如何感知人間冷暖

衛(wèi)倩倩

“北風(fēng)卷地白草折，胡天八月即飛雪?！薄白Ｈ谀蟻肀藁瘕垼鹌煅嫜鏌旒t。”從上面的兩句詩中，我們可以感受到冷和熱。然而，這冷和熱之間相差了多少？一個(gè)人感受到的熱和另一個(gè)人感受到的熱一樣嗎？

其實(shí)，在現(xiàn)代溫度計(jì)問世之前，冷和熱對于人們而言只是一個(gè)定性的感覺。那么，古人是如何測量溫度的？世界上第一支標(biāo)有刻度的溫度計(jì)是誰發(fā)明的？如今的氣象觀測都依靠哪些測溫儀器？下面，就讓我們帶著這些問題一起感知溫度。

據(jù)史料記載，我國對溫度的測量探索最早可以追溯到商周時(shí)期。冶煉青銅器時(shí)，古人通過觀察火候（即火焰顏色的變化）來推斷溫度的高低，進(jìn)而判斷是否達(dá)到澆鑄的溫度。我們熟知的成語“爐火純青”就是古人觀測火候的標(biāo)準(zhǔn)之一。

先秦時(shí)期的“冰瓶”可稱之為中國最原始的“溫度計(jì)”，它將水結(jié)冰作為溫度的固定點(diǎn)，通過水的結(jié)冰和融化情況來判斷氣溫是在降低還是升高。到南北朝時(shí)期，廣泛應(yīng)用的“腋溫”則是以健康人體的腋下溫度作為正常溫度，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食儲(chǔ)存、疾病診斷等提供指導(dǎo)。

16世紀(jì)末，意大利科學(xué)家伽利略在做加熱水實(shí)驗(yàn)時(shí)，受到學(xué)生的啟發(fā)，并聯(lián)想到之前的一些類似問題，利用熱脹冷縮原理，經(jīng)過多次研制，發(fā)明出世界上第一支標(biāo)有刻度的溫度計(jì)——?dú)怏w溫度計(jì)。自此，現(xiàn)代溫度計(jì)問世，溫度開始以定量數(shù)值來描述。

最初的溫度計(jì)很粗糙，管上的刻度也是任意刻畫的，用現(xiàn)在的眼光看，這樣的溫度計(jì)實(shí)在不能算作是一種觀測儀器。之后，不斷有科學(xué)家對測溫儀器進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)。1641年，已經(jīng)出現(xiàn)了不依賴于大氣壓的液體溫度計(jì)。

我國地面氣象觀測站建成之初，使用的測溫儀器主要是水銀溫度表和酒精溫度表這兩種液體玻璃溫度表。根據(jù)水銀和酒精的不同物理特性，這兩種溫度表有著不同的用途。

利用水銀熱脹冷縮的特性，在溫度表的玻璃管外部刻上數(shù)值，通過讀取水銀柱對應(yīng)的刻度值，就可以知道當(dāng)時(shí)的溫度了。

氣溫時(shí)刻在變化，溫度表中的水銀柱也在不停地上升、下降，那如果我們想知道這一天當(dāng)中最高的溫度是多少該怎么辦？

人們想了一個(gè)好辦法，就是在水銀溫度表的球部焊接一根玻璃針。這根小小的玻璃針作用不可小覷，它與毛細(xì)管之間形成了一個(gè)狹窄的通道，升溫時(shí)，水銀膨脹，可以順利通過，降溫時(shí)，水銀收縮，無法再次通過狹縫，這樣就會(huì)造成水銀柱斷裂，水銀柱頂顯示的刻度值就是一天當(dāng)中的最高溫度。這個(gè)原理和大家現(xiàn)在日常生活中使用到的水銀體溫表相同。當(dāng)然，你若要測下一日的最高氣溫，也需要像使用體溫表一樣，先甩一甩，使水銀柱回落到接近于當(dāng)前時(shí)刻的氣溫值。

若想測量一天當(dāng)中的最低溫度，那就要使用酒精溫度表了。這是因?yàn)榫凭哪厅c(diǎn)低至-177.5 ℃，遠(yuǎn)低于水銀，用它來測量最低溫度更為合適。酒精溫度表的毛細(xì)管內(nèi)有一根游標(biāo)，游標(biāo)和毛細(xì)管之間形成一條狹縫，升溫時(shí)，酒精膨脹，酒精柱經(jīng)過游標(biāo)周圍慢慢上升，游標(biāo)停留在原地不動(dòng)。降溫時(shí)，酒精柱下降，同時(shí)由于液柱頂端的表面張力作用，會(huì)帶動(dòng)游標(biāo)下降。這樣，游標(biāo)遠(yuǎn)離球部的一端指示的就是一天之內(nèi)的最低溫度。

隨著科技的進(jìn)步和地面氣象觀測自動(dòng)化的發(fā)展，這些液體玻璃溫度表已經(jīng)逐漸被淘汰，取而代之的是使用熱電偶、金屬電阻、熱敏電阻等作為測溫元件來測量空氣溫度的傳感器。氣象觀測上最常用的是鉑電阻溫度傳感器，因?yàn)殂K這種金屬性能穩(wěn)定，電阻值隨溫度變化幾乎呈線性關(guān)系，而且變化量很小，這種傳感器在-250～630 ℃都可以使用。

現(xiàn)在，我們通過電腦屏幕，就可以直觀地看到每一分鐘的氣溫?cái)?shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)里我們可以很容易地挑取出每天的最高氣溫和最低氣溫，并能夠精確地獲取它們分別出現(xiàn)的時(shí)間。我們現(xiàn)在看到的每一分鐘的氣溫?cái)?shù)據(jù)其實(shí)都是采集器對氣溫傳感器進(jìn)行30次采樣后算出的平均值，這便是科技的力量。

測溫儀器通常被安放在哪里呢？氣象先驅(qū)們早就規(guī)劃好了。為了避免太陽直接輻射和地面及其他物體的反射輻射對氣溫測量造成影響，同時(shí)也為了保護(hù)儀器不受風(fēng)吹雨淋，無論是液體玻璃溫度表還是鉑電阻溫度傳感器，都被安放在氣象觀測場內(nèi)一個(gè)特殊的箱子——百葉箱里。百葉箱四周都為雙葉片，與水平面成45°夾角，既防強(qiáng)風(fēng)，又能保證箱內(nèi)有正常的通風(fēng)氣流。

如果有機(jī)會(huì)參觀氣象觀測場，記得請工作人員給你講一講百葉箱里的故事，了解人間冷暖如何感知。