第二章 秘密法则

要充满信心地解读天气征兆，首先要理解周围的情况。只有调动自己的感官，才能看出一个征兆是如何形成的。这一章要讲的，就是现象背后隐藏的逻辑。有些内容可能乍看起来有点难，但不要担心自己没法立刻掌握各种概念，因为在后面的章节中它们会反复出现，多看几次就熟了。一旦你走进自然，亲眼见过这些现象是如何发生的，抽象的概念就会变得亲切起来。我敢说，读完本章之后，你很快就能学会发现和解读天气模式，欣赏它们的美，并在接下来的人生当中保持这个习惯。

如何寻找阳光口袋

天气就像一锅汤，里面有温度、空气和水，太阳和地球的转动就像一根搅拌棒在不停搅动这一切。这锅汤的受热和混合永远都不均匀，所以每一天的天气都不一样。每种天气现象都可以分解成以下三个要素：温度、空气和水。我们越是熟悉这些要素和它们发挥的作用，就越是能读懂天气。我们先来说说温度。

冬天晒太阳最舒服了！在寂静、寒冷的日子里，大地结了冰，披上了一层星星点点的雪。这种时候，迎着阳光，感受它的温暖，谁不喜欢呢？这种快乐的源泉就是太阳辐射。

大家都知道，太阳的辐射能温暖我们的地球。一片区域所能接收到的辐射能越多，这个地方就有可能越暖和。在夏天的午后或者赤道附近，可想而知天气会又闷又热；而在寒冷的冬夜或高纬度地区，可想而知天气会让人瑟瑟发抖。

找一个寒冷的清晨出去晒晒太阳，然后看看周围，你就会发现地上的霜有的融化了，有的没有。再摸摸你身上的夹克衫，深色部分要比浅色部分更温暖——甚至有些烫手。但空气还是很清冷，你哈出来的气还是能结成白雾。

太阳辐射出能量，能量穿越空气，照射到你的脸上和衣服上，给它们加热，但各个部位受热并不均匀。你的脸能感觉到有一点点暖和，外套的深色部分会比皮肤更暖，浅色部分不如皮肤暖，空气就更不如皮肤暖了。大热天里，你肯定也感受过这种能量吸收的不均匀：一辆黑车和一辆白车并排停在一起，黑车的引擎盖会比白车的引擎盖烫得多。深色比浅色更能吸收太阳辐射。

寒冷的霜冻天里，我们也能找到温暖舒适的地方小坐。我们要找的是这样一个地方：能接收最多的阳光直射，能最大化地吸收能量，还要保证宝贵的能量不会散失掉。这就是寻找阳光口袋的技巧。山坡南面的林地是一个不错的选择：最好是找一片头顶有树枝的地方，低处的阳光能直接照射进来，正上方的天空也能被遮住。

在向阳的山坡上，一棵遮阴的树能起到三种作用。枝叶不仅能挡风，还能防止树下的地面积雪和结霜。这样一来，树下的地面颜色更深，就能吸收更多的太阳辐射。树枝还可以防止地面已经吸收的能量向上散失，就像把能量装进了一个口袋一样。你可能会觉得奇怪，天气那么冷，为什么不站在太阳底下，而是要躲在树荫下？但是，站在阳光口袋里和站在能晒太阳的开阔地方相比，体感温度区别相当大。在大冷天里，如果你需要在户外静止比较长的时间，找一个阳光口袋绝对划得来。动物们就很会找这样的地方。

当然，坐在凸出的屋檐下也有同样的效果。阿尔卑斯地区常常可以见到这样一幅景象：天冷得路上的行人都呼着气，呼出的白气在清冷的空气中缓缓地盘旋上升；而在屋檐下坐着读书的人们，则享受着温暖舒适的阳光。

我们身边时刻存在着各种辐射源。只要温度高于零下273摄氏度（绝对零度），任何物体都能放射出肉眼不可见的红外辐射能，这能量来源于太阳。地球上一切物质的温度都远远高于绝对零度，所以它们都在向周围辐射能量。你手中的热饮、脚下的大地、几百米开外的树都能辐射出让你感到温暖的能量。当然，有1亿多千米开外那个温度超过5 000摄氏度的火球慷慨地散发着大量能量，相比之下，我们周围的辐射根本微不足道，但它们确实存在，而且会对周围的环境产生影响。

每一种环境都有自己的热量特性，有一套通过辐射吸热和散热的方式。上一章中提到，我在那片寒冷的欧石南荒原里感到了一阵恶寒。欧石南荒原是一种散热特别快的地形，所以这里的水坑结冰了，别处的却没有。

热辐射很难用视觉去感知。白天，它跨越1亿多千米的距离，穿过宇宙的真空，使地球升温；夜里，它又从冰冷的大地散发出来，回到宇宙。要想更好地了解热辐射，让我们先花点时间了解它的伙伴——比如霜和露水出现的规律。

冰刀子，温勺子

热量从一个地方转移到另一个地方，还有另一种非常简单和常见的形式。当一个热的物体和一个凉的物体发生接触，热量就会从热的物体转移到凉的物体。物体的分子在不断振动，因此物体发生接触后，它们的分子也会出现碰撞，在这个过程中传递了热量。这就是热传导。

不同物体的导热性也不同。金属的导热性比较好，木材就不太行。所以，一把金属刀子和一把木头勺子放在同样温度条件下的同一个厨房抽屉里，金属刀子摸起来要比木头勺子凉。这是因为，你指尖的热量能迅速转移到金属刀子上，让你感觉冰冰凉，木头勺子就不会产生这种效果。

水的导热性比空气好。在寒冷但依然舒适的空气中散步本来没什么问题，但如果在这种情况下落水，就会变成生死攸关的大事，因为你的体温传导到水中的速度，要远远大于传导到空气中的速度。睡袋能保暖也是类似的原理，它使用的材料导热性非常差，能阻止身上的热量传导到冰冷的地面或空气中。

如果你有机会在外面过夜，并且直接睡在地上，你大可做个实验感受一下。石头的导热性比沙子更好，沙子的导热性比泥炭更好。每种土壤的导热性都不同，这和土壤中的水含量有很大关系。

野猪在这一点上就很聪明。它们发现蚁冢的导热性非常差，所以会破坏蚁冢，把它做成“保温毯”。关于热传导，我们就先说到这里吧，因为它主要影响的是我们体感的天气，而不是天气本身。

种子、蛛丝和翅膀

因为暖空气会膨胀，所以它的密度比冷空气更低，从而上升，飘到冷空气之上。篝火冒的烟和烧水壶冒的水蒸气也会飘到温度更低的空气之上。这就是我们要讲的第三种热量转移的形式——热对流。

还记不记得上文中提到过，阿尔卑斯地区的行人呼出的白气会盘绕着上升？因为人体的平均温度在37摄氏度左右，基本上总是比周围的空气更暖。所以天冷的时候，人呼出的白气就会飘到我们的头顶之上。

空气是透明的。所以热对流和热辐射一样，通常不可见，但无处不在。太阳一出来，热辐射就导致大地升温，靠近地面的空气就开始被加热，然后上升。当一团暖空气通过热对流方式上升，它就成了热气流。热气流的宽度从几米到几百米不等。

早期的飞机很脆弱，每一次起飞都是一场冒险。那些本来就肾上腺素飙升的飞行员最不想遇见的就是湍急的气流，所以他们倾向于在天刚亮的时候起飞，那时太阳还没晒热地面，热气流还没产生。如今，飞机制造水平已经有了长足的发展，因此对于现在的飞机来说，热对流几乎算不上什么威胁。但在飞机起飞和降落时，乘客们还是能感受到颠簸。飞机穿越低云层时，乘客能感受到的轻微的晃动就是因为遇到了热对流。

在一天当中的不同时段，地面的光照情况也不同：因为太阳是从东边升起的，所以东边的山坡比西边的山坡更早受热。越是温暖的区域，产生的热气流就越强。这和一个地方的地形有关，也和时间及光照角度有关。一座小山能挡住一片山谷，让阳光直到下午才能照进山谷来。有光照的时候，山谷里的树林、小河、田野、小镇和湖泊的采光情况都不一样。颜色深的干燥区域比颜色浅的潮湿区域受热更快。制造热气流的是太阳，但决定气流从何处升起的，是地形。

18世纪有一位叫吉尔伯特·怀特的博物学家，他的观察总是细致入微，比如“秋天天气好的时候，小蜘蛛成群聚集在田野里，它们从尾部喷射出蛛丝，随风飘荡，任凭比空气还轻的身体在空中飞舞”。到了19世纪30年代，查尔斯·达尔文也注意到类似的现象，在他乘坐的“小猎犬号”上有蜘蛛落下来，可当时他们的船已经从阿根廷出发航行了100千米。那些蜘蛛不像怀特说的那样比空气还轻：“它们在飞，乘着‘热气球’飞，它们用蛛丝当风帆，搭上了热气流的顺风车。上升气流甚至能载着蜘蛛飞越大陆，但对蜘蛛来说，比这短得多的旅程就足够了。秋天的时候，你能看到这些蛛丝风帆落在草坪上，就像一块块白花花的补丁。”蜘蛛最有可能喜欢这样的天气：阳光明媚，微风非常轻柔。有趣的是，有证据表明，如果地表太热、热气流太强，蜘蛛就会选择等待，直到天气条件温和一点，它们才会启程。

至少一个世纪以前，动物行为学家们就已经发现鸟类的体重、热气流和一天当中的时间段之间存在关联。猛禽会借助热气流上升。如果你在晴天看见一只鸟绕着同一片茂密的林地盘旋，一边盘旋一边不断升高，那就说明它在利用热对流。日出时分，太阳光还不足以造成热气流，但随着上午慢慢过去，地表升温，热气流就开始出现了。鸟的体型越大，就越是需要强烈的上升气流。所以在通常情况下，我们可能会看到体型更小、体重更轻的猛禽比更大的猛禽先开始盘旋。我喜欢把这个现象当成一种“生物钟”，盘旋的鸟转了一圈又一圈，鸟的体型越大，说明时间越晚。盘旋的鸟标示出了上升气流的方向，也标示出了下方的温暖地表。

当第一缕天光亮起，热气流的强度还不够最小的猛禽开始爬升时，还有蜻蜓在利用微弱的气流。蜻蜓没法起飞的时候，还有种子在乘风飞翔。很多结出风媒种子的植物要依靠热气流繁衍生息。重力总是试图把种子拉扯到地上，但是种子们只有飞离父母的树荫，才能活下来并生根发芽。它们不能自主产生动力或爬行，所以，热气流的存在与否，决定了种子会掉在离家很近的地方，还是来到一个新地块成功开始新生活。

好在种子的旅程并不难观察，只不过要有合适的光线。如果你来到一间黑暗的房间，里面只有一扇小窗户能照进阳光，那么在阳光所及之处，每一颗在空中飞舞的细小灰尘都清晰可见。在自然中也是一样。找两棵枝叶密实的树，在它们的缝隙之间寻找一缕细细的强光，这个办法很管用。除了寻找光线最合适的地方，你还得用心去发现风媒种子。每年到了特定的时间段，空气中就会飘满种子，那些可怜的花粉症患者就是证据。那些最大、最蓬松的种子最容易看到，比如千里光属植物的种子。种子的种类并不重要，只要它是肉眼可见的风媒种子，就能帮你标示出最最微弱的气流。

多观察种子的飞行，你就能看出它们是怎么乘着微风侧向移动的。这个现象很有趣，我们稍后还会在第十四章《树》里讲到。现在，我们先展开说说无风天的情况。仔细观察种子的飞行轨迹，你就会发现在某个时刻，种子突然开始了明显的爬升，越是接近垂直的爬升越适合观察。它就像是踏上了一段空中台阶，这就是热气流的杰作。仔细看看这个位置的正下方，种子怎样以及为什么进入了热气流这个谜题也就迎刃而解了。这块地很有可能采光良好、颜色比较深，或者比附近的地面更干燥，所以它更温暖。

恭喜你，你已经踏入了一片未知领域。毫无疑问，通过观察一粒种子和一片小小的热气流，你一定会成为史上第一位在某一小块地上观察到气流的人。

湿气的痕迹与饱和空气

把一块冰放在太阳底下的桌子上，谁都知道接下来会发生什么。冰会从固态转化为液态——它融化了。再把它放上几个小时，桌子上可能就连液态水都不剩了。水再一次改变了形态，从液态变成了气态。这次它蒸发了，变成了水蒸气。有些冰块会跳过中间这一步，直接升华，从固态变成气态。不过，我们接下来要讲的可不止这些。

上面这种水的变化过程如果反过来，也经常发生，但大家不那么常观察到。很少有人能说，自己观察过水结成冰的过程。但是，气态水凝结成水雾的过程却相当常见，比如天冷的时候我们哈出的白气，一杯热咖啡上的白雾，或是汽车尾气里的白雾。水转变形态的时候，会发生很多有趣但通常被人们忽略的事情。

其中，水从气态到液态的凝结过程，对天气观察者的意义最重大。地球上所有的空气都携带有一定量的液态水，就算是在最干旱的沙漠里，也没有完全干燥的空气。空气温度越高，它所携带的气态水（也就是水蒸气）越多。空气中的水蒸气含量达到最大值，就意味着它“饱和”了。空气中的水蒸气增加，或者空气的温度降低，以至于它不能再携带更多水蒸气时，空气的湿度就达到了饱和。这时，水蒸气会凝结为液体，变成我们肉眼可见的形态：云、雾和湿气。肉眼可见的水，一定是液态或固态。气态水，即水蒸气是不可见的。

这个过程反过来也是一样：如果空气变干燥或温度升高，雾或云就会消失，变成透明的水蒸气。我们每次看到云开雾散，就是在观察水的这个变化过程。

使空气冷却达到饱和的温度，叫作露点。空气的含水量越大，露点就越高，反之亦然。也就是说，湿度很大的空气只要稍微一降温，就可以形成云，但在干燥的天气里，足够云形成的温度要低得多。

在寒冷的日子里，雨过天晴后，找找看植物或者路面上升起的湿气吧！阳光导致雨水升温，雨水蒸发变成了水蒸气，肉眼不可见。但水蒸气升起来以后，很快又被冷却，达到露点并使空气饱和。于是，水蒸气凝结，重新变成了水，我们因此也就看到了湿气盘旋上升的痕迹。

总之，温度是关键。温度下降时，水蒸气更有可能变成可见的水。大冷天的早晨，池塘上会冒出水雾，但热天却不会起雾。

稳定性：翻滚的苹果

每天早晨，我都会望着天空问自己：“今天的大气稳定吗？”这个习惯很重要，只需花上几秒钟，你就能获得很多信息。一旦吃透了观察方法，它就会变成本能。看完这一节，你就知道该怎么做了。

大自然中有很多特定模式，会在稳定期和不稳定期交替出现。举例来说，假如兔子的数量增加，那么它们的捕食者（比如狐狸）就会生活得更好，繁殖得更成功，从而导致更多兔子被吃掉。因此，兔子的数量会下降。如果狐狸吃掉的兔子过多，兔子数量骤降，狐狸就要饿肚子了。于是，兔子的数量就会开始回升，开启新一轮循环。在这个模式里，兔子的数量可以说是基本稳定的，一旦有任何改变发生，随之引起的一系列改变就会让事态尽量恢复初始状态。但如果环境中出现一种传染病，害得所有狐狸都死光了，那么在接下来的一段时间里，兔子的数量就有可能失控，种群数量就会变得不稳定。

在稳定的系统里，变化一旦发生，就会有另一股力量抵消这种变化。在不稳定的系统里，一个变化会引发更多的变化，造成连锁反应，最终导致更大的变化。如果用一个不够严谨的说法来定义不稳定状态，那就是：一个小变化，就能让全局失控。

我们在家里就能做一个关于稳定性的实验。首先，把一个大碗放在厨房台面上，然后将一个苹果放在碗底。沿着碗边轻轻向上推苹果，然后松开手，苹果会滚回一开始的地方。哪怕你推上一百次，这个“系统”也会回到一开始的状态。这就是稳定的系统。

接下来，把碗翻过来，将苹果放在碗底。再轻轻推一下苹果，它就会快速滚落，先是沿着碗的外沿，然后是沿着厨房台面，最后是沿着地板。只需轻轻一推，混乱就会接二连三地发生。这就是不稳定的系统。

大气既不是稳定的，也不是不稳定的。要理解这句话，就得先弄明白潜热的概念。我认为，潜热的释放对天气影响巨大，却很少有人知道。在我看来，这是最简单、最强有力的天气征兆之一。它需要一点时间才能破解，不过一旦适应之后，我们便可以理解它的成因和它给天气带来的影响。这样一来，我们就能当场判断自己周围的天气系统处于稳定还是不稳定状态，以及其中的理由。我们最好学会掌握这个技能，它绝对值得你花些功夫。

潜热：湿乎乎的毯子

能量可以转移，可以转变形态，但不会消失。总能量的值始终是恒定的。这是宇宙的公理，谁也无法打破。

气态水比液态水能量高，液态水则比固态水能量高。因此，水蒸气凝结成水或水结成冰的时候，能量差额应该会转移到别的地方去。实际上，能量差额是变成热量释放到空气中了。这些热量有个名字，叫作“潜热”（英语latent heat，来源于拉丁语词latere，字面意思是“潜伏”）。当冰融化成水或水蒸发成水蒸气的时候，潜热则会被水吸收。

液态水的最低温不低于0摄氏度，最高温不高于100摄氏度[1]。这两个温度之所以是定值，就是因为水的形态发生改变时，能量差额都被形态转换的过程消耗掉了，即用来把沸腾的水变成水蒸气，或把冰变成水。能量差额没有被用来改变水的温度。

假设你面前有个大碗，里面装着水和许多冰块。测量一下水的温度，它一定会是0摄氏度。你可以稍微给大碗加热一下，让冰融化；或者把大碗放在冰箱里冻几分钟，让更多水结成冰。但在这两种情况下，碗里水的温度都不会变，始终是0摄氏度。同理，如果继续加热已经沸腾的水，你只会得到更多水蒸气，而不是温度更高的水。如果哪份食谱上写着让你用大火煮，那就不要浪费你的燃气，因为水再怎么煮也不会超过100摄氏度，大火煮久了只会把厨房弄得雾气腾腾的。

好了，接下来我们看看，这些原理到底和我们观察到的天气征兆之间有什么关系。当空气饱和并开始凝结时，云就产生了。也就是说，在这个过程中，能量会以热的形式被释放出来。云的形成其实会导致空气升温。我们知道，热空气会膨胀，密度会降低。所以，云的形成会释放热量，引起空气变暖，密度降低，进而创造出了更有利于空气上升的条件。空气上升会导致空气进一步膨胀和降温，使更多空气达到饱和，更多云开始形成。云形成的过程中，水蒸气释放出来的能量会继续推动这个循环。

理论上说，这个过程可以一直持续下去。但在大多数情况下，云形成释放的潜热不够，这个过程很快就会结束。这种情况下形成的云，宽度大于高度。有时候，云释放的潜热足够，且循环所需的热量可以实现“自产自销”，这种情况下形成的云，高度就会大于宽度。如果这个过程持续下去，就会愈演愈烈，随之而来的天气现象，就被我们冠名为“雷雨”。

云形成时释放出来的热量是恒定的，那为什么有些云长得又高又凶险，有些云却更扁更平静？关键就在于大气温度如何随着海拔发生变化。空气随着海拔升高而降温的速度，如果大于云在上升和扩散过程中的降温速度，云体就会持续长高。这就是所谓的“不稳定大气”。只要温度较低的空气下方有暖空气，大气就会不稳定。如果空气只是随着海拔的升高逐级降温，那云只会长高一小段，然后停下来，变得平坦。这就是稳定的大气。

因为空气是透明的，我们没法用肉眼看出大气稳不稳定，但云为我们标示出了大气的状态。如果长成的云直上云霄，高度远远超过宽度，且没有明显的触顶倾向，大气就处于不稳定状态。苹果就要开始翻滚了。云里出现的任何一个征兆，几乎都和大气的稳定性有关。

至于不稳定的大气，大家肯定都见过。比如在湿热的夏末午后，我们感觉天气马上就要“爆发”的时候就是这样。干热的天气从来都不会给人这种感觉。我们间接感受到的就是潜热的力量。温暖潮湿的空气上升后凝结，形成了云。因为空气过于湿润，凝结现象太严重，释放出了大量潜热，就像是火上浇油：云继续长高，酝酿着一场暴风雨。

闷热的一天过后，你有没有过这种感觉，就算到了晚上，天气也还是这种不舒服的湿热状态？这其实是一个天气征兆，我给它起名叫“湿毯”。

空气非常潮湿的时候，夜晚也不太可能会突然变凉快。这是因为水蒸气中的潜热给降温过程踩了个刹车。潮湿的空气一旦开始冷却，气温就会很快达到露点，水蒸气开始凝结，释放出足够的潜热，阻止气温过度下降。水蒸气里的潜热形成了一张湿乎乎的毯子。

玻璃天花板

你有没有发现，有时候云的长高戛然而止，就像碰上了一块看不见的天花板一样？

通常情况下，海拔越高，大气的温度越低。这个规则仿佛理所当然，就像积雪总是会出现在山顶，而不是山脚下一样。但它并不适用于所有情况。有时候，一层暖空气会挡在低温空气上方，就像给下方的空气罩上了一顶帽子。

因此，如果空气在上升时碰到一层暖空气，就会突然停止上升。这层玻璃天花板名为“逆温层”，下方的空气会被拦住并向四周扩散。这层平面上的大气处于超稳定状态。

这种现象很常见，而且能在多个不同的平面上发生。也许你已经见过它了。俯瞰一片山谷，会看到里面飘浮着一层平坦的雾，或者看到一片雷雨云的顶部向四周散开，这些现象都是逆温层在发挥作用。