解析大气强对流气象的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术为气象学提供了一种解析大气强对流气象的实验装置，本发明专利技术所说的强对流气象是热带气旋、龙卷风等，大多数气象学家根据热力学理论、经验、估算或推测认为，上述强对流气象是温差引起的，本发明专利技术通过浸没玻璃管底部的水及与玻璃管相通的气体分析仪证实：火花放电使空气发生缩容化合反应，希望气象学关注这一现象，因为闪电也是火花放电，所以闪电也使空气容积收缩，在大气中生成势差，闪电生成的势差中蕴藏着巨大的势能，它不易扩散流失，促进局地大气对流比温差更有效，闪电引发了上述强对流气象，本发明专利技术的实施例适合在科研、科普、教学活动中向公众演示。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气象学。
技术介绍
本专利技术所说的大气强对流气象是热带气旋、龙卷风等，关于上述强对流气象的形成机理，目前尚未取得共识，大多数气象学家根据热力学理论、经验、估算或推测认为，强对流气象是温差引起的。气象学现有解析强对流气象方法的不足之处在于由于不能直观的演示强对流气象的成因，因此难以发现其机理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服气象学现有解析强对流气象方法的不足，提供一种实验装置，它可以直观的演示造成大气强对流的原因，因此可以发现强对流气象的形成机理。本专利技术是这样实现的在一根玻璃管的顶端插入两根导体并加密封，导体与静电发生器连接，其中一端为尖端导体。玻璃管与气体分析仪相通，底部浸没在水中，启动静电发生器，使两根导体之间持续发生火花放电，用眼直接观察实验结果可以发现玻璃管内的液面上升，火花放电逐渐暗淡。光谱观测发现火花放电的光谱中有氮、氧分子谱线。与玻璃管相通的气体分析仪显示玻璃管内的标准大气成份发生变化，氧气、氮气大量减少、生成NOx、O3，空气容积收缩。用物理知识解析本专利技术的上述实施例，既可破解大气强对流气象的形成机理。由于本专利技术建立在新的理论基础之上，为了便于理解，使本专利技术得以实施，因此有必要在介绍本专利技术的具体实施方式前，首先详细介绍本专利技术所依据的理论。1784年，英国物理学家、化学家卡文迪什(Henry Cavendish1731～1810)在一根玻璃管的顶端插入两根导体并加密封，导体与手摇磨擦起电机连接，玻璃管的底部浸没在氢氧化钠溶液中，摇动磨擦起电机后，两根导体间发生火花放电，玻璃管内的液面持续上升，最后仅剩一个小气泡，充满了氢氧化钠溶液，小气泡的容积为原空气容积的八十分之一。这个实验持续了二十天，卡文迪什不断的向玻璃管内注入氧气，氧气在火花放电中不断的消失，小气泡始终存在。100年后科学家发现小气泡是由氦、氖、氩、氪、氙、氡6种惰性稀有气体组成的，其余气体在火花放电中发生化合反应后，被氢氧化钠溶液吸收。200年前的这个实验证实，空气中除6种惰性稀有气体外，其余气体均在火花放电中发生化合反应。但是由于大气中没有氢氧化钠溶液，所以这个用火花放电使空气消失的实验及其实验报告《关于空气的实验》，并没有引起气象学的关注。本专利技术将该实验中的氢氧化钠溶液改为水，通过透明的玻璃管，揭示了空气发生的真实变化火花放电使空气缩容。希望气象学关注这一现象，因为闪电也是火花放电，同样发生在空气中，所以闪电也会使空气缩容。装载于Microlab-1卫星上的全球闪电探测系统，探测到全球每秒钟平均发生44±5个闪电，平均每个闪电产生多少NOx、O3、空气容积收缩多少？未见这方面权威的统计资料。由于闪电形成的NOx，随雨水沉降到地面硝化或胺化后成为氮肥，促进农作物生长，所以引起科学界的普遍关注，科学家们估计全球闪电形成的NOx，每年通过降雨进入陆地或海洋的数量为5Tg，(根据J Galloway，1999年5月提交国际科联环境问题科学委员会氮项目组的论文数据)1Tg等于1百万吨原子量的纯氮，氮气密度1.25kg/m3、氧气密度1.43kg/m3，对这些科学界公认的数据进行简单的计算可以发现每年有数十亿立方米的气体在闪电过程中变成了氮肥，从大气进入大地。另外还有大量O2在闪电中转变为O3，O2转变为O3容积收缩三分之一，气体的流失或缩容使大气出现势差，闪电生成的势差中蕴藏着巨大的势能，它不易扩散流失，促进局地大气强对流比温差更有效，是推动大气对流运动的原动力之一。宇宙中一切物质趋向于势能最低的稳定状态，大气也是如此，在达到稳定状态的过程中释放出多余的能量。强大的季风在大洋上空形成热带云团，范围可达数千平方公里。热带云团内无数的闪电使大量氧气、氮气发生缩容化合反应，变为氮氧化物NOx及O3，NOx包括NO、NO2、NO-3、NO-4等多种氮化物，本专利技术的实施例可以证实这一描述。NOx随降雨进入大洋，本专利技术的实施例揭示，近10％的气体从空气中流失或缩容。气压也将随之下降近10％，一般在900百帕以上。出现地区性低气压，周边空气在势能驱动下，从四面八方涌向低气压地区，地球自转使这股流向低气压地区的气流旋转，因为旋转气流是螺旋型的，所以使云团也呈螺旋型，北半球逆时针旋转，南半球顺时针旋转，赤道南北纬5度以内的地区，由于地球自转水平偏向力弱，所以气流不旋转，我们将这种强对流气象称为台风、飓风或热带气旋。超级单体雷暴中发生的云闪或地闪特别粗大，闪电熄灭的瞬间、空气缩容化合反应、热膨胀的冲击波过后，闪电放电通道是真空的。在一个安装有单向排气阀的密封容器内，利用金属细丝(网)进行电爆炸，可以证实这一描述。电爆炸是物理学、电工学熟知的一种物理爆炸现象，将金属细丝(网)与高压电源短路连接，超过金属细丝(网)承载能力数十倍的高压大电流，在10-6～10-7秒时间内，以极高的能量密度释放到空间，可以在放电区域内产生摄氏数万度的高温，使空气受热膨胀产生冲击波，放电区域的气体分子密度极低。闪电放电通道冷却后，周围气体在回填这一细长的低压空洞时，发生螺旋型旋转，这一现象在流体中普遍存在，其机理及计算方法，流体力学中有详尽的介绍。螺旋型旋转气流将依附于水分子及气溶胶之上的高电势电荷，富集到旋转气流的顶端，使这一部位的电荷浓度增大、电场升高、闪电增多，漏斗型旋转气流顶端的闪电高发区不断生成势能，为旋转气流提供动力，螺旋型旋转气流则源源不断的为闪电输送高电势电荷。卫星观测到龙卷风顶端的闪电每分钟可达90次，这一部位的闪电消退，龙卷风立即消失。龙卷母云内中尺度旋转气流平均21分钟发育成地面龙卷。由于龙卷风发源于闪电放电通道，所以它也是又细又长的，开杈的枝状闪电有时可以演变成开杈的双头龙卷。闪电放电通道冷却时引发的旋转气流，绝大多数都在形成初期，被强烈的大气扰动搅散夭折了，一次雷暴活动可以发生数百次闪电，每次闪电放电通道冷却后都有引发旋转气流的趋向，但每年中国发生的龙卷风不足100次，美国是世界上龙卷风最多的国家，每年也只有500次左右。多单体雷暴中大气扰动更加复杂，其中闪电冷却引发的旋转气流更难发育成龙卷风。本专利技术的实施例提示我们探讨强对流气象时不应忽略闪电造成的大气势差。古生学家发现多处恐龙化石聚集地，这是一个费解的现象。大量恐龙化石因何拥挤在一片狭小的区域内？现依据本专利技术实施例的启示试解这一现象一颗小行星碰撞了地球。目前已发现可辨认的大小陨击坑150个，最大陨击坑直径240km，证实地球曾多次遭受小行星撞击。撞击产生的火花放电使大气层发生了广泛的缩容化合反应，氧气、氮气大量消失，出现过量的NOx和O3。本专利技术的实施例可以确切证实这一描述。大气缩容化合反应是从撞击点开始的，那里的大气在火花四溅中首先发生缩容化合反应，撞击点的上空出现一个巨大的低气压空洞，低压形成的势差引发了强对流气象，其猛烈程度人类还未经历过所以很难描述。受风面积像帆一样的恐龙，被风驱赶到顺风的山谷绝地或气旋中心，恐龙由于身躯庞大，在超强对流的推动下聚在一起，并非有合葬的习性。活体动物风洞实验或风能计算可以证实这一描述。随后而至的缺氧使恐龙集群性绝灭了，恐龙的遗骨虽然暴露在荒野的空气中，但在O3的保护下，仍然较顺利的形成化石。覆盖它们的是黄土或其它缓慢沉积物而非火山灰，证实了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于解析大气强对流气象的物理实验装置，它是由玻璃管（１）、两根导体（２）、密封（３）、静电发生器（４）等组成的，其特征在于：玻璃管（１）与气体分析仪（５）相通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈西林，王丽敏，
申请(专利权)人：陈西林，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]