朱顏
1.濕度100%,不代表一定會下雨
濕度是用來描述空氣中水蒸氣含量的物理量。表達空氣濕度高低的方式有很多種,其中最常用的是氣象學里的“相對濕度”。
那什么是相對濕度呢?讓我們把空氣想象成海綿,它最多可容納的水是一定量的,比方說是1升。那么相對濕度就是指海綿的實際含水量(即絕對濕度)和最多可容納水量的比值。如果海綿沒有喝水,那么相對濕度是零;如果海綿喝了500毫升的水,相對濕度就是50%。
大氣最多能容納多少水蒸氣主要取決于溫度。溫度上升就相當于把海綿變大,能夠容納更多的水分。所以,增加海綿的尺寸而不添加更多的水時,相對濕度就會降低。
如果在海綿喝飽水之后繼續(xù)加水,多出來的水蒸氣就會析出來??墒沁@并不意味著一定會下雨。因為相對濕度通常是在地面上測定的,它并不能準確地反映高空中的濕度。
即使當高空的濕度達到飽和,多出來的水蒸氣凝結成小水滴之后,這些析出來的小水滴也不會像在吸飽水的海綿里那樣,立馬滴落成雨。因為它們又輕又?。ㄖ睆酱蠖嘀挥?.01~0.02毫米),所以被上升的空氣托著,形成飄浮的云。只有當小水滴不斷吸水長胖到空氣托不住的時候,它們才會滴落,化作紛紛細雨。
所以,濕度100%并不意味著一定會下雨。
2.露點越高,人越難受
不過當濕度達到100%后,一定會出現(xiàn)露水。
在水蒸氣含量不變的情況下,氣溫降低,相當于海綿變小,最后使空氣中的水蒸氣達到飽和狀態(tài)。于是,多余的水蒸氣就析出來,變成露水。
人們將空氣中的水蒸氣冷凝形成露水時的環(huán)境溫度稱為露點。比如露點為18℃,意味著外界溫度必須降至18℃以下,空氣中的水蒸氣才會達到飽和,在草上、樹葉上形成一顆顆亮晶晶的小水珠。
露點是衡量絕對濕度的一種方式。比如某地的露點為12℃,那么此地空氣的絕對濕度就是12℃時的飽和水蒸氣量。
由此可見,露點越高,說明空氣中水蒸氣越多。水蒸氣多時一般氣溫或者相對濕度比較高,畢竟海綿越大才能裝下越多的水分,而海綿喝得越飽也意味著裝下的水越多。反之,露點越低,則說明空氣中水蒸氣越少。水蒸氣少也有兩種情況,一是氣溫低,也就是海綿小,裝水本領不大;二是相對濕度低,也就是海綿雖大但喝的水少。
雖然天氣預報并不會提到露點,但它事實上是衡量身體是否感覺舒服的重要指標。它和風、日照等因素一起,影響我們的體感溫度(即人體真正感受到的空氣溫度)。
露點高時,人們通常會感到不適。因為如前所述,高露點時氣溫一般較高,這會讓人大汗淋漓。高露點有時還伴隨著高相對濕度,這讓汗水揮發(fā)受阻,人會因體溫過高而不適,甚至生病。而低露點時,氣溫或者相對濕度會比較低,二者都可令身體有效地散熱,因而比較舒適。
空氣中的水蒸氣主要來自海洋和湖泊的蒸發(fā)作用。水溫越高,水蒸發(fā)得越快,空氣中的水蒸氣也就越多,因此地球上的高露點區(qū)域大多靠近溫暖水域,比如波斯灣、紅海和亞丁灣,這是世界上露點最高的三個地區(qū)。
波斯灣是地球上水溫最高的區(qū)域,其夏季水溫可達30~33℃。因此,世界上有記錄以來的最高露點——35℃(2003年7月8日下午3時)便出現(xiàn)在波斯灣西岸的宰赫蘭。
3.夏天的城市更臭
大家有沒有發(fā)現(xiàn),夏天的城市更臭,空氣中會不時飄來陣陣臭味。這是為什么呢?
除了夏天的垃圾更容易腐敗外,科學家們還發(fā)現(xiàn),在潮濕的環(huán)境中,人們的嗅覺更敏感。這是因為高溫和高濕度使空中飄浮的水分子更多,其運動速度也更快。大量活躍的水分子攜帶更多有臭味的粒子進入我們的鼻子,所以夏天的城市更臭。
這也可以解釋為什么淋濕的“落湯狗”會更難聞。狗狗的毛發(fā)中寄生著許多細菌和酵母菌等微生物,它們會產(chǎn)生一些難聞的化合物。狗狗被淋濕之后,這些臭臭的物質便會被蒸發(fā)的水分子帶進我們的鼻子,讓狗狗聞起來更糟糕。
垃圾散發(fā)出的惡臭在冬天也可以聞得到,不過寒冷、干燥的空氣會限制臭味粒子旅行的距離,使其殺傷范圍大大降低。
4.空氣干燥,唱歌易走調(diào)
我們的聲帶由一對左右對稱的黏膜組成。發(fā)聲時,從氣管和肺沖出的氣流不斷沖擊聲帶,引起聲帶振動而發(fā)聲。聲帶通過控制氣流,來控制我們說話或唱歌的聲調(diào)。有意思的是,在干燥的環(huán)境中,唱歌很難不走調(diào)。
事實上,研究人員推測,正是濕度賦予了語言豐富的聲調(diào)。統(tǒng)計過遍布全球的3700多種語言后,他們發(fā)現(xiàn),擁有復雜音調(diào)的語言——比如說粵語、越南語和許多非洲的語言——更容易出現(xiàn)在地球上潮濕的地區(qū)。
研究顯示,絕大多數(shù)有著復雜聲調(diào)的語言,都出現(xiàn)在東南亞和非洲的熱帶地區(qū),少量位于北美、亞馬孫流域和新幾內(nèi)亞的潮濕地區(qū)。而非多聲調(diào)語言,例如包括英語在內(nèi)的各種歐洲語言,一般都出現(xiàn)在更干燥的地方——寒冷的北方或者干燥的沙漠。
之所以產(chǎn)生這種有趣的格局,是因為空氣的濕度大小會影響聲帶的彈性。聲帶表面的黏液層中的水分和多糖體有固定比例,以保持黏液層松軟、有彈性,這是發(fā)聲的關鍵。吸入干燥的空氣會讓聲帶脫水,導致黏液層的粘稠度上升,彈性下降,很難發(fā)出復雜的聲調(diào)。
5.頭發(fā)可以測濕度
如果你有一頭長長的秀發(fā),可能就不用麻煩天氣預報來告訴你空氣的濕度。因為頭發(fā)對濕度很敏感,空氣潮濕時,直發(fā)會變彎,而卷發(fā)會更卷。瑞士的物理學家索斯爾也發(fā)現(xiàn)了這一有趣的現(xiàn)象,然后他利用頭發(fā)制造了世界上第一個頭發(fā)濕度計。
索斯爾將一束25.4厘米長的頭發(fā)一端固定到螺釘上,另一端則穿過滑輪,與一重物相連。頭發(fā)吸水濕潤之后會變短,帶動重物向上移動。索斯爾則根據(jù)重物移動的距離,來計算空氣的濕度。
為什么頭發(fā)吸水之后會變短呢?
頭發(fā)的主要成分是一種叫做角蛋白的蛋白質。我們都知道,蛋白質是由氨基酸組成的,氨基酸“手拉手”,排成長長的肽鏈。如上圖所示,通過二硫鍵或氫鍵,肽鏈可以形成螺旋結構,并進一步折疊。
二硫鍵很穩(wěn)定,它不受濕度影響,只要你不燙發(fā),它幾乎可以永久地存在。這賦予了我們頭發(fā)強度和韌性。而氫鍵比較弱,它對濕度很敏感,隨時可以被打斷、重建。
潮濕的時候,空氣中有更多的水分子,這意味著除了相鄰的氨基酸之間可以形成氫鍵外,位于肽鏈不同位置和不同肽鏈的氨基酸之間也會形成更多的氫鍵,這會讓肽鏈不斷折疊彎曲。而濕度降低后,許多氫鍵會被打斷,肽鏈重新伸展變長。其宏觀表現(xiàn)就是,頭發(fā)隨著濕度增加而變短。
如果把頭發(fā)想象成彈簧,那么把頭發(fā)吹干就相當于把彈簧拉直,頭發(fā)會變長;而潮濕的時候,大量形成的氫鍵會把彈簧進一步掰彎、折疊,甚至纏繞,頭發(fā)隨之變短。
雖然頭發(fā)濕度計很粗糙,你甚至可以自己在家動手做,但一直到上個世紀60年代,頭發(fā)濕度計才退出歷史舞臺,被電子濕度計取代。
6.悶熱潮濕時運動很危險
即使是專業(yè)的運動員,他們也必須根據(jù)濕度的變化來調(diào)整運動。
棒球就是很受濕度影響的運動。球員若不能根據(jù)場地調(diào)整擊球力度,那么相對濕度每上升20%,出現(xiàn)本壘打(擊球員打出球后,在球被對方球員接住之前,成功繞壘一圈回到本壘,即為本壘打。最直接的方法就是直接把球打到90~100米開外的本壘打墻外,所以棒球是打得越遠越好。)的概率就會降低約25%。
球場濕度高時,棒球會吸水增重,導致?lián)羟蛩俣认陆?;而球在潮濕空氣中受到的阻力也會更大,在二者共同影響下,棒球飛出的距離會變短。球飛行的距離每減少1米,打出本壘打的概率就會降低約7.5%。所以,在高海拔的場地,球員更容易打出本壘打,因為那里的濕度更低,球飛得更遠。
其實,在高濕度環(huán)境中劇烈運動是很危險的。因為當我們在炎熱的環(huán)境中運動時,身體通過出汗來降溫。如果空氣干燥,那么汗水能迅速蒸發(fā),并帶走體表的熱量,有效降低體溫。可如果環(huán)境的濕度很大,汗液很難蒸發(fā),身體就不得不出更多的汗,來努力降低體溫。大量出汗會引起脫水,若不及時治療,人很容易中暑。
所以悶熱潮濕的時候,大家最好減少戶外運動的時間,運動后更要及時補充水分。
7.濕度告訴飛蛾哪里花蜜多
令我們討厭的悶熱潮濕的環(huán)境對于昆蟲來說,卻如同天堂一般。
和體型大的動物相比,小蟲子更容易脫水,因為它們的相對表面積(體表面積與體積的比值)更大,這意味著會從體表蒸騰散失的水分更多。而我們知道,大多數(shù)的昆蟲都很小,高濕度會增加它們的存活率,所以昆蟲大多對濕度很敏感,總喜歡濕潤的樂園。其中以飛蛾為最,它可以檢測小到4%的濕度變化。
另外,飛蛾還能通過檢測濕度的變化來找到它的食物——花蜜。
花蜜有蒸騰作用,剛盛開的花朵頭頂?shù)南鄬穸葧叱霏h(huán)境約4%。隨后濕度差異會逐漸減小,直至大約半小時后花蜜耗盡。也就是說,半小時后,花朵也許依舊盛開,但花蜜卻已經(jīng)沒有了。飛蛾只有找到那些開放時間不超過半小時的花朵,才可以享用到花蜜。所以對濕度變化的敏銳感知能力,能幫助飛蛾迅速判斷哪些花的花蜜更多。
大科技·科學之謎2016年10期