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人工降雨。把天上的水實實在在的降到地面上來,不讓它白白地跑掉,這就是人工降雨。人工降雨有空中作業和地面作業兩種方法,空中作業是用飛機在空中播撒催化劑,地面作業是利用高炮、火箭從地面發射炮彈在云中爆炸,把炮彈中的碘化銀燃成煙劑撒在云中。
火箭在到達云中高度后,碘化銀開始點燃,隨著火箭的飛行,沿途燃煙播撒。飛機作業一般選擇穩定性天氣,才能確保安全。一般高炮、火箭作業較為廣泛。而人工降雨是有充分條件的,以上的暖云中要有大水滴,0℃以下冷云中要有冰晶,沒有這個條件,云層條件再好,也不會下雨。如果在云中制造適量的冰晶,就會破壞云層的穩定結構,有可能產生降雨。基于這個原理,人們又通過飛機、高炮、火箭,利用制冷劑,使云體局部冷卻而生成冰晶,或者引入碘化銀等人工冰核。由人工冰核產生冰晶,以達到降雨目的。
人工降雪。天上的水蒸氣變成雪降到地面,必須具備兩個條件:一個是必須有一定的水汽飽和度(主要與溫度有關),另一個是必須有凝結核。因此,人工降雪時天空中必須有云。能下雪的云有0℃水汽凝以下的“冷云”,在冷云中,既有水汽凝結成的小水滴,也有水汽凝華而成的小雪晶,但它們都很小很輕,倘若不存在繼續生長的條件,它們只能像煙霧塵埃一樣懸浮在空中,很難落下來。我們在冬天經常看大塊大塊的云,就是不見雪花飄下來。因為組成這些云彩的雪晶太小,克服不了空氣的浮力,降水能力差。如果在云層里噴灑一些微粒物質,促進雪晶很快地增長到能克服空氣的浮力降落下來,這就是人工降雪的功勞。
摘要:本文主要分析了當前農村初級中學學生學習心理障礙,有來自社會現實因素的影響,有來自家長認識上的偏見,導致學生厭學情緒的產生。在當前形勢下,教師應與時俱進改進教學方法激發學生的學習興趣,使學生愛學、樂學,學有所得。文章緊扣教材就在物理教學中如何激發學生的學習興趣,提高學生的科學素養,通過幾個比較切合生產生活實際的例子進行了闡述。
關鍵詞:物理教學;科學知識;激發;興趣
當前國家已普及九年義務教育,曲靖市委、政府要求師宗縣在2010年要率先普及高中教育,這已成為當地政府和教育部門即將實現的目標。應該說初中畢業能否升學對大部分學生將不再是最大的問題,但是社會的發展進步在促進物質文明和精神文明的同時也帶來了很多消極因素:網絡時代的到來,加速了多元文化的涌入,各種思潮和社會現象的衍生,在市場經濟大潮的沖擊下學生的思想價值觀逐漸呈現多元化的態勢。我所執教的是鄉鎮初級中學,大多數學生來自農村,家長的文化素質普遍不高。有部分家長認為“讀書無用”,他們是這樣認為的:孩子從小學入學開始到大學畢業累計要花費上十萬元的費用撫孩子讀書。到頭來大學畢業還是很難找到工作,倒不如讓孩子識幾個字就去打工掙錢。從客觀上說:當前社會就業的形勢確定非常嚴峻,另一方面農民工進城打工大多數從事的是建筑、餐飲、家政、環保等體力勞動,對文化素質的要求并不高。這些現實導致不少初中學生無遠大的理想,在校學習態度不端正,學習積極性差,對讀書缺乏興趣。拜金主義、享樂主義、好逸惡勞,厭學情緒嚴重。這對中學教師的教學帶來了很大的阻力,普遍教師感覺九零后的學生真是難教。教師要提高教學的效益,就不僅僅是讓學生升學的問題,一個既重要而緊迫的任務就是要想辦法提高學生學習的興趣。作為物理教師就要想辦法,使學生愛學物理、愿學物理。讓學生在初中階段多獲得一些對今后的生產、生活有價值、比較適用的知識。這就要求教師廣開思路,擴寬知識面,提高自身素質,不斷更新自己,具有廣泛而扎實的知識,跟上時代,找到適合和適應于當代學生的教學手段來教書育人。我們作為農村初級中學的教師應多深入農村了解生產、生活的實際,閱讀百科全書,上網查詢相關資料,隨時將教學中的理論知識與學生的實際需要相結合,讓學生愛聽、樂學。只要學生感受到老師所傳授給他們的知識和技能將來有助于提高他們的生產技能,改善他們的生活質量,就會使更多的學生對物理學科產生濃厚的興趣,興趣是最好的老師,難教就會變成易教。我在農村初級中學從事物理學科的教學已有十余年的經歷,就如何培養學生學習物理的興趣作了一些探索,下面就幾個案例談談自己的做法:
案例1:人教版八年級物理第四章物態變化,學生學習了物態變化的六種方式后,老師引導學生用所學的知識來分析人工降雨的基本原理,因為人工降雨對農業生產有很大的作用。
近兩年的初春,我市出現了連續近兩個月都沒有降雨的干旱天氣,嚴重威脅到我市的農業生產,農業和氣象部門啟動了應緊預案實施人工降雨,人工降雨的原理是什么?
引導學生分析:人工降雨是讓積雨云中的水滴體積變大掉落下來。要讓積雨云中的水滴體積變大,就要人工使用催化劑。我國人工降雨的催化劑主要有兩種:一是干冰(固態CO2)二是碘化銀(AgI)。用飛機在空中噴灑干冰,干冰遇到水蒸氣升華從周圍吸收大量的熱量,使周圍的水蒸氣溫度降低液化凝結成水滴降落到地面;或者部分水蒸氣凝華成小冰晶,小冰晶在下落過程中熔化形成降雨。用高炮將含有碘化銀的炮彈打入含有大量積雨云的高空,碘化銀在空中擴散使云中的小水滴迅速凝集達到一定的體積后降落。
教師通過人工降雨的分析,復習鞏固了相關的物態變化知識,如:升華、凝華、液化、熔化等物態變化又切合生產生活的實際,體現了學以致用的理念,培養了學生將科技服務于人類的意識變枯燥為有趣,很好的激發了學生學習物理的興趣。
案例2、九年級物理第十六章熱和能第二節內能“STS”。
如果教師照本宣科的進行講授,學生不易理解人類活動與地球溫室效應的關系,一知半解就會感到枯燥乏味,失去興趣,對這部分內容可以結合學生所學的知識這樣分析:由于生產生活大量燃燒:煤、石油、天然氣,汽車、爐灶、飛機、火力發電廠等排放的二氧化碳太多不能完全被綠色植物消耗,過量的二氧化碳氣體包圍在整個地球的周圍,使地球上產生的熱量難于向宇宙中散發,致使地球的溫度逐年升高。地球溫度的升高帶來了嚴重的危害,地球的溫室效應,是造成厄爾尼諾現象的直接原因,使生態失去平衡農作物病蟲害嚴重,增加了農藥的用量。農藥的大量使用,污染環境危害人體健康,同時使農民的生產成本提高;地球氣候異常,導致一個半球暴雨成災,另一個半球干旱少雨;地球南北兩極冰雪融化,使海平面上升,浸沒城市,企鵝和北極熊涉臨滅絕。聯合國正在推動發達國家和發展中國家都來承擔相應的責任和義務達成一個新的國際氣候變化框架協議,簽署《京都預定書》,以保護我們共同的家園。
教師通過這樣的補充講解,能開闊學生的視野,使學生認識到各種看似孤立的現象之間也存在聯系,對經常在電視新聞中聽到的“厄爾尼諾現象”、《京都預定書》有一個了解。這些知識有助于學生理解生產生活中遇到的問題。如:冬季雪凌少的年份,夏季農作物和果樹的病蟲害會比有雪凌的年份嚴重。因為這些害蟲卵沒有被凍死,夏季將會大量繁殖。學生會把這些有趣的現象與生產生活中的實際相聯想,破解困惑自己的難題,及時幫助家里做好莊稼的防蟲減災準備,這樣他們就會感受到物理是有用的,從而產生了學習物理的興趣。
案例3:初三下學期進入復習課,復習課是很難上的,你老師站在講臺上講,學生他不一定在下面聽,往往是事倍功半。如何將枯燥的復習課上成學生真正參與其中互動,并達到鞏固提高的目的,這是我們畢業班的每位教師值得去探討的現實問題。
我在復習八年級物理下冊第十章電磁波的相關知識時,在教材上科學世界介紹了微波爐的相關知識,在這里由于是復習課學生已有了分子動理論的基本知識。將兩部分的知識結合起來復習有新意,學生就會感興趣,復習效果也會好一些。我是這樣引導的:微波爐產生的電磁波能使食物的分子運動加劇,相當于是電磁波給食物內的分子補充能量,分子運動速度加快,分子的動能和勢能都會增大,這樣物體的內能就增加,溫度迅速升高,因此易于把食物煮熟。同學們想:普通的爐具是熱量是從外部通過熱傳遞把熱量逐步送到食物內部達到煮熟食物的目的,而微波爐的熱量是直接深入食物內部加熱,當然速度快、效率高。在這里將電磁波和分子動理論的相關知識銜接起來,學生聽起來就會有“新”的感覺,從而有了興趣。
在這里我想到自己所面對的學生大多數是來自農村,在農村目前微波爐并不是很普及。但是電磁爐的普及程度高,學生有使用電磁爐的實踐經驗可結合介紹一下:電磁爐打破了傳統的明火烹調方式,采用磁感應電流(又稱渦流)的加熱原理。電磁爐是通過其內部電子線路產生交變磁場,當把鐵質鍋具放置爐面時,鍋具即切割交變磁感線而在鍋具底部產生交變電流(渦流),渦流使鍋具內鐵分子高速無規則運動,分子相互碰撞,摩擦而產生熱能。由于電磁爐的熱源來自鍋具底部而不是電磁爐本身發熱傳遞給鍋具,所以電磁爐升溫快、效率高、無明火、無煙塵、無有害氣體,對周圍環境不產生熱輻射、體積小、安全性能好等優點是一種綠色炊具。在此也可跟學生交流一下,怎樣根據家庭的實際需要和具體情況購買合適的電磁爐。
在這里將分子動理論:熱量——內前——溫度——電與磁:磁生電——電生磁等相關知識有機的結合起來復習,讓學生進一步理解知識的內在聯系,有利于培養他們將科學技術應用于日常生活、社會實踐的意識,也讓學生初步懂得了一些家用電器的常識。
物理學研究的是力、電、光、熱、聲等方面的現象,在教學中不論涉及到那塊知識,都能將教材內容與生活、生產的實際相結合,如:光學中透鏡知識涉及到眼睛的保護和視力的矯正;聲學中聲音的感知與助聽器原理;力學中杠桿的應用與自行車都是很好的案例。
一、違法人工增雨行為所致損害應適用行政賠償。
筆者認為,根據《氣象法》和《人工影響天氣管理條例》的有關規定,縣級以上氣象主管機構享有行政處罰權,應屬其同級政府的一個職能部門,其性質應定為行政機關。人工增雨作為人工影響天氣作業中的一種,是在各地政府的領導與協調下,基于本地區的公益事業,由氣象主管機構指揮實施的行政行為。《氣象法》第29條規定:“違反本法規定,不具備省、自治區、直轄市氣象主管機構規定的資格條件實施人工影響天氣作業的,或者實施人工影響天氣作業使用不符合國務院氣象主管機構要求的技術標準的作業設備的,由有關氣象主管機構按照權限責令改正,給予警告,可以并處十萬元以下的罰款;給他人造成損失的,依法承擔賠償責任;依法追究刑事責任”。從中可以看出,違法作業將導致三種責任:刑事責任、行政處罰責任和行政賠償責任。其中對于經濟損失的賠償是以違反法律規定實施人工增雨造成損失為前提的。此種賠償是基于行政行為違法性而生的行政賠償。對于不存在違法事由而產生的損失,法律沒有規定其解決方法和途徑。根據《人工影響天氣管理條例》的規定,人工增雨作業的實施需經過審批,因此其實施多屬合法。既然不違法,受害人就無權請求行為人給予行政賠償。人工增雨行為是為當地公共利益實施的公益事業,或為解除農業旱情,或為降低酷暑高溫。公眾在因政府行為受益的同時,卻有個別人為此作出額外的犧牲(有時這種犧牲甚至超過了受害人的承受限度),并無從獲得救濟,這顯然有悖社會公正。
二、合法人工增雨作業所致損失的承擔。
美國上世紀70年生過這么一起案件:南達科他州一所大學進行了人工降雨的試驗,當天當地出現了特大暴雨并引發洪災,造成很大損失,該大學被起訴。這場訴訟的關鍵在于判定暴雨是否系人工降雨引起。最后科學家一致認定人工增雨的作用不足以引發暴雨和洪水,大學不承擔責任。無獨有偶,今年7月25日中午12點左右,蘇州突降暴雨,狂風掀翻了蘇州某廠生產車間的彩鋼板屋頂,車間生產的光學鏡片一經雨淋即報廢,雖工人立刻搶救,但大部分鏡片還是報廢了,企業損失達九萬元左右。企業報請保險公司理賠,保險公司經查證認為當天暴雨很可能系鄰市進行的人工增雨作業所致,從而引出了損失如何賠償的問題。筆者以為,損害后果可以從以下三種途徑獲得解決。
(1)受害人自己有過錯的,應按過錯大小承擔相應的責任。人工增雨有嚴格的操作程序,其中之一便是需提前向公眾預告。受害人在知悉預告后未積極采取預防措施,或者在災情發生后未積極防止損失擴大的,應負相應之責。
(2)保險公司在承保范圍內承擔相應責任。一如美國科學家一致認定人工增雨的作用不足以引發暴雨和洪水,在現有的科學技術條件下,人工催化增加的降雨量一般僅為10%-20%,因此災害的發生主要還是自然作用的結果。保險公司對于屬于其承保范圍內的投保人損失,應當依照保險合同的約定給予相應的保險金賠償。上述蘇州某廠鏡片遭雨淋報廢等損失,如果當天的雨情達到其承保的“雷擊、暴雨、暴風、龍卷風、雹災”標準之一,保險公司就應當承擔合同責任。法律雖然規定了氣象主管機構進行人工影響天氣作業的預先公告義務,但現有的科學技術使氣象部門尚不能精確界定催化作業的具體后果,不能預見其作業所致損害將延及作業區外,從而無法要求其負起在作業區外進行預告的義務。因此,對于損失的發生,氣象部門并無過錯,不能責令其承擔賠償責任。在此情形下,若是損害后果的發生確定系人工增雨作業引起,應當求助于行政補償,通過公共負擔平等的原則補償受害人的損失。
()必做1 某人居住在城鎮的A處,準備開車到單位上班,若該地各路段發生堵車事件都是相互獨立的,且在同一路段發生堵車事件最多只有一次,發生堵車時間的概率如圖1(例如ACD算兩個路段:路段AC發生堵車事件的概率為,路段CD發生堵車事件的概率為).請你為其選擇一條由A至B的線路,使途中發生堵車的概率最小.
圖1
精妙解法 由A至B的線路有三種選擇:ACDB,ACFB,AEFB. 按線路ACDB來走,發生堵車的可能包括:三個路段中恰有一個發生堵車,或恰有兩個發生堵車,或三個均發生堵車,其反面為三個路段均不發生堵車事件. 故途中發生堵車的概率為:1-1-?1-1-=. 同理,按線路ACFB來走,途中發生堵車的概率為:1-1-1-1-=;按線路AEFB來走,途中發生堵車的概率為:1-1-1-?1-=. 由于>>,故選擇ACFB的線路,途中發生堵車的概率最小.
()必做2 某市有A、B兩所示范高中響應政府號召,對該市甲、乙兩個教育落后地區開展支教活動. 經上級研究決定:向甲地派出3名A校教師和2名B校教師,向乙地派出3名A校教師和3名B校教師. 由于客觀原因,需從擬派往甲、乙兩地的教師中各自任選一名互換支教地區.
(1)求互換后兩校派往兩地區教師人數不變的概率;
(2)求互換后A校教師派往甲地區人數不少于3名的概率.
精妙解法 (1)記“互換后派往兩地區的兩校的教師人數不變”為事件E,有以下兩種情況:
①互換的是A校的教師,記此事件為E1,則P(E1)=?=;
②互換的是B校的教師,記此事件為E2,則P(E2)=?=. 則互換后派往兩地區的兩校的教師人數不變的概率為P(E)=P(E1)+P(E2)=+=.
(2)令“甲地區A校教師人數不少于3名”為事件F,包括兩個事件:“甲地區A校教師人數有3名”設為事件F1;“甲地區A校教師人數有4名”設為事件F2,且事件F1,F2互斥. 則P(F1)=?+?=;P(F2)=?=. 甲地區A校教師人數不少于3名的概率為P(F)=P(F1)+P(F2)=+=.
()必做3 已知函數f(x)=x3-(a-1)x2+b2x,其中a,b為實常數,
(1)若任取a∈{0,1,2,3,4},b∈{0,1,2,3},求函數f(x)在R上是增函數的概率;
(2)若任取a∈[0,4],b∈[0,3],求函數f(x)在R上是增函數的概率.
破解思路 函數在R上單調遞增,說明其導數值不小于零是條件. 第1問中(a,b)取值個數有限,是古典概型;第2問中(a,b)的取值個數無限,是幾何概型,把(a,b)看做坐標平面上的點,就構造出了基本事件所在的面,只要算出隨機事件在這個面內占有的面積即可.
精妙解法 f ′(x)=x2-2(a-1)x+b2.
若函數f(x)在R上是增函數,則f ′(x)≥0在R上恒成立,所以對f ′(x)=x2-2(a-1)x+b2,恒有Δ=4(a-1)2-4b2≤0,即a-1≤b
(1)設“f(x)在R上是增函數”為事件A,其對應區域為{(a,b)a-1≤b}. 因為a∈{1,2,3,4},b∈{1,2,3},所以(a,b)的所有可能為:(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3),(4,1),(4,2),(4,3),共計12種. 那么滿足“f ′(x)≥0恒成立的要求”的(a,b)的所有可能為:(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(2,3),(3,2),(3,3),(4,3),共計9種,
所以其概率為P==.
(2)設“f(x)在R上是增函數”為事件B,對應區域為{(a,b)a-1≤b},全部試驗結果構成的區域Ω={(a,b)0≤a≤4,0≤b≤3},如圖2:
圖2
所以S陰影=3×4-×1×1-×3×3. 又SΩ=3×4,所以P(B)==.
金刊提醒
求解古典概型由三步完成:第一步求解試驗所有基本事件數n;第二步求解隨機事件A包含的基本事件數m,該步同學們要認真審題,理順已知條件以及隱含條件,對復雜問題應采取分類討論的策略,各個擊破,但要不重不漏;第三步運用古典概型計算公式P(A)=. 同時,牢記互斥事件的加法法則“若事件A與B互斥,則P(A+B)=P(A)+P(B)”,對立事件的減法法則“P()=1-P(A)”,以及獨立事件的乘法法則“若事件A與B相互獨立,則P(AB)=P(A)P(B)”.
離散型隨機變量的分布列、期望與方差
()必做4 某高校的自主招生考試數學試卷共有8道選擇題,每個選擇題都給了4個選項(其中有且僅有一個是正確的). 評分標準規定:每題只選1項,答對得5分,不答或答錯得0分. 某考生每道題都給出了答案,已確定有4道題的答案是正確的,而其余的題中,有兩道題每題都可判斷其中兩個選項是錯誤的,有一道題可以判斷其中一個選項是錯誤的,還有一道題因不理解題意只能亂猜. 對于這8道選擇題,試求:
(1)該考生得分為40分的概率;
(2)該考生所得分數ξ的分布列及數學期望Eξ.
精妙解法 (1)要得40分,8道選擇題必須全做對,在其余四道題中,有兩道題答對的概率為,有一道題答對的概率為,還有一道題答對的概率為,所以得40分的概率為P=×××=.
(2)依題意,該考生得分ξ的取值是20,25,30,35,40,得分為20表示只做對了四道題,其余各題都做錯,故所求概率為P(ξ=20)=×××=;同樣可求得得分為25分的概率為P(ξ=25)=C××××+×××+×××=;得分為30分的概率為P(ξ=30)=;得分為35分的概率為P(ξ=35)=;得分為40分的概率為P(ξ=40)=. 于是ξ的分布列為:
故Eξ=20×+25×+30×+35×+40×=,該考生所得分數的數學期望為.
()必做5 某研究小組在電腦上進行人工降雨模擬試驗,準備用A、B、C三種人工降雨方式分別對甲、乙、丙三地實施人工降雨,其試驗數據統計如下.
假定對甲、乙、丙三地實施的人工降雨彼此互不影響,請你根據人工降雨模擬試驗的統計數據,
(1)求甲、乙、丙三地都恰為中雨的概率;
(2)考慮到旱情和水土流失,如果甲地恰需中雨即達到理想狀態,乙地必須是大雨才達到理想狀態,丙地只需小雨或中雨即達到理想狀態,記“甲、乙、丙三地中達到理想狀態的個數”為隨機變量ξ,求隨機變量ξ的分布列和數學期望Eξ.
精妙解法 (1)記“甲、乙、丙三地都恰好為中雨”為事件M,根據人工降雨模擬試驗的統計數據,得到用A,B,C三種降雨方式為中雨的概率分別是,,. 因為甲、乙、丙三地實施的人工降雨彼此互不影響,所以甲、乙、丙三地都恰好為中雨的概率P(M)=××=.
(2)設甲、乙、丙三地降雨量達到理想狀態的概率分別是p1,p2,p3,則p1=,p2=,p3=+=. ξ的可能取值為0,1,2,3,P(ξ=0)=××=,P(ξ=1)=××+××+××=,P(ξ=2)=××+××+××=,P(ξ=3)=××=,
所以Eξ=×0+×1+×2+×3=.
極速突擊 解決此類題目的思路是“正確求解隨機變量ξ的取值列出ξ的分布列計算期望Eξ=xipi”.
金刊提醒
求離散型隨機變量的數學期望和方差,必須先求出其分布列,然后套用公式EX=xipi和DX=(xi-Eξ)2pi.
抽樣方法與總體分布的估計
()必做6 某校在2012年的自主招生考試成績中隨機抽取100名學生的筆試成績,被抽取學生的成績均不低于160分,且低于185分,圖3是按成績分組得到的頻率分布表的一部分(每一組均包括左端點數據而不包括右端點數據),且第3組、第4組、第5組的頻數之比依次為3∶2∶1.
(1)請完成頻率分布直方圖;
(2)為了能選拔出最優秀的學生,該高校決定在筆試成績較高的第3組、第4組、第5組中用分層抽樣的方法抽取6名學生進入第二輪面試,求第3、4、5組每組各抽取多少名學生進入第二輪面試;
(3)在(2)的前提下,學校決定在6名學生中隨機抽取2名學生由考官A面試,求第4組至少有一名學生被考官A面試的概率.
精妙解法 (1)由題意知第1、2組的頻數分別為:100×0.01×5=5,100×0.07×5=35. 故第3、4、5組的頻數之和為:100-5-35=60,從而可得其頻數依次為30,20,10,其頻率依次為0.3,0.2,0.1,其頻率分布直方圖如圖4.
(2)由第3、4、5組共60人,用分層抽樣抽取6人. 故第3、4、5組中應抽取的學生人數依次為:第3組:×6=3人;第4組:×6=2人;第5組:×6=1人.
(3)由(2)知共有6人(記為A1,A2,A3,B1,B2,C)被抽出,其中第4組有2人(記為B1,B2). 有題意可知:抽取兩人作為一組共有(A1,A2),(A1,A3),(A1,B1),(A1,B2),(A1,C),(A2,A3),(A2,B1),(A2,B2),(A2,C),(A3,B1),(A3,B2),(A3,C),(B1,B2),(B1,C),(B2,C)共15種等可能的情況,而滿足題意的情況有(A1,B1),(A1,B2),(A2,B1),(A2,B2),(A3,B1),(A3,B2),(B1,B2),(B1,C),(B2,C)共9種,因此所求事件的概率為=.
()必做7 某市為“市中學生知識競賽”進行選拔性測試,且規定:成績大于或等于90分的有參賽資格,90分以下(不包括90分)的則被淘汰.若現有500人參加測試,學生成績的頻率分布直方圖如圖5.
圖5
(1)求獲得參賽資格的人數;
(2)根據頻率直方圖,估算這500名學生測試的平均成績;
(3)若知識競賽分初賽和復賽,在初賽中每人最多有5次選題答題的機會,累計答對3題或答錯3題即終止,答對3題者方可參加復賽,已知參賽者甲答對每一個問題的概率都相同,并且相互之間沒有影響,已知他連續兩次答錯的概率為,求甲在初賽中答題個數的分布列及數學期望.
精妙解法 (1)由頻率分布直方圖得,獲得參賽資格的人數為500×(0.0050+0.0043+0.0032)×20=125人.
(2)設500名學生的平均成績為,則=(×0.0065+×0.0140+×0.0170+×0.0050+×0.0043+×0.0032)×20=78.48分.
(3)設學生甲每道題答對的概率為P(A),則(1-P(A))2=,所以P(A)=. 學生甲答題個數X的可能值為3,4,5,則P(X=3)=+=,P(X=4)=C+C?=,P(X=5)=C=. 所以X服從分布列
E(X)=×3+×4+×5=.
金刊提醒
近幾年高考試卷往往有機地將統計與概率綜合考查,首先以統計圖表呈現數據,考查對莖葉圖、頻率分布表和頻率分布直方圖的認識,然后通過分層抽樣,并對抽樣的數據進行分析,考查各類分布列.
回歸分析與獨立性檢驗
()必做8 數學課程改革試驗中,某數學教師分別用A、B兩種不同的教學方式實驗甲、乙兩個高一新班(均為60人,入學數學平均分和優秀率都相同,勤奮程度和自覺性都一樣). 現隨機抽取甲、乙兩班各20名學生的數學期末市統考成績,得莖葉圖(如圖6):
甲班 乙班
2 9 0 1 5 6 8
6 6 3 2 1 8 0 1 2 5 6 6 8 9
8 3 2 2 1 7 3 6 8
9 8 7 7 6 6 5 7 9 9
9 9 8 8 5
圖6
(1)依莖葉圖判斷哪個班級的平均分高;
(2)學校規定:成績不低于85分為優秀,請填寫下面2×2列聯表,并判斷能否以97.5%的把握認為“成績優秀與教學方式有關”;
(3)現從乙班數學成績不低于85分的同學中隨機抽取2人,成績不低于90分的同學獎100元,否則獎50元,記X為這2人所得的獎金和,求X的分布列和數學期望.
參考公式:K2=,其中n=a+b+c+d
參考數據:
精妙解法 (1)甲班數學成績集中于60~90分之間,而乙班數學成績集中于80~100分之間,所以乙班的平均分高.
(2)
K2=≈5.584>5.024因此有97.5%的把握認為“成績優秀與教學方式有關”.
(3)依題意知X=100,150,200,P(X=100)==,P(X=150)==,P(X=200)==,所以X的分布列為
E(x)=100×+150×+200×=150.
()必做9 產品的廣告支出x(單位:萬元)與銷售收入y(單位:萬元)之間有對應的數據關系,如表8所示.
表8
(1)畫出表中數據的散點圖;
(2)求出y對x的回歸直線方程;
(3)若廣告費為9萬元,則銷售收入約為多少萬元?
精妙解法 (1)作出的散點圖如圖7所示.
圖7
(2)觀測散點圖可知各點大致分布在一條直線附近,列出下表:
表9
易得x=,y=,所以===,=y-bx=-×=-2,故y對x的回歸直線方程為=x-2.
(3)當x=9時,=×9-2=129.4,故當廣告費為9萬元時,銷售收入約為129.4萬元.
河海大學的河流泥沙運動力學屬于江蘇省重點學科,擁有一大批具有中高級技術職稱的專門人才,建有大型試驗廳4座,玻璃水槽20余條,可以觀測記錄水位、流速流向、含沙量、顆粒級配、淤積地形以及具有先進的多邊界潮汐非恒定流數據采集、控制、監視系統和ADV三維流速測量系統。多年來,研究領域不斷擴大,對水庫、河道、流域、水利樞紐、工礦企業、河口海岸等方面的泥沙問題進行了較為深入的研究,形成了自己的特色,先后承擔了“七五”、“八五”國家攻關及自然科學基金等項目,取得了一批成果,獲得各類科技進步獎十余項,培養碩士、博士研究生30多名。
隨著河海大學首批進入“211工程”,給本學科的發展帶來了新的機遇和挑戰。自1996年以來,學校逐步投入200多萬元進行學科和實驗室建設,至2000年,將建成一批較先進的實驗設備,為本學科的進一步發展創造條件。
2.1降雨特性及雨蝕模擬
通過分析雨滴降落過程中的力學規律,從理論上導出了雨滴降落在任一高度時的速度計算公式,進而導出了雨滴的終速公式。該公式由陳國祥、姚文藝研究完成,提出了雨滴變形的概念,用于描述直徑大于0.3mm的雨滴在降落過程中形狀因子對落速的影響。得到的終速公式與國內外同類公式比較,具有較強的理論基礎,形式簡單,與實測資料吻合好,計算精度高。可用于計算雨滴終速,確定雨滴動能和設計人工模擬降雨裝置。
湯立群在分析雨滴濺蝕規律的基礎上,運用牛頓第二運動定律推導出雨滴對土粒的撞擊力表達式和雨滴濺蝕量計算公式。該研究與以往成果相比,具有力學概念清楚,理論性強,又能反映影響雨蝕主要影響因素等特點,可用來計算天然降雨的濺蝕量。
因“211工程”建設,目前正在改造大型人工降雨水槽試驗裝置,使其成為能夠模擬降雨濺蝕、坡面徑流侵蝕和重力侵蝕的室內人工降雨裝置,并開展這方面的研究。
2.2坡面流水力學
陳國祥等通過理論分析和室內人工降雨水槽試驗,研究了坡面淺層均勻流和降雨產生的沿程變量流的流態和阻力規律,研究表明,坡面淺層流與通常的明渠流不同,降雨、坡度及床面糙度對水流阻力都有一定影響。降雨條件下的沿程變量流不存在通常意義的層流,而是“偽層流”。坡面淺層水流無論是均勻流還是沿程變量流的“層流”,其臨界雷諾數均比天然河道水流的大。
在室內人工降雨水槽試驗基礎上,得到了降雨作用下坡面流的Darcy-Weisbach阻力系數關系式,成果具有坡度大,糙度高和雨強大等特點,公式的適用范圍更廣;李杰友等采用一維淺水波方程描述坡面流運動,并用運動波近似,通過四點隱式差分求其數值解,較好地解決了坡面流的模擬問題。
2.3流域侵蝕產沙模型
湯立群、陳國祥運用泥沙運動力學基本理論與方法,結合地理學、地貌學、土力學及水文學等學科知識,建立了具有物理過程基礎的小流域產流產沙數學模型。該模型可模擬流域上任意時空分布的水流泥沙過程,為小流域開展綜合治理規劃提供科學的決策依據;針對黃河中游復雜的地形地貌條件和徑流泥沙過程,通過力學分析和數學推導,建立了適用于大中流域長系列徑流泥沙模擬的物理概念模型,突破了物理概念模型難以在大中流域上應用的難點。該模型在“八五”攻關研究中被用來模擬大理河流域長系列的產流產沙過程,在水保效益計算的基礎上,進行了水沙變化原因分析。
另外,包為民提出了簡單的概念性坡面匯沙、溝道匯沙模式,與坡面、溝道產沙公式一起構成了流域產匯流、產輸沙的耦合模擬物理概念模型。該模型已在黃河中游地區十多個流域上得到應用。
2.4水土保持減水減沙計算方法研究
傳統的水保效益計算方法有水文法和水保法兩種,在指導我國水土保持規劃與效益評價中發揮了重要的作用,但也存在不足。在“八五”攻關項目的研究中,我校湯立群等建立并提出了用模型法計算水土保持減水減沙效益,分析水沙變化之原因,取得了良好的效果。
但模型法屬于總量評價,不能區分各項水保措施的減水減沙效益。今后的研究是如何應用模型法對水保效益進行分離評估,以便切實有效地指導小流域綜合治理的規劃設計。
3泥沙基本理論研究
3.1推移質對流速分布和阻力的影響研究
陳國祥在國家教委博士點基金的資助下,開展了推移質對流速分布和阻力的影響試驗研究。研究表明:動床輸送推移質水流的流速分布受床面粗糙程度、床沙中孔隙流、推移質運動及推移質運動后床面邊界條件變化的綜合影響。推移質的存在使水流流速分布在整個水深范圍內卡門常數減小,水流底部流速偏小于對數規律;而床沙中孔隙流及推移質運動后床面邊界條件的變化則使底部流速偏大于對數規律。通過試驗和一定理論推導,提出了可反映推移質運動影響的定床輸沙水流、動床輸沙水流的流速分布和阻力公式。
3.2明渠紊流結構及其對泥沙輸運的作用研究
卞華等在水利水電基金的資助下,分別采用不同單元斷面如方形、半圓柱形和三角形的人工加糙,對明渠二維加糙水流的阻力特性進行了系統的試驗研究,得到隨著加糙間距的增大阻力增大,至λ/Ks=8時,阻力達最大值,其后,隨λ/Ks的增大而減小,并總結出水流阻力因子的表達式。
毛野等在國家自然科學基金的資助下,開展了明渠紊流擬序結構對泥沙輸運的作用研究,該課題尚屬泥沙研究的前沿,以試驗研究為主,將定床和動床相結合,采用圖象顯示技術與計算機圖象處理技術相結合的全流場測試系統,研究床面形態不同時紊流擬序結構的特點和對泥沙輸運的作用,成果具有重要意義。
4泥沙數學模擬
我校泥沙數學模型包括一維、二維和三維,研究對象主要有河流、航道、水庫、港口、碼頭、河口海岸等,求解方法主要有有限差分法、有限元法、有限分析法等,其中有限差分解法有ADI法、控制體積法、破開算子法等幾種。
一維泥沙數學模型用來解決長河段長時段的泥沙運動和河床演變問題,應用比較廣泛,也比較成熟,可以取代實體模型試驗,大大節省人力物力。湯立群、陳界仁運用一維模型對白沙水庫泥沙淤積和取水方案進行了計算,在長河段的贛江航道整治工程一維計算中,也發揮了較好的作用。
二維泥沙數學模型發展迅速,在生產上得到了廣泛應用,能較好地模擬水流結構和泥沙運動在平面上的分布規律,經常與實體模型耦合運用,相互印證,相互提供邊界,在某些場合下,部分地取代了實體模型,取得了極大的經濟效益,也促進了泥沙基本理論的研究。比如,湯立群、金忠青等用擬合坐標生成了正交曲線網格,運用“露灘凍結”技術解決動邊界問題,考慮了床沙級配的分層記憶和床沙質與沖瀉質的劃分,通過分組解決非均勻沙的挾沙能力表達式,在水流輸運及分組含沙量輸運方程的離散過程中,采用守衡性較好的控制體積法和SIMPLEC計算程式,建立了k-ε雙方程紊流泥沙數學模型,較好地模擬了內河恒定流和潮汐河口非恒定流過程以及河床的沖淤變化,特別在航道整治工程方案優化計算中取得良好效果。張長寬、張東生等基于長期波浪序列的沙質海岸,建立了河床演變數學模型,對海區波浪、潮流和海岸演變進行了模擬計算。
三維泥沙數模中,要以水流數值模擬研究為多,成果也相對成熟些,同時,三維泥沙數值模擬也取得了初步成果。比如,劉子龍、王船海等利用破開算子法對長江口三維水流過程進行了有效的模擬。嚴愷、周華君對長江口渾濁帶特性進行了研究,在此基礎上,建立了三維擬合坐標下的水流泥沙數學模型。陳國祥、陳界仁對國內外三維泥沙數模研究進行了分析比較和綜述,提出三維泥沙數模研究的必要性和迫切性。
5河工模型試驗研究
5.1水利樞紐泥沙
我校70年代以來,一直堅持本課題的理論分析和試驗研究,近十年的研究主要包括:庫區淤積對防洪、發電和航運的影響;壩前淤積與樞紐布置的關系;引航道和取水口淤積及防淤措施;壩下游河道沖刷演變及對航道的影響;水工樞紐如引水樞紐、地涵泥沙問題等,代表性的課題有“新疆烏魯瓦提水庫泥沙模型試驗研究”、“廢黃河地涵整體泥沙模型試驗”等近十項。
5.2河道泥沙
主要針對河道治理、河床演變、港口航道、河口泥沙、碼頭抗沖防淤措施等方面的工作進行研究。在航道整治中,多年來結合生產需要對丁、順壩等整治建筑物作用下的水力學問題進行了系統試驗研究,包括實體丁壩及網壩的不同壩長、壩高、壩間距、壩與水流交角等情況下的水面形態和平面流場的研究,取得的成果為我國東南各省的水利工程及航道整治作出了貢獻,受到工程單位的好評,代表性的課題有“珠江蓮沙容水道八塘尾航道整治模型試檢研究”,“贛江南昌河段航道整治動床模型試驗研究”,“閩江圍墾航道整治”等十余項。
5.3工業取排水口泥沙防治
近10年來,我校與華東、西北等多家電力設計院合作,通過現場調查與模型試驗相結合等方法,提出了一種新的曲線河床式取水口,充分利用山區河流上常見的卡口、磯頭附近的深潭河段,準確地確定取水口位置。與此同時,對下游河口段也進行了較全面的研究,提出掌握主流變化規律,根據河勢避開暗沙運動范圍,利用深水區,配合合理的進出水口平面布置等措施取得成功。由于在河口、海灣等取水口的選址和防沙問題上積累了比較豐富的經驗,從而能在大亞灣核電站取水口研究中作出重大貢獻,獲國家科技進步一等獎。如“上海石洞口電廠排水口動床物模研究”,“漳平電廠擴建工程取水口局部動床模型試驗研究”和“黃埔電廠浪沙回淤試驗研究”等。
6量測技術及測控系統研究
近10年來,我校不僅在泥沙基礎理論及生產問題的研究中取得了一定成績,同時通過多年泥沙研究工作的實踐,還開發研制成功諸多用于泥沙研究的儀器設備,如:NSY-1型光電顆分儀;NSY-2型寬域粒度分析儀;光電反射式地形儀;自動往復推移質加沙機;大型實體模型試驗計算機全流場圖象測速分析系統;多邊界潮汐非恒定流數據自動采集、控制、監視系統。這些儀器及系統的研制為研究課題成果質量提供了保證,部分儀器設備處于國內領先水平。
6.1光電反射式地形儀
針對已有地形儀(光電對射式、電阻式、超聲波式、測針或鋼尺)會破壞測點地形,產生的誤差大等問題,唐洪武、李瑾等研制出光電反射式地形儀,該儀器在測量過程中探頭不必插入泥沙界面,也能對1mm厚度以下的淤積層進行測量,光電反射式傳感器自身理論控制精度可達0.01mm,不受外界光的干擾,還可進一步推廣應用于測壓管水位的測量,尤其在微壓變化情況下使用,更顯其優越性。
6.2大型實體模型計算機全流場圖象測速分析系統
近10年來,先后開發出CCD氫泡低流速測量系統、粒子圖象測量系統和用于大型實體模型研究的圖象測速分析系統。CCD氫泡低流速測量系統是在傳統的氫泡測量的基礎上,引入CCD面陣攝象技術,通過計算機進行氫泡圖象自動采集、處理與分析,做到準實時,減少了人工工作量;粒子圖象測量系統的特點是操作方便,設備成本低,約為國外進口設備的1/10,工作環境要求不高,獨創之處是將微光象增強技術和聲光調制技術引用至該系統,使該系統實現在低功率連續激光照明條件下,滿足高清晰度、測速變化范圍大的要求,已用于多項國家基金、縱向、橫向科研課題中,取得明顯的社會經濟效益;工程實體模型圖象測速分析系統,則是針對工程模型的特點,特別是渾水泥沙模型中流速場的測量困難而提出的,其特點是可實現記錄整個模型現場,不需要錄象機參與就可以實現多幅畫面的拼接,流速測量精度高(5‰級),系統的分析軟件功能強。代表性成果有唐洪武等完成的“數字圖象技術在雙射流混合流場中的應用”和“數字圖象測速技術及在進水口漩渦流場中的應用研究”等。
6.3多邊界潮汐非恒定流數據自動采集、控制、監視系統
多年來通過河工模型工作實踐,在學校“211工程”建設資助下,徐夕榮,周汝盛等完成了多邊界潮汐非恒定流數據自動采集、控制、監視系統。該系統運用PID原理自動調節尾門,能準確模擬各邊界的水位和流量過程,同時檢測64個測量流速,32個測站水位和32路模擬量輸入(如含沙量等)。各測量數據可隨時從計算機顯示器上觀看,并打印輸出。為配合自動控制系統的運行,還在該系統上配上監視系統,工作人員可在與模型現場隔離的控制室內對模型的運行過程進行監視、錄象,遇有緊急情況還可隨時通過話筒通知模型現場工作人員,因此該系統的成功應用,不僅提高模型試驗成果的質量,還節省了大量人力和物力。
6.4河流泥沙顆分儀
盧永生等自1977年開始研究河流泥沙顆分儀,先后研制出(1)GDY-1型光電顆分儀;(2)NSY-1型光電顆分儀;(3)NSY-2型寬域粒度分析儀。三種儀器共推廣約150臺。NSY-2型寬域粒度分析儀于1990年通過水利部鑒定,創新之處在于:(1)使用長管渾勻沉降原理進行顆粒分選,使儀器和傳統的水沉法具有可比性;(3)用IBM計算機完成采樣、繪圖任務,實現量測自動化。
7水流泥沙運動的多媒體動態演示
水流泥沙運動和河床演變過程貫穿于一個動字,特別適合于用多媒體進行動態和過程的描述。但如何把水流泥沙模擬過程中大量枯燥的數據、圖表以生動、活潑、直觀、友好的方式表現出來,并不是一件易事,這是泥沙研究工作者為之努力的方向之一。
7.1水流泥沙運動過程動態演示系統
該系統就是把水流泥沙運動狀況或河床邊界的變化過程,在計算機屏幕上逼真地表現出來。近年來,我校在這方面進行了嘗試。紀元、張東生研制完成了南中國海潮波傳播的動態變化,污染物質擴散過程的動態變化,熱污染溫度場的動態變化;金忠青、王玲玲等研制出三峽庫區三維地形俯視動態系統,湯立群、王加虎等完成了潮汐河口潮位動態變化和潮流仿真動態演示系統等。
最大實驗室都能做什么
北京順義一所國際學校耗資3000萬建的防霾帳篷的照片,前些天流傳很廣,不過霧霾天并不是所有人都能躲進這樣的環境里。
同樣在北京郊區,懷柔也在準備建造一個與霧霾相關的設施,這是中國科學院的“大氣環境模擬系統”,也被稱作“煙霧箱”。中科院研究員、項目籌備負責人賀泓表示,竣工后的懷柔“煙霧箱”將成為全球最大的霧霾實驗室。
按照科學家的預想,新的“大氣環境模擬系統”其中最大的兩個“箱子”都是300立方米,如建成,將是具有世界先進水平的大氣環境模擬實驗室,優先用于霧霾模擬與控制研究。
現在,世界上主要的大型室外環境煙霧箱分別在德國地質化學和動力學研究所(370立方米),歐洲光化學實驗室(204立方米)和美國北卡羅來納州立大學(300立方米),懷柔的這個實驗室若能利用600立方米的污染空氣進行試驗,比歐、美等國的實驗室容量都大了很多。
在研究大氣污染的科學界,基本有兩種研究方式,一種是直接對現實中的大氣污染進行研究,如2008年奧運期間,因為減排措施而污染物驟然下降的這個過程,成為了全球大氣物理科學家重點研究的“天然實驗室”。另一種方式則是在封閉的空間進行模擬試驗,這被稱為“煙霧箱”。在一個密閉的容器內注入不同的污染氣體,研究其在日照作用下的各種化學反應。
目前不少科學家仍在為弄清中國霧霾的成因而撓頭,盡管一些機構對霧霾的成因進行了一些研究和分析,并給出了相應的解析結果,但由于是大氣中的化學反應導致了霧霾中大多數細微顆粒的形成,目前對此現象還缺乏準確的理解。在過去幾十年里,科學界提出了用于解釋歐洲和美國霧霾的理論和數學模型,但很多人認為其并不適用于中國的城市,而未來在懷柔的實驗室,科學家們有望找到更為可靠的答案,通過把不同的污染物壓入兩個半球形容器內,研究人員將能夠在日照條件下細致地研究其化學反應,這種成對的箱體設計將使科學家能夠對比試驗結果。
不過,北京大學環境科學工程學院副院長謝紹東已經表示,研究“煙霧箱”是為治理空氣提供理論支持,但與空氣治理的實際操作并沒有太大關聯性,換句話說,光靠理論是無法“治霾”的。
人工除霾法試驗剛起步
在這個全球最大的霧霾實驗室建成前,北京的相關部門已經在開展人工消減霧霾的科學試驗。京津冀及周邊地區相關的工作組早已成立,主要負責京津冀及周邊地區防治大氣污染的人影(人工影響天氣)工作,包括科學組織實施人工增雨(雪)作業及人工消減霧霾試驗。
此前,中國氣象局已經出臺《貫徹落實(大氣污染防治行動計劃)實施方案》,要求到2015年全國各地氣象部門形成人工影響天氣改善空氣質量作業能力,在重污染天氣條件下能夠采取可行的氣象干預措施,組織開展人工影響天氣消減霧霾,改善空氣質量。
中國氣象局人工影響天氣中心負責人郭學良介紹,人工影響天氣消減霧霾的主要方式是人工增雨和人工消霧。目前人工增雨在我國各地氣象部門已經成為一項業務工作,應用范圍較廣,其對清除霧霾有較好的效果,但前提是必須有降水形成的條件。
我國是目前世界上最為廣泛地進行人工影響作業的國家。一直以來,北京的增雨體系主要著眼于增加降雨的水資源量,因此聯合了河北張家口、承德地區,建成了包含潮白河流域在內的約3.5萬平方公里的人工增水作業網,每年除開展兩架飛機增雨作業外,北京市目前建有29個火箭增雨作業點、22個高山碘化銀發生器增雨雪作業點,但在北京城區以及南部大興區,這樣的作業點基本不存在。因為南邊沒有水庫,沒有必要增雨,城里則根本不能建。
如今,減霾或將成為人工影響作業的一項新任務。
據了解,此前人工增雨目的主要是為了增加水資源或者對抗干旱,并沒有專門針對凈化空氣操作過,到底下多大的雨才能清除霧霾,都需要經過試驗評估,霧霾天氣一般天氣狀況比較靜穩,空氣流動性差,人工增雨作業的前提條件出現的可能性不太大。針對沒有人工增雨條件的霧和霾的混合體,只能通過物理辦法來消霧,在北京、四川雙流機場等地,都做了多年的消霧科研試驗,表明有一定的效果,消除冷霧的效果比消除暖霧更為明顯,不過消霧目前還沒有成為氣象部門的常規業務工作。
郭學良表示,針對空氣中全是灰霾、沒有霧的天氣,目前還沒有有效辦法來解決。這種情況下大氣干燥、水汽少,目前還沒有有效手段消除空氣中的污染物,需要探索和試驗新技術方法和手段。他表示,人工影響天氣過去主要是用于增加降水、減少冰雹災害等,要在消減霧霾、改善空氣質量方面形成業務能力,作為一項業務工作來發展,還需在管理上、技術上進一步完善。
人工來干預治標不治本
北京大學物理學院教授毛節泰對通過人工增雨作業減少霧霾的做法并不十分樂觀。他表示,按照現在北方地區的慣常做法,如果在冬春之際有人工增加雨雪的可能,一般都會進行增雨作業,目的都是保證農業生產。不過北京目前的情況是空氣濕度低,水汽不足,要想人工增雨難度很大,更何況是人工增雨消霾。
毛節泰介紹,只有天氣條件符合,比如空氣中的水分子含量較高,人工向大氣中拋灑碘化銀等試劑,才能有效地行云布雨,倘若空氣干燥,無形成降水所需要的凝結核,人工干預措施根本無法發揮作用,用簡單一句話來形容,人工干預天氣只能“錦上添花”,還做不到“無中生有”,如果老天不給機會,人們照樣玩不轉。
雨雪真的能除霧霾嗎?毛節泰說,人們的經驗是,雨后往往空氣變得清新了,但這不是雨水沖刷的結果,而主要是靠伴隨在降雨過程中的風,僅僅靠雨洗,沒有風吹,人工降雨消霾的效率應該不會太高,風是降雨過程中驅散霧霾的主力,人工降雨降雪只能造雨雪,不能造風,因此除霾效果并不很樂觀。
有研究人員曾對南京市區的一些氣象監測數據進行過分析研究,發現夏季在風速小、溫濕度大的天氣條件下,人工增雨的作用僅僅能在降水區域短時間內降低PM2.5濃度。而隨著時間推移,當日的PM2.5平均濃度不僅不一定會降低,反而有可能因為大量地面水汽的蒸發,氣溶膠難以擴散而升高。
據說中航工業研制的除霾無人機繼去年試飛成功后,近期有望在機場和港口展開試驗。這種無人機型便于攜帶催化劑和氣象探測設備進行消霧作業,可以在低播撒高度和低能見度時不受傳統作業的飛行安全限制,可起到短期內消除部分區域霧霾的作用。“霧霾中的PM2.5是最可怕的,消霧作業固然可能提高能見度,但PM2.5中的哪些粒子可以被消掉,哪些根本消不掉,這都需要認真研究。”毛節泰表示,現在人們正在做有關試驗,這種試驗是必要的,但要想看到效果,可能需要十幾年甚至幾十年的時間,急不得。
激光武器
激光武器是一種利用沿一定方向發射的激光束攻擊目標的定向能武器。激光武器有很多獨特的優點。首先,它可以用光速飛行,每秒30萬千米,這是其他武器不可企及的。它一旦瞄準,幾乎不要什么時間就立刻擊中目標。另外,它可以在極小的面積以極短的時間集中超過核武器100萬倍的能量,還能很靈活地改變方向,沒有任何放射性污染。
基因武器
基因武器是通過對具有群體遺傳特點的人體細胞、組織器官和機體系統,施加目標明確的化學或生物影響,使基因密碼出現差錯,從而達到殺人的目的。基因武器不易被發現,使對方防不勝防。因為經過改造的病毒和細菌基因,只有制造者才知道它的遺傳“密碼”,其他人很難破譯和控制。同時,基因武器的殺傷作用過程是在秘密之中進行的,人們一般不能提前發現和采取有效的防護措施。一旦感受到傷害,為時已晚,因為在此之前早已遭到基因病毒的侵襲,很難治療。
“納米”武器
隨著納米技術的不斷成熟,利用納米技術開發的微型武器將充斥未來戰場。如“納米衛星”“蚊子導彈”“袖珍飛機”“螞蟻士兵”等。納米武器實現了武器系統超微型化,使目前車載機載的電子戰系統濃縮至可單兵攜帶,隱蔽性更好,安全性更高;納米武器實現了武器系統高智能化,使武器裝備控制系統信息獲取速度大大加快,偵察監視精度大大提高;納米武器實現了武器系統集成化生產,使武器裝備成本降低、可靠性增強,同時使武器裝備研發、生產周期縮短。
天災武器
天災武器也稱為氣象武器,它是人工影響天氣和氣候在軍事上的應用,即利用人工影響天氣的方法,使敵對國家遭受水災、颶風、雹災、旱災和地震,給對方造成極其嚴重的損失。在越南戰爭期間,美國曾在越南進行過數次人工降雨試驗,造成局部地區洪水泛濫,使越南的“胡志明小道”泥濘難行,以阻止越南北方部隊南下和武器裝備的運輸,其效果要比動用轟炸機轟炸明顯得多。
信息武器
1958年,吉林省在全國率先開展了人工增雨作業,并首試成功,從此拉開了中國氣象史上人工影響天氣的序幕。1987年5月中旬,大興安嶺北部發生了森林大火。省氣象局長帶領作業人員汪學林、金德鎮、甘露林、李占柱等人連夜飛赴加格達奇機場,共飛行人工增雨作業5架次,作業區下風方增雨27毫米,為森林滅火起到了重要作用。1998年,吉林省成立了全國第一個人工影響天氣聯合開放試驗室,在技術、裝備、人才和科技科研等方面都有了長足發展。1999年夏,為解除深圳嚴重旱災,汪學林、金德鎮等選擇人工影響潛力大的云層和潛力區飛行作業16架次,使影響區內多次出現較大降水,各雨量點積累降水量均在100毫米以上,最大雨量達180毫米,一舉扭轉了嚴重缺水局面,受到當地政府的高度贊揚,并向吉林省政府致感謝信。2000年5月,長春旱情十分嚴峻,省人影辦會同長春市水利局,采用設立固定火箭及流動火箭點同時作業的方式,共發射增雨火箭彈16發,在石頭口門、新立城和雙陽水庫出現了3個雨量中心,增雨54%,直接增水1100萬立方米。21日,發射火箭彈31枚,增雨34%,緩解了旱情,創造人工增雨奇跡。2003年,吉林省又成為全國首個擁有人工增雨專用飛機的省份。2004年入春以來,吉林省糧食主產區旱情嚴重,對春播極為不利,氣象部門嚴密監視天氣變化,提前捕捉到有利于人工增雨的大好時機,實現人工增雨3億多立方米,基本解除了旱情。這次增雨間接效益估計可達20億元,得到了楊慶才副省長的贊揚。2007年1月下旬,第六屆亞洲冬季運動會前夕,吉林省降雪特少,全省平均降雪量僅為2.6毫米,比常年同期少67%,1月5日早早做好人工增雪作業準備的氣象人員,在北大湖滑雪場上游的取柴河鎮,增雪作業歷時13個小時,增雪量達9.8毫米,人工增雪作業大獲成功。
據不完全統計,每年吉林省通過開展人工增雨作業均可增加降水約10億立方米,人工防雹作業對近4萬平方公里范圍內的農田實施了有效保護,減少冰雹災害損失達上億元,為吉林省農業抗旱、城市居民用水、改善生態環境及重大社會活動保障等做出了突出貢獻。
提高綜合能力,加強基礎建設,保護生態環境,促進糧食增產
吉林省地處中緯度氣候脆弱區,自然災害頻發,尤以干旱冰雹災害對農業生產和人民生活的威脅最為嚴重。開展人工影響天氣作業50年以來,在吉林省委、省政府和中國氣象局的正確領導下,省人影辦始終把為“三農”服務作為人工影響天氣工作的重點內容,堅持面向社會需求,合理調整人工影響天氣作業布局,更新地面作業工具,建立人影作業指揮系統,使我省防雹作業和指揮能力得到很大提高。目前,全省已健全完善了省、市、縣三級人工影響天氣工作機構,并將專項經費納入各級財政保障。
全省共有增雨專用飛機1架,雙管“37”高炮194門,火箭發射裝置156部;在全省開展了人工影響天氣作業,建立了一支980多人的隊伍,有7個市(州)配備了氣象雷達;同時,加大了科研力度,增強了指揮系統建設,增強了人影作業能力,調高了作業科技水平。
近年來,吉林省人影辦與中科院大氣物理所、香港理工大學、山東大學合作,成功啟動了國家973項目觀測工作,配合國家自然科學基金重點項目,在吉林省1萬平方公里外場的觀測試驗平臺,組織了有方案設計的科研探測飛行,取得了大量寶貴的資料,為提高人工增雨作業效果分析奠定了基礎。同時,與吉林大學聯合研制出了“人工影響天氣的納米復合催化劑”, 實現了人工影響天氣新突破,項目總體達到國際先進水平。
與中科院大氣物理所聯合建立起了新一代中尺度ARPS模式系統,并進行了業務化試運行,對云霧物理的理論研究有一定的指導意義。此外,防雹減災專家系統、宏觀綜合參數系統、用衛星資料和地面站資料聯合估算全天候大氣和降水總量的分布特征和變化規律項目、衛星遙感技術在人工增雨效益分析中的應用、MM5中尺度模式嵌套三位冰雹云模式等研究項目,經專家鑒定有多項達到國內先進或部分達到國際先進水平,部分成果已推廣應用。
幾年來,省人影辦取得了納米復合催化劑生產方法、催化彈雙路傳火引信、人工影響天氣催化彈及發射器和新型吸濕性煙劑生產工藝等5項專利。此外,“北方層狀云人工降水實驗研究”獲“國家科技進步二等獎”;“吉林春季云雨資源分布及其人工影響潛力的確定”獲“國家科技進步三等獎”;“松遼平原飛機人工降雨指揮系統”獲“吉林省科技進步二等獎”。此外,我省人影業務人員在各級刊物100余篇。
根據“十一五”國家人影發展規劃的總體要求,為有效整合人影資源,降低各省、市飛機停場費用,解決各自為戰不能形成科學、規模化耕云作業的弊病,針對東北地區的天氣特點,2008年夏,吉林和遼寧、黑龍江、內蒙等省(區)聯合開展了跨區域飛機人工增雨作業,集中飛機資源,充分開發東北地區空中云水資源。共組織開展跨區域飛機增雨作業3次,增雨作業效果明顯。僅春季實施的兩次人工增雨作業就極大地緩解了吉林省旱情,使西部地區下了透雨,實現了春播未“坐水種”,僅此一舉就節約抗旱資金3億元。
吉林省是我國重要的商品糧生產基地,為確保國家糧食安全,吉林省政府制定了《吉林省增產百億斤商品糧能力建設規劃》,于2008年7月2日經國務院批準通過。吉林省水資源匱乏,全省平均水資源總量為399億立方米,人均占有水資源量1446立方米,耕地畝均水資源量666立方米,吉林省因干旱平均每年減產22.5億公斤。從1954至2006年,全省平均氣溫上升了1.6℃,平均年降水量減少了69.8毫米,水資源的嚴重缺乏使干旱程度逐年加重。
另一方面,吉林省處于空中水汽匯聚區,中西部地區空中大氣可降水量5000毫米左右,空中云水資源十分豐富。因此,開發空中云水資源,提高人工增雨的作業能力,增加水資源總量,提高水資源時、空配置能力,是解決水資源缺乏矛盾的有效途徑,對提高全省糧食生產具有重要意義。吉林省委、省政府對人工影響天氣工作高度重視,將人工影響天氣作業作為促進經濟社會發展的一個重要方面,加以優先發展;作為農業增效農民增收的有效手段,加以充分運用;逐步實現從傳統的以防災減災為主向開發和利用水資源、保護和改善生態環境等多領域轉變;從目前應急性抗旱向儲備性抗旱轉變;由旱季作業向有利于水資源調蓄的多雨季作業拓展;由旱區作業向江河、湖泊、庫區水域源頭作業拓展;由單一的為農業增雨向工業、城市用水等拓展。2008年省委1號文件把人工增雨工作作為發展農業和做好農村工作的重要基礎工作,并經國務院原則同意,將《空中云水資源開發工程建設》納入《吉林省增產百億斤商品糧能力建設工程》中,建設、推進力度進一步加大。
聽專家說,如果地球和太陽的距離再近1%,地球就是一個永恒的“火焰山”;如果再遠3%,地球就是一個永恒的“廣寒宮”。而現在的距離不遠不近,恰到好處。仰望那些孤寂荒蕪的星球,真是慶幸我們擁有多姿多彩的天氣、舒適宜人的溫度,慶幸我們與太陽之間有著合適的距離――所以不是距離產生美,而是合適的距離產生美。
增減衣服的智慧
其實換季和睡覺是一樣的:眼睛一閉一睜,一天過去了;冬裝一穿一脫,一個冬天過去了。
二八月(農歷),亂穿衣。大街上有人穿得單薄,有人穿得厚實,冬裝與春裝交相輝映。氣象節目的解說詞告訴我們:要根據天氣變化,隨時增減衣服。
曾經和一位中醫聊天,他覺得捂與脫相輔相成:捂,是關于一個季節內的戰略原則;脫,是關于一天內的戰術技巧。在這一季,人們要順應自己機體由冬藏到春生的變化而捂;在這一天,人們要順應天氣由冷到熱的變化而脫。多穿少穿的事情,在醫生的眼里蘊涵著玄妙的哲學意義。
幸福是等來還是爭來
有一次,奇怪地被一男性編導問及一個問題:“女人的幸福是等來的還是爭來的?”
拿天氣來說吧,有些雨是等來的,有些雨是人工降雨爭來的;沒有云彩時等一等,有云彩時爭一爭。
同理,相信幸福是宿命的就等一等,相信幸福是使命的就爭一爭。
眼里朦朧心中透徹
有位老先生對我說,前些天他和小孩子出游看遠山。當時霧氣彌漫,孩子抱怨:真倒霉,啥都看不清。”老先生卻想:“不同的分辨率呈現不同的意境,晴天看的是工筆,霧天看的是潑墨,都是上蒼為你定制的風景。
能把一些事情看清楚,需要視力;能把一些事情看模糊,需要眼光。眼里朦朧,卻往往心中透徹。
關于云層的感悟