河的地方相連的。

從上述的狹義定義未看, 所謂「歐洲大陸」, 就只是在歐洲的大陸部份上的地方, 不包括英倫三 島及冰島。又例如澳洲, 就只是澳洲本島大陸, 而不包括其南部大島塔斯曼尼亞, 及週圍的島 嶼。

但從地質上來看, 一個「洲」可以包括露出水面的大陸向海的伸延淺海部份, 即所謂「大陸 架」, 而大陸架上的島嶼, 在地質結構上, 仍然是大陸的一部份。從這個角度來看, 大陸架的邊 沿部份, 是一個「洲」的邊界, 而不是以大陸的海岸為邊界。就是這樣, 英倫三島及冰島亦是歐 洲的一部份, 而新幾內亞群島, 亦是澳洲(作為一個洲, 而並非政治上) 的一部份。

上述是從地理及地質兩個不同客觀方面來定義一個「洲」。而究竟地球上有多少個「洲」, 就 取決於不同國家、不同文化的理解了。最普遍的是「七大洲」模式: 即亞洲、歐洲、非洲、南 美洲、北美洲、澳洲、及南極洲。這個模式廣泛採用於中國、印度、及英聯邦國家中。這就等於包括了地球上人口的40%了。

除「七大洲」模式之外, 拉丁美洲(中、南美洲)國家則普遍採用「六大洲」模式, 即把南、北美 洲合而為一個美洲而已。

至於奧運, 則採用「五大洲」模式, 即只計算有人類常年居住的大洲而已, 南極洲當然不是其中 的一個了。所以奧運的五環, 就是代表有人類居住的五大洲。

順帶一提, 在1970年, 國際奧委會通過, 嚴禁將奧運的五環標誌用於任何商業性及廣告用途, 即 使在特殊情況下, 也必須先得到本國的奧委會同意。