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人工降雨。把天上的水实实在在的降到地面上来,不让它白白地跑掉,这就是人工降雨。人工降雨有空中作业和地面作业两种方法,空中作业是用飞机在空中播撒催化剂,地面作业是利用高炮、火箭从地面发射炮弹在云中爆炸,把炮弹中的碘化银燃成烟剂撒在云中。
火箭在到达云中高度后,碘化银开始点燃,随着火箭的飞行,沿途燃烟播撒。飞机作业一般选择稳定性天气,才能确保安全。一般高炮、火箭作业较为广泛。而人工降雨是有充分条件的,以上的暖云中要有大水滴,0℃以下冷云中要有冰晶,没有这个条件,云层条件再好,也不会下雨。如果在云中制造适量的冰晶,就会破坏云层的稳定结构,有可能产生降雨。基于这个原理,人们又通过飞机、高炮、火箭,利用制冷剂,使云体局部冷却而生成冰晶,或者引入碘化银等人工冰核。由人工冰核产生冰晶,以达到降雨目的。
人工降雪。天上的水蒸气变成雪降到地面,必须具备两个条件:一个是必须有一定的水汽饱和度(主要与温度有关),另一个是必须有凝结核。因此,人工降雪时天空中必须有云。能下雪的云有0℃水汽凝以下的“冷云”,在冷云中,既有水汽凝结成的小水滴,也有水汽凝华而成的小雪晶,但它们都很小很轻,倘若不存在继续生长的条件,它们只能像烟雾尘埃一样悬浮在空中,很难落下来。我们在冬天经常看大块大块的云,就是不见雪花飘下来。因为组成这些云彩的雪晶太小,克服不了空气的浮力,降水能力差。如果在云层里喷洒一些微粒物质,促进雪晶很快地增长到能克服空气的浮力降落下来,这就是人工降雪的功劳。
摘要:本文主要分析了当前农村初级中学学生学习心理障碍,有来自社会现实因素的影响,有来自家长认识上的偏见,导致学生厌学情绪的产生。在当前形势下,教师应与时俱进改进教学方法激发学生的学习兴趣,使学生爱学、乐学,学有所得。文章紧扣教材就在物理教学中如何激发学生的学习兴趣,提高学生的科学素养,通过几个比较切合生产生活实际的例子进行了阐述。
关键词:物理教学;科学知识;激发;兴趣
当前国家已普及九年义务教育,曲靖市委、政府要求师宗县在2010年要率先普及高中教育,这已成为当地政府和教育部门即将实现的目标。应该说初中毕业能否升学对大部分学生将不再是最大的问题,但是社会的发展进步在促进物质文明和精神文明的同时也带来了很多消极因素:网络时代的到来,加速了多元文化的涌入,各种思潮和社会现象的衍生,在市场经济大潮的冲击下学生的思想价值观逐渐呈现多元化的态势。我所执教的是乡镇初级中学,大多数学生来自农村,家长的文化素质普遍不高。有部分家长认为“读书无用”,他们是这样认为的:孩子从小学入学开始到大学毕业累计要花费上十万元的费用抚孩子读书。到头来大学毕业还是很难找到工作,倒不如让孩子识几个字就去打工挣钱。从客观上说:当前社会就业的形势确定非常严峻,另一方面农民工进城打工大多数从事的是建筑、餐饮、家政、环保等体力劳动,对文化素质的要求并不高。这些现实导致不少初中学生无远大的理想,在校学习态度不端正,学习积极性差,对读书缺乏兴趣。拜金主义、享乐主义、好逸恶劳,厌学情绪严重。这对中学教师的教学带来了很大的阻力,普遍教师感觉九零后的学生真是难教。教师要提高教学的效益,就不仅仅是让学生升学的问题,一个既重要而紧迫的任务就是要想办法提高学生学习的兴趣。作为物理教师就要想办法,使学生爱学物理、愿学物理。让学生在初中阶段多获得一些对今后的生产、生活有价值、比较适用的知识。这就要求教师广开思路,扩宽知识面,提高自身素质,不断更新自己,具有广泛而扎实的知识,跟上时代,找到适合和适应于当代学生的教学手段来教书育人。我们作为农村初级中学的教师应多深入农村了解生产、生活的实际,阅读百科全书,上网查询相关资料,随时将教学中的理论知识与学生的实际需要相结合,让学生爱听、乐学。只要学生感受到老师所传授给他们的知识和技能将来有助于提高他们的生产技能,改善他们的生活质量,就会使更多的学生对物理学科产生浓厚的兴趣,兴趣是最好的老师,难教就会变成易教。我在农村初级中学从事物理学科的教学已有十余年的经历,就如何培养学生学习物理的兴趣作了一些探索,下面就几个案例谈谈自己的做法:
案例1:人教版八年级物理第四章物态变化,学生学习了物态变化的六种方式后,老师引导学生用所学的知识来分析人工降雨的基本原理,因为人工降雨对农业生产有很大的作用。
近两年的初春,我市出现了连续近两个月都没有降雨的干旱天气,严重威胁到我市的农业生产,农业和气象部门启动了应紧预案实施人工降雨,人工降雨的原理是什么?
引导学生分析:人工降雨是让积雨云中的水滴体积变大掉落下来。要让积雨云中的水滴体积变大,就要人工使用催化剂。我国人工降雨的催化剂主要有两种:一是干冰(固态CO2)二是碘化银(AgI)。用飞机在空中喷洒干冰,干冰遇到水蒸气升华从周围吸收大量的热量,使周围的水蒸气温度降低液化凝结成水滴降落到地面;或者部分水蒸气凝华成小冰晶,小冰晶在下落过程中熔化形成降雨。用高炮将含有碘化银的炮弹打入含有大量积雨云的高空,碘化银在空中扩散使云中的小水滴迅速凝集达到一定的体积后降落。
教师通过人工降雨的分析,复习巩固了相关的物态变化知识,如:升华、凝华、液化、熔化等物态变化又切合生产生活的实际,体现了学以致用的理念,培养了学生将科技服务于人类的意识变枯燥为有趣,很好的激发了学生学习物理的兴趣。
案例2、九年级物理第十六章热和能第二节内能“STS”。
如果教师照本宣科的进行讲授,学生不易理解人类活动与地球温室效应的关系,一知半解就会感到枯燥乏味,失去兴趣,对这部分内容可以结合学生所学的知识这样分析:由于生产生活大量燃烧:煤、石油、天然气,汽车、炉灶、飞机、火力发电厂等排放的二氧化碳太多不能完全被绿色植物消耗,过量的二氧化碳气体包围在整个地球的周围,使地球上产生的热量难于向宇宙中散发,致使地球的温度逐年升高。地球温度的升高带来了严重的危害,地球的温室效应,是造成厄尔尼诺现象的直接原因,使生态失去平衡农作物病虫害严重,增加了农药的用量。农药的大量使用,污染环境危害人体健康,同时使农民的生产成本提高;地球气候异常,导致一个半球暴雨成灾,另一个半球干旱少雨;地球南北两极冰雪融化,使海平面上升,浸没城市,企鹅和北极熊涉临灭绝。联合国正在推动发达国家和发展中国家都来承担相应的责任和义务达成一个新的国际气候变化框架协议,签署《京都预定书》,以保护我们共同的家园。
教师通过这样的补充讲解,能开阔学生的视野,使学生认识到各种看似孤立的现象之间也存在联系,对经常在电视新闻中听到的“厄尔尼诺现象”、《京都预定书》有一个了解。这些知识有助于学生理解生产生活中遇到的问题。如:冬季雪凌少的年份,夏季农作物和果树的病虫害会比有雪凌的年份严重。因为这些害虫卵没有被冻死,夏季将会大量繁殖。学生会把这些有趣的现象与生产生活中的实际相联想,破解困惑自己的难题,及时帮助家里做好庄稼的防虫减灾准备,这样他们就会感受到物理是有用的,从而产生了学习物理的兴趣。
案例3:初三下学期进入复习课,复习课是很难上的,你老师站在讲台上讲,学生他不一定在下面听,往往是事倍功半。如何将枯燥的复习课上成学生真正参与其中互动,并达到巩固提高的目的,这是我们毕业班的每位教师值得去探讨的现实问题。
我在复习八年级物理下册第十章电磁波的相关知识时,在教材上科学世界介绍了微波炉的相关知识,在这里由于是复习课学生已有了分子动理论的基本知识。将两部分的知识结合起来复习有新意,学生就会感兴趣,复习效果也会好一些。我是这样引导的:微波炉产生的电磁波能使食物的分子运动加剧,相当于是电磁波给食物内的分子补充能量,分子运动速度加快,分子的动能和势能都会增大,这样物体的内能就增加,温度迅速升高,因此易于把食物煮熟。同学们想:普通的炉具是热量是从外部通过热传递把热量逐步送到食物内部达到煮熟食物的目的,而微波炉的热量是直接深入食物内部加热,当然速度快、效率高。在这里将电磁波和分子动理论的相关知识衔接起来,学生听起来就会有“新”的感觉,从而有了兴趣。
在这里我想到自己所面对的学生大多数是来自农村,在农村目前微波炉并不是很普及。但是电磁炉的普及程度高,学生有使用电磁炉的实践经验可结合介绍一下:电磁炉打破了传统的明火烹调方式,采用磁感应电流(又称涡流)的加热原理。电磁炉是通过其内部电子线路产生交变磁场,当把铁质锅具放置炉面时,锅具即切割交变磁感线而在锅具底部产生交变电流(涡流),涡流使锅具内铁分子高速无规则运动,分子相互碰撞,摩擦而产生热能。由于电磁炉的热源来自锅具底部而不是电磁炉本身发热传递给锅具,所以电磁炉升温快、效率高、无明火、无烟尘、无有害气体,对周围环境不产生热辐射、体积小、安全性能好等优点是一种绿色炊具。在此也可跟学生交流一下,怎样根据家庭的实际需要和具体情况购买合适的电磁炉。
在这里将分子动理论:热量——内前——温度——电与磁:磁生电——电生磁等相关知识有机的结合起来复习,让学生进一步理解知识的内在联系,有利于培养他们将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识,也让学生初步懂得了一些家用电器的常识。
物理学研究的是力、电、光、热、声等方面的现象,在教学中不论涉及到那块知识,都能将教材内容与生活、生产的实际相结合,如:光学中透镜知识涉及到眼睛的保护和视力的矫正;声学中声音的感知与助听器原理;力学中杠杆的应用与自行车都是很好的案例。
一、违法人工增雨行为所致损害应适用行政赔偿。
笔者认为,根据《气象法》和《人工影响天气管理条例》的有关规定,县级以上气象主管机构享有行政处罚权,应属其同级政府的一个职能部门,其性质应定为行政机关。人工增雨作为人工影响天气作业中的一种,是在各地政府的领导与协调下,基于本地区的公益事业,由气象主管机构指挥实施的行政行为。《气象法》第29条规定:“违反本法规定,不具备省、自治区、直辖市气象主管机构规定的资格条件实施人工影响天气作业的,或者实施人工影响天气作业使用不符合国务院气象主管机构要求的技术标准的作业设备的,由有关气象主管机构按照权限责令改正,给予警告,可以并处十万元以下的罚款;给他人造成损失的,依法承担赔偿责任;依法追究刑事责任”。从中可以看出,违法作业将导致三种责任:刑事责任、行政处罚责任和行政赔偿责任。其中对于经济损失的赔偿是以违反法律规定实施人工增雨造成损失为前提的。此种赔偿是基于行政行为违法性而生的行政赔偿。对于不存在违法事由而产生的损失,法律没有规定其解决方法和途径。根据《人工影响天气管理条例》的规定,人工增雨作业的实施需经过审批,因此其实施多属合法。既然不违法,受害人就无权请求行为人给予行政赔偿。人工增雨行为是为当地公共利益实施的公益事业,或为解除农业旱情,或为降低酷暑高温。公众在因政府行为受益的同时,却有个别人为此作出额外的牺牲(有时这种牺牲甚至超过了受害人的承受限度),并无从获得救济,这显然有悖社会公正。
二、合法人工增雨作业所致损失的承担。
美国上世纪70年生过这么一起案件:南达科他州一所大学进行了人工降雨的试验,当天当地出现了特大暴雨并引发洪灾,造成很大损失,该大学被起诉。这场诉讼的关键在于判定暴雨是否系人工降雨引起。最后科学家一致认定人工增雨的作用不足以引发暴雨和洪水,大学不承担责任。无独有偶,今年7月25日中午12点左右,苏州突降暴雨,狂风掀翻了苏州某厂生产车间的彩钢板屋顶,车间生产的光学镜片一经雨淋即报废,虽工人立刻抢救,但大部分镜片还是报废了,企业损失达九万元左右。企业报请保险公司理赔,保险公司经查证认为当天暴雨很可能系邻市进行的人工增雨作业所致,从而引出了损失如何赔偿的问题。笔者以为,损害后果可以从以下三种途径获得解决。
(1)受害人自己有过错的,应按过错大小承担相应的责任。人工增雨有严格的操作程序,其中之一便是需提前向公众预告。受害人在知悉预告后未积极采取预防措施,或者在灾情发生后未积极防止损失扩大的,应负相应之责。
(2)保险公司在承保范围内承担相应责任。一如美国科学家一致认定人工增雨的作用不足以引发暴雨和洪水,在现有的科学技术条件下,人工催化增加的降雨量一般仅为10%-20%,因此灾害的发生主要还是自然作用的结果。保险公司对于属于其承保范围内的投保人损失,应当依照保险合同的约定给予相应的保险金赔偿。上述苏州某厂镜片遭雨淋报废等损失,如果当天的雨情达到其承保的“雷击、暴雨、暴风、龙卷风、雹灾”标准之一,保险公司就应当承担合同责任。法律虽然规定了气象主管机构进行人工影响天气作业的预先公告义务,但现有的科学技术使气象部门尚不能精确界定催化作业的具体后果,不能预见其作业所致损害将延及作业区外,从而无法要求其负起在作业区外进行预告的义务。因此,对于损失的发生,气象部门并无过错,不能责令其承担赔偿责任。在此情形下,若是损害后果的发生确定系人工增雨作业引起,应当求助于行政补偿,通过公共负担平等的原则补偿受害人的损失。
()必做1 某人居住在城镇的A处,准备开车到单位上班,若该地各路段发生堵车事件都是相互独立的,且在同一路段发生堵车事件最多只有一次,发生堵车时间的概率如图1(例如ACD算两个路段:路段AC发生堵车事件的概率为,路段CD发生堵车事件的概率为).请你为其选择一条由A至B的线路,使途中发生堵车的概率最小.
图1
精妙解法 由A至B的线路有三种选择:ACDB,ACFB,AEFB. 按线路ACDB来走,发生堵车的可能包括:三个路段中恰有一个发生堵车,或恰有两个发生堵车,或三个均发生堵车,其反面为三个路段均不发生堵车事件. 故途中发生堵车的概率为:1-1-・1-1-=. 同理,按线路ACFB来走,途中发生堵车的概率为:1-1-1-1-=;按线路AEFB来走,途中发生堵车的概率为:1-1-1-・1-=. 由于>>,故选择ACFB的线路,途中发生堵车的概率最小.
()必做2 某市有A、B两所示范高中响应政府号召,对该市甲、乙两个教育落后地区开展支教活动. 经上级研究决定:向甲地派出3名A校教师和2名B校教师,向乙地派出3名A校教师和3名B校教师. 由于客观原因,需从拟派往甲、乙两地的教师中各自任选一名互换支教地区.
(1)求互换后两校派往两地区教师人数不变的概率;
(2)求互换后A校教师派往甲地区人数不少于3名的概率.
精妙解法 (1)记“互换后派往两地区的两校的教师人数不变”为事件E,有以下两种情况:
①互换的是A校的教师,记此事件为E1,则P(E1)=・=;
②互换的是B校的教师,记此事件为E2,则P(E2)=・=. 则互换后派往两地区的两校的教师人数不变的概率为P(E)=P(E1)+P(E2)=+=.
(2)令“甲地区A校教师人数不少于3名”为事件F,包括两个事件:“甲地区A校教师人数有3名”设为事件F1;“甲地区A校教师人数有4名”设为事件F2,且事件F1,F2互斥. 则P(F1)=・+・=;P(F2)=・=. 甲地区A校教师人数不少于3名的概率为P(F)=P(F1)+P(F2)=+=.
()必做3 已知函数f(x)=x3-(a-1)x2+b2x,其中a,b为实常数,
(1)若任取a∈{0,1,2,3,4},b∈{0,1,2,3},求函数f(x)在R上是增函数的概率;
(2)若任取a∈[0,4],b∈[0,3],求函数f(x)在R上是增函数的概率.
破解思路 函数在R上单调递增,说明其导数值不小于零是条件. 第1问中(a,b)取值个数有限,是古典概型;第2问中(a,b)的取值个数无限,是几何概型,把(a,b)看做坐标平面上的点,就构造出了基本事件所在的面,只要算出随机事件在这个面内占有的面积即可.
精妙解法 f ′(x)=x2-2(a-1)x+b2.
若函数f(x)在R上是增函数,则f ′(x)≥0在R上恒成立,所以对f ′(x)=x2-2(a-1)x+b2,恒有Δ=4(a-1)2-4b2≤0,即a-1≤b
(1)设“f(x)在R上是增函数”为事件A,其对应区域为{(a,b)a-1≤b}. 因为a∈{1,2,3,4},b∈{1,2,3},所以(a,b)的所有可能为:(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3),(4,1),(4,2),(4,3),共计12种. 那么满足“f ′(x)≥0恒成立的要求”的(a,b)的所有可能为:(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(2,3),(3,2),(3,3),(4,3),共计9种,
所以其概率为P==.
(2)设“f(x)在R上是增函数”为事件B,对应区域为{(a,b)a-1≤b},全部试验结果构成的区域Ω={(a,b)0≤a≤4,0≤b≤3},如图2:
图2
所以S阴影=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:第一步求解试验所有基本事件数n;第二步求解随机事件A包含的基本事件数m,该步同学们要认真审题,理顺已知条件以及隐含条件,对复杂问题应采取分类讨论的策略,各个击破,但要不重不漏;第三步运用古典概型计算公式P(A)=. 同时,牢记互斥事件的加法法则“若事件A与B互斥,则P(A+B)=P(A)+P(B)”,对立事件的减法法则“P()=1-P(A)”,以及独立事件的乘法法则“若事件A与B相互独立,则P(AB)=P(A)P(B)”.
离散型随机变量的分布列、期望与方差
()必做4 某高校的自主招生考试数学试卷共有8道选择题,每个选择题都给了4个选项(其中有且仅有一个是正确的). 评分标准规定:每题只选1项,答对得5分,不答或答错得0分. 某考生每道题都给出了答案,已确定有4道题的答案是正确的,而其余的题中,有两道题每题都可判断其中两个选项是错误的,有一道题可以判断其中一个选项是错误的,还有一道题因不理解题意只能乱猜. 对于这8道选择题,试求:
(1)该考生得分为40分的概率;
(2)该考生所得分数ξ的分布列及数学期望Eξ.
精妙解法 (1)要得40分,8道选择题必须全做对,在其余四道题中,有两道题答对的概率为,有一道题答对的概率为,还有一道题答对的概率为,所以得40分的概率为P=×××=.
(2)依题意,该考生得分ξ的取值是20,25,30,35,40,得分为20表示只做对了四道题,其余各题都做错,故所求概率为P(ξ=20)=×××=;同样可求得得分为25分的概率为P(ξ=25)=C××××+×××+×××=;得分为30分的概率为P(ξ=30)=;得分为35分的概率为P(ξ=35)=;得分为40分的概率为P(ξ=40)=. 于是ξ的分布列为:
故Eξ=20×+25×+30×+35×+40×=,该考生所得分数的数学期望为.
()必做5 某研究小组在电脑上进行人工降雨模拟试验,准备用A、B、C三种人工降雨方式分别对甲、乙、丙三地实施人工降雨,其试验数据统计如下.
假定对甲、乙、丙三地实施的人工降雨彼此互不影响,请你根据人工降雨模拟试验的统计数据,
(1)求甲、乙、丙三地都恰为中雨的概率;
(2)考虑到旱情和水土流失,如果甲地恰需中雨即达到理想状态,乙地必须是大雨才达到理想状态,丙地只需小雨或中雨即达到理想状态,记“甲、乙、丙三地中达到理想状态的个数”为随机变量ξ,求随机变量ξ的分布列和数学期望Eξ.
精妙解法 (1)记“甲、乙、丙三地都恰好为中雨”为事件M,根据人工降雨模拟试验的统计数据,得到用A,B,C三种降雨方式为中雨的概率分别是,,. 因为甲、乙、丙三地实施的人工降雨彼此互不影响,所以甲、乙、丙三地都恰好为中雨的概率P(M)=××=.
(2)设甲、乙、丙三地降雨量达到理想状态的概率分别是p1,p2,p3,则p1=,p2=,p3=+=. ξ的可能取值为0,1,2,3,P(ξ=0)=××=,P(ξ=1)=××+××+××=,P(ξ=2)=××+××+××=,P(ξ=3)=××=,
所以Eξ=×0+×1+×2+×3=.
极速突击 解决此类题目的思路是“正确求解随机变量ξ的取值列出ξ的分布列计算期望Eξ=xipi”.
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求离散型随机变量的数学期望和方差,必须先求出其分布列,然后套用公式EX=xipi和DX=(xi-Eξ)2pi.
抽样方法与总体分布的估计
()必做6 某校在2012年的自主招生考试成绩中随机抽取100名学生的笔试成绩,被抽取学生的成绩均不低于160分,且低于185分,图3是按成绩分组得到的频率分布表的一部分(每一组均包括左端点数据而不包括右端点数据),且第3组、第4组、第5组的频数之比依次为3∶2∶1.
(1)请完成频率分布直方图;
(2)为了能选拔出最优秀的学生,该高校决定在笔试成绩较高的第3组、第4组、第5组中用分层抽样的方法抽取6名学生进入第二轮面试,求第3、4、5组每组各抽取多少名学生进入第二轮面试;
(3)在(2)的前提下,学校决定在6名学生中随机抽取2名学生由考官A面试,求第4组至少有一名学生被考官A面试的概率.
精妙解法 (1)由题意知第1、2组的频数分别为:100×0.01×5=5,100×0.07×5=35. 故第3、4、5组的频数之和为:100-5-35=60,从而可得其频数依次为30,20,10,其频率依次为0.3,0.2,0.1,其频率分布直方图如图4.
(2)由第3、4、5组共60人,用分层抽样抽取6人. 故第3、4、5组中应抽取的学生人数依次为:第3组:×6=3人;第4组:×6=2人;第5组:×6=1人.
(3)由(2)知共有6人(记为A1,A2,A3,B1,B2,C)被抽出,其中第4组有2人(记为B1,B2). 有题意可知:抽取两人作为一组共有(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种等可能的情况,而满足题意的情况有(A1,B1),(A1,B2),(A2,B1),(A2,B2),(A3,B1),(A3,B2),(B1,B2),(B1,C),(B2,C)共9种,因此所求事件的概率为=.
()必做7 某市为“市中学生知识竞赛”进行选拔性测试,且规定:成绩大于或等于90分的有参赛资格,90分以下(不包括90分)的则被淘汰.若现有500人参加测试,学生成绩的频率分布直方图如图5.
图5
(1)求获得参赛资格的人数;
(2)根据频率直方图,估算这500名学生测试的平均成绩;
(3)若知识竞赛分初赛和复赛,在初赛中每人最多有5次选题答题的机会,累计答对3题或答错3题即终止,答对3题者方可参加复赛,已知参赛者甲答对每一个问题的概率都相同,并且相互之间没有影响,已知他连续两次答错的概率为,求甲在初赛中答题个数的分布列及数学期望.
精妙解法 (1)由频率分布直方图得,获得参赛资格的人数为500×(0.0050+0.0043+0.0032)×20=125人.
(2)设500名学生的平均成绩为,则=(×0.0065+×0.0140+×0.0170+×0.0050+×0.0043+×0.0032)×20=78.48分.
(3)设学生甲每道题答对的概率为P(A),则(1-P(A))2=,所以P(A)=. 学生甲答题个数X的可能值为3,4,5,则P(X=3)=+=,P(X=4)=C+C・=,P(X=5)=C=. 所以X服从分布列
E(X)=×3+×4+×5=.
金刊提醒
近几年高考试卷往往有机地将统计与概率综合考查,首先以统计图表呈现数据,考查对茎叶图、频率分布表和频率分布直方图的认识,然后通过分层抽样,并对抽样的数据进行分析,考查各类分布列.
回归分析与独立性检验
()必做8 数学课程改革试验中,某数学教师分别用A、B两种不同的教学方式实验甲、乙两个高一新班(均为60人,入学数学平均分和优秀率都相同,勤奋程度和自觉性都一样). 现随机抽取甲、乙两班各20名学生的数学期末市统考成绩,得茎叶图(如图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
图6
(1)依茎叶图判断哪个班级的平均分高;
(2)学校规定:成绩不低于85分为优秀,请填写下面2×2列联表,并判断能否以97.5%的把握认为“成绩优秀与教学方式有关”;
(3)现从乙班数学成绩不低于85分的同学中随机抽取2人,成绩不低于90分的同学奖100元,否则奖50元,记X为这2人所得的奖金和,求X的分布列和数学期望.
参考公式:K2=,其中n=a+b+c+d
参考数据:
精妙解法 (1)甲班数学成绩集中于60~90分之间,而乙班数学成绩集中于80~100分之间,所以乙班的平均分高.
(2)
K2=≈5.584>5.024因此有97.5%的把握认为“成绩优秀与教学方式有关”.
(3)依题意知X=100,150,200,P(X=100)==,P(X=150)==,P(X=200)==,所以X的分布列为
E(x)=100×+150×+200×=150.
()必做9 产品的广告支出x(单位:万元)与销售收入y(单位:万元)之间有对应的数据关系,如表8所示.
表8
(1)画出表中数据的散点图;
(2)求出y对x的回归直线方程;
(3)若广告费为9万元,则销售收入约为多少万元?
精妙解法 (1)作出的散点图如图7所示.
图7
(2)观测散点图可知各点大致分布在一条直线附近,列出下表:
表9
易得x=,y=,所以===,=y-bx=-×=-2,故y对x的回归直线方程为=x-2.
(3)当x=9时,=×9-2=129.4,故当广告费为9万元时,销售收入约为129.4万元.
河海大学的河流泥沙运动力学属于江苏省重点学科,拥有一大批具有中高级技术职称的专门人才,建有大型试验厅4座,玻璃水槽20余条,可以观测记录水位、流速流向、含沙量、颗粒级配、淤积地形以及具有先进的多边界潮汐非恒定流数据采集、控制、监视系统和ADV三维流速测量系统。多年来,研究领域不断扩大,对水库、河道、流域、水利枢纽、工矿企业、河口海岸等方面的泥沙问题进行了较为深入的研究,形成了自己的特色,先后承担了“七五”、“八五”国家攻关及自然科学基金等项目,取得了一批成果,获得各类科技进步奖十余项,培养硕士、博士研究生30多名。
随着河海大学首批进入“211工程”,给本学科的发展带来了新的机遇和挑战。自1996年以来,学校逐步投入200多万元进行学科和实验室建设,至2000年,将建成一批较先进的实验设备,为本学科的进一步发展创造条件。
2.1降雨特性及雨蚀模拟
通过分析雨滴降落过程中的力学规律,从理论上导出了雨滴降落在任一高度时的速度计算公式,进而导出了雨滴的终速公式。该公式由陈国祥、姚文艺研究完成,提出了雨滴变形的概念,用于描述直径大于0.3mm的雨滴在降落过程中形状因子对落速的影响。得到的终速公式与国内外同类公式比较,具有较强的理论基础,形式简单,与实测资料吻合好,计算精度高。可用于计算雨滴终速,确定雨滴动能和设计人工模拟降雨装置。
汤立群在分析雨滴溅蚀规律的基础上,运用牛顿第二运动定律推导出雨滴对土粒的撞击力表达式和雨滴溅蚀量计算公式。该研究与以往成果相比,具有力学概念清楚,理论性强,又能反映影响雨蚀主要影响因素等特点,可用来计算天然降雨的溅蚀量。
因“211工程”建设,目前正在改造大型人工降雨水槽试验装置,使其成为能够模拟降雨溅蚀、坡面径流侵蚀和重力侵蚀的室内人工降雨装置,并开展这方面的研究。
2.2坡面流水力学
陈国祥等通过理论分析和室内人工降雨水槽试验,研究了坡面浅层均匀流和降雨产生的沿程变量流的流态和阻力规律,研究表明,坡面浅层流与通常的明渠流不同,降雨、坡度及床面糙度对水流阻力都有一定影响。降雨条件下的沿程变量流不存在通常意义的层流,而是“伪层流”。坡面浅层水流无论是均匀流还是沿程变量流的“层流”,其临界雷诺数均比天然河道水流的大。
在室内人工降雨水槽试验基础上,得到了降雨作用下坡面流的Darcy-Weisbach阻力系数关系式,成果具有坡度大,糙度高和雨强大等特点,公式的适用范围更广;李杰友等采用一维浅水波方程描述坡面流运动,并用运动波近似,通过四点隐式差分求其数值解,较好地解决了坡面流的模拟问题。
2.3流域侵蚀产沙模型
汤立群、陈国祥运用泥沙运动力学基本理论与方法,结合地理学、地貌学、土力学及水文学等学科知识,建立了具有物理过程基础的小流域产流产沙数学模型。该模型可模拟流域上任意时空分布的水流泥沙过程,为小流域开展综合治理规划提供科学的决策依据;针对黄河中游复杂的地形地貌条件和径流泥沙过程,通过力学分析和数学推导,建立了适用于大中流域长系列径流泥沙模拟的物理概念模型,突破了物理概念模型难以在大中流域上应用的难点。该模型在“八五”攻关研究中被用来模拟大理河流域长系列的产流产沙过程,在水保效益计算的基础上,进行了水沙变化原因分析。
另外,包为民提出了简单的概念性坡面汇沙、沟道汇沙模式,与坡面、沟道产沙公式一起构成了流域产汇流、产输沙的耦合模拟物理概念模型。该模型已在黄河中游地区十多个流域上得到应用。
2.4水土保持减水减沙计算方法研究
传统的水保效益计算方法有水文法和水保法两种,在指导我国水土保持规划与效益评价中发挥了重要的作用,但也存在不足。在“八五”攻关项目的研究中,我校汤立群等建立并提出了用模型法计算水土保持减水减沙效益,分析水沙变化之原因,取得了良好的效果。
但模型法属于总量评价,不能区分各项水保措施的减水减沙效益。今后的研究是如何应用模型法对水保效益进行分离评估,以便切实有效地指导小流域综合治理的规划设计。
3泥沙基本理论研究
3.1推移质对流速分布和阻力的影响研究
陈国祥在国家教委博士点基金的资助下,开展了推移质对流速分布和阻力的影响试验研究。研究表明:动床输送推移质水流的流速分布受床面粗糙程度、床沙中孔隙流、推移质运动及推移质运动后床面边界条件变化的综合影响。推移质的存在使水流流速分布在整个水深范围内卡门常数减小,水流底部流速偏小于对数规律;而床沙中孔隙流及推移质运动后床面边界条件的变化则使底部流速偏大于对数规律。通过试验和一定理论推导,提出了可反映推移质运动影响的定床输沙水流、动床输沙水流的流速分布和阻力公式。
3.2明渠紊流结构及其对泥沙输运的作用研究
卞华等在水利水电基金的资助下,分别采用不同单元断面如方形、半圆柱形和三角形的人工加糙,对明渠二维加糙水流的阻力特性进行了系统的试验研究,得到随着加糙间距的增大阻力增大,至λ/Ks=8时,阻力达最大值,其后,随λ/Ks的增大而减小,并总结出水流阻力因子的表达式。
毛野等在国家自然科学基金的资助下,开展了明渠紊流拟序结构对泥沙输运的作用研究,该课题尚属泥沙研究的前沿,以试验研究为主,将定床和动床相结合,采用图象显示技术与计算机图象处理技术相结合的全流场测试系统,研究床面形态不同时紊流拟序结构的特点和对泥沙输运的作用,成果具有重要意义。
4泥沙数学模拟
我校泥沙数学模型包括一维、二维和三维,研究对象主要有河流、航道、水库、港口、码头、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、控制体积法、破开算子法等几种。
一维泥沙数学模型用来解决长河段长时段的泥沙运动和河床演变问题,应用比较广泛,也比较成熟,可以取代实体模型试验,大大节省人力物力。汤立群、陈界仁运用一维模型对白沙水库泥沙淤积和取水方案进行了计算,在长河段的赣江航道整治工程一维计算中,也发挥了较好的作用。
二维泥沙数学模型发展迅速,在生产上得到了广泛应用,能较好地模拟水流结构和泥沙运动在平面上的分布规律,经常与实体模型耦合运用,相互印证,相互提供边界,在某些场合下,部分地取代了实体模型,取得了极大的经济效益,也促进了泥沙基本理论的研究。比如,汤立群、金忠青等用拟合坐标生成了正交曲线网格,运用“露滩冻结”技术解决动边界问题,考虑了床沙级配的分层记忆和床沙质与冲泻质的划分,通过分组解决非均匀沙的挟沙能力表达式,在水流输运及分组含沙量输运方程的离散过程中,采用守衡性较好的控制体积法和SIMPLEC计算程式,建立了k-ε双方程紊流泥沙数学模型,较好地模拟了内河恒定流和潮汐河口非恒定流过程以及河床的冲淤变化,特别在航道整治工程方案优化计算中取得良好效果。张长宽、张东生等基于长期波浪序列的沙质海岸,建立了河床演变数学模型,对海区波浪、潮流和海岸演变进行了模拟计算。
三维泥沙数模中,要以水流数值模拟研究为多,成果也相对成熟些,同时,三维泥沙数值模拟也取得了初步成果。比如,刘子龙、王船海等利用破开算子法对长江口三维水流过程进行了有效的模拟。严恺、周华君对长江口浑浊带特性进行了研究,在此基础上,建立了三维拟合坐标下的水流泥沙数学模型。陈国祥、陈界仁对国内外三维泥沙数模研究进行了分析比较和综述,提出三维泥沙数模研究的必要性和迫切性。
5河工模型试验研究
5.1水利枢纽泥沙
我校70年代以来,一直坚持本课题的理论分析和试验研究,近十年的研究主要包括:库区淤积对防洪、发电和航运的影响;坝前淤积与枢纽布置的关系;引航道和取水口淤积及防淤措施;坝下游河道冲刷演变及对航道的影响;水工枢纽如引水枢纽、地涵泥沙问题等,代表性的课题有“新疆乌鲁瓦提水库泥沙模型试验研究”、“废黄河地涵整体泥沙模型试验”等近十项。
5.2河道泥沙
主要针对河道治理、河床演变、港口航道、河口泥沙、码头抗冲防淤措施等方面的工作进行研究。在航道整治中,多年来结合生产需要对丁、顺坝等整治建筑物作用下的水力学问题进行了系统试验研究,包括实体丁坝及网坝的不同坝长、坝高、坝间距、坝与水流交角等情况下的水面形态和平面流场的研究,取得的成果为我国东南各省的水利工程及航道整治作出了贡献,受到工程单位的好评,代表性的课题有“珠江莲沙容水道八塘尾航道整治模型试检研究”,“赣江南昌河段航道整治动床模型试验研究”,“闽江围垦航道整治”等十余项。
5.3工业取排水口泥沙防治
近10年来,我校与华东、西北等多家电力设计院合作,通过现场调查与模型试验相结合等方法,提出了一种新的曲线河床式取水口,充分利用山区河流上常见的卡口、矶头附近的深潭河段,准确地确定取水口位置。与此同时,对下游河口段也进行了较全面的研究,提出掌握主流变化规律,根据河势避开暗沙运动范围,利用深水区,配合合理的进出水口平面布置等措施取得成功。由于在河口、海湾等取水口的选址和防沙问题上积累了比较丰富的经验,从而能在大亚湾核电站取水口研究中作出重大贡献,获国家科技进步一等奖。如“上海石洞口电厂排水口动床物模研究”,“漳平电厂扩建工程取水口局部动床模型试验研究”和“黄埔电厂浪沙回淤试验研究”等。
6量测技术及测控系统研究
近10年来,我校不仅在泥沙基础理论及生产问题的研究中取得了一定成绩,同时通过多年泥沙研究工作的实践,还开发研制成功诸多用于泥沙研究的仪器设备,如:NSY-1型光电颗分仪;NSY-2型宽域粒度分析仪;光电反射式地形仪;自动往复推移质加沙机;大型实体模型试验计算机全流场图象测速分析系统;多边界潮汐非恒定流数据自动采集、控制、监视系统。这些仪器及系统的研制为研究课题成果质量提供了保证,部分仪器设备处于国内领先水平。
6.1光电反射式地形仪
针对已有地形仪(光电对射式、电阻式、超声波式、测针或钢尺)会破坏测点地形,产生的误差大等问题,唐洪武、李瑾等研制出光电反射式地形仪,该仪器在测量过程中探头不必插入泥沙界面,也能对1mm厚度以下的淤积层进行测量,光电反射式传感器自身理论控制精度可达0.01mm,不受外界光的干扰,还可进一步推广应用于测压管水位的测量,尤其在微压变化情况下使用,更显其优越性。
6.2大型实体模型计算机全流场图象测速分析系统
近10年来,先后开发出CCD氢泡低流速测量系统、粒子图象测量系统和用于大型实体模型研究的图象测速分析系统。CCD氢泡低流速测量系统是在传统的氢泡测量的基础上,引入CCD面阵摄象技术,通过计算机进行氢泡图象自动采集、处理与分析,做到准实时,减少了人工工作量;粒子图象测量系统的特点是操作方便,设备成本低,约为国外进口设备的1/10,工作环境要求不高,独创之处是将微光象增强技术和声光调制技术引用至该系统,使该系统实现在低功率连续激光照明条件下,满足高清晰度、测速变化范围大的要求,已用于多项国家基金、纵向、横向科研课题中,取得明显的社会经济效益;工程实体模型图象测速分析系统,则是针对工程模型的特点,特别是浑水泥沙模型中流速场的测量困难而提出的,其特点是可实现记录整个模型现场,不需要录象机参与就可以实现多幅画面的拼接,流速测量精度高(5‰级),系统的分析软件功能强。代表性成果有唐洪武等完成的“数字图象技术在双射流混合流场中的应用”和“数字图象测速技术及在进水口漩涡流场中的应用研究”等。
6.3多边界潮汐非恒定流数据自动采集、控制、监视系统
多年来通过河工模型工作实践,在学校“211工程”建设资助下,徐夕荣,周汝盛等完成了多边界潮汐非恒定流数据自动采集、控制、监视系统。该系统运用PID原理自动调节尾门,能准确模拟各边界的水位和流量过程,同时检测64个测量流速,32个测站水位和32路模拟量输入(如含沙量等)。各测量数据可随时从计算机显示器上观看,并打印输出。为配合自动控制系统的运行,还在该系统上配上监视系统,工作人员可在与模型现场隔离的控制室内对模型的运行过程进行监视、录象,遇有紧急情况还可随时通过话筒通知模型现场工作人员,因此该系统的成功应用,不仅提高模型试验成果的质量,还节省了大量人力和物力。
6.4河流泥沙颗分仪
卢永生等自1977年开始研究河流泥沙颗分仪,先后研制出(1)GDY-1型光电颗分仪;(2)NSY-1型光电颗分仪;(3)NSY-2型宽域粒度分析仪。三种仪器共推广约150台。NSY-2型宽域粒度分析仪于1990年通过水利部鉴定,创新之处在于:(1)使用长管浑匀沉降原理进行颗粒分选,使仪器和传统的水沉法具有可比性;(3)用IBM计算机完成采样、绘图任务,实现量测自动化。
7水流泥沙运动的多媒体动态演示
水流泥沙运动和河床演变过程贯穿于一个动字,特别适合于用多媒体进行动态和过程的描述。但如何把水流泥沙模拟过程中大量枯燥的数据、图表以生动、活泼、直观、友好的方式表现出来,并不是一件易事,这是泥沙研究工作者为之努力的方向之一。
7.1水流泥沙运动过程动态演示系统
该系统就是把水流泥沙运动状况或河床边界的变化过程,在计算机屏幕上逼真地表现出来。近年来,我校在这方面进行了尝试。纪元、张东生研制完成了南中国海潮波传播的动态变化,污染物质扩散过程的动态变化,热污染温度场的动态变化;金忠青、王玲玲等研制出三峡库区三维地形俯视动态系统,汤立群、王加虎等完成了潮汐河口潮位动态变化和潮流仿真动态演示系统等。
最大实验室都能做什么
北京顺义一所国际学校耗资3000万建的防霾帐篷的照片,前些天流传很广,不过雾霾天并不是所有人都能躲进这样的环境里。
同样在北京郊区,怀柔也在准备建造一个与雾霾相关的设施,这是中国科学院的“大气环境模拟系统”,也被称作“烟雾箱”。中科院研究员、项目筹备负责人贺泓表示,竣工后的怀柔“烟雾箱”将成为全球最大的雾霾实验室。
按照科学家的预想,新的“大气环境模拟系统”其中最大的两个“箱子”都是300立方米,如建成,将是具有世界先进水平的大气环境模拟实验室,优先用于雾霾模拟与控制研究。
现在,世界上主要的大型室外环境烟雾箱分别在德国地质化学和动力学研究所(370立方米),欧洲光化学实验室(204立方米)和美国北卡罗来纳州立大学(300立方米),怀柔的这个实验室若能利用600立方米的污染空气进行试验,比欧、美等国的实验室容量都大了很多。
在研究大气污染的科学界,基本有两种研究方式,一种是直接对现实中的大气污染进行研究,如2008年奥运期间,因为减排措施而污染物骤然下降的这个过程,成为了全球大气物理科学家重点研究的“天然实验室”。另一种方式则是在封闭的空间进行模拟试验,这被称为“烟雾箱”。在一个密闭的容器内注入不同的污染气体,研究其在日照作用下的各种化学反应。
目前不少科学家仍在为弄清中国雾霾的成因而挠头,尽管一些机构对雾霾的成因进行了一些研究和分析,并给出了相应的解析结果,但由于是大气中的化学反应导致了雾霾中大多数细微颗粒的形成,目前对此现象还缺乏准确的理解。在过去几十年里,科学界提出了用于解释欧洲和美国雾霾的理论和数学模型,但很多人认为其并不适用于中国的城市,而未来在怀柔的实验室,科学家们有望找到更为可靠的答案,通过把不同的污染物压入两个半球形容器内,研究人员将能够在日照条件下细致地研究其化学反应,这种成对的箱体设计将使科学家能够对比试验结果。
不过,北京大学环境科学工程学院副院长谢绍东已经表示,研究“烟雾箱”是为治理空气提供理论支持,但与空气治理的实际操作并没有太大关联性,换句话说,光靠理论是无法“治霾”的。
人工除霾法试验刚起步
在这个全球最大的雾霾实验室建成前,北京的相关部门已经在开展人工消减雾霾的科学试验。京津冀及周边地区相关的工作组早已成立,主要负责京津冀及周边地区防治大气污染的人影(人工影响天气)工作,包括科学组织实施人工增雨(雪)作业及人工消减雾霾试验。
此前,中国气象局已经出台《贯彻落实(大气污染防治行动计划)实施方案》,要求到2015年全国各地气象部门形成人工影响天气改善空气质量作业能力,在重污染天气条件下能够采取可行的气象干预措施,组织开展人工影响天气消减雾霾,改善空气质量。
中国气象局人工影响天气中心负责人郭学良介绍,人工影响天气消减雾霾的主要方式是人工增雨和人工消雾。目前人工增雨在我国各地气象部门已经成为一项业务工作,应用范围较广,其对清除雾霾有较好的效果,但前提是必须有降水形成的条件。
我国是目前世界上最为广泛地进行人工影响作业的国家。一直以来,北京的增雨体系主要着眼于增加降雨的水资源量,因此联合了河北张家口、承德地区,建成了包含潮白河流域在内的约3.5万平方公里的人工增水作业网,每年除开展两架飞机增雨作业外,北京市目前建有29个火箭增雨作业点、22个高山碘化银发生器增雨雪作业点,但在北京城区以及南部大兴区,这样的作业点基本不存在。因为南边没有水库,没有必要增雨,城里则根本不能建。
如今,减霾或将成为人工影响作业的一项新任务。
据了解,此前人工增雨目的主要是为了增加水资源或者对抗干旱,并没有专门针对净化空气操作过,到底下多大的雨才能清除雾霾,都需要经过试验评估,雾霾天气一般天气状况比较静稳,空气流动性差,人工增雨作业的前提条件出现的可能性不太大。针对没有人工增雨条件的雾和霾的混合体,只能通过物理办法来消雾,在北京、四川双流机场等地,都做了多年的消雾科研试验,表明有一定的效果,消除冷雾的效果比消除暖雾更为明显,不过消雾目前还没有成为气象部门的常规业务工作。
郭学良表示,针对空气中全是灰霾、没有雾的天气,目前还没有有效办法来解决。这种情况下大气干燥、水汽少,目前还没有有效手段消除空气中的污染物,需要探索和试验新技术方法和手段。他表示,人工影响天气过去主要是用于增加降水、减少冰雹灾害等,要在消减雾霾、改善空气质量方面形成业务能力,作为一项业务工作来发展,还需在管理上、技术上进一步完善。
人工来干预治标不治本
北京大学物理学院教授毛节泰对通过人工增雨作业减少雾霾的做法并不十分乐观。他表示,按照现在北方地区的惯常做法,如果在冬春之际有人工增加雨雪的可能,一般都会进行增雨作业,目的都是保证农业生产。不过北京目前的情况是空气湿度低,水汽不足,要想人工增雨难度很大,更何况是人工增雨消霾。
毛节泰介绍,只有天气条件符合,比如空气中的水分子含量较高,人工向大气中抛洒碘化银等试剂,才能有效地行云布雨,倘若空气干燥,无形成降水所需要的凝结核,人工干预措施根本无法发挥作用,用简单一句话来形容,人工干预天气只能“锦上添花”,还做不到“无中生有”,如果老天不给机会,人们照样玩不转。
雨雪真的能除雾霾吗?毛节泰说,人们的经验是,雨后往往空气变得清新了,但这不是雨水冲刷的结果,而主要是靠伴随在降雨过程中的风,仅仅靠雨洗,没有风吹,人工降雨消霾的效率应该不会太高,风是降雨过程中驱散雾霾的主力,人工降雨降雪只能造雨雪,不能造风,因此除霾效果并不很乐观。
有研究人员曾对南京市区的一些气象监测数据进行过分析研究,发现夏季在风速小、温湿度大的天气条件下,人工增雨的作用仅仅能在降水区域短时间内降低PM2.5浓度。而随着时间推移,当日的PM2.5平均浓度不仅不一定会降低,反而有可能因为大量地面水汽的蒸发,气溶胶难以扩散而升高。
据说中航工业研制的除霾无人机继去年试飞成功后,近期有望在机场和港口展开试验。这种无人机型便于携带催化剂和气象探测设备进行消雾作业,可以在低播撒高度和低能见度时不受传统作业的飞行安全限制,可起到短期内消除部分区域雾霾的作用。“雾霾中的PM2.5是最可怕的,消雾作业固然可能提高能见度,但PM2.5中的哪些粒子可以被消掉,哪些根本消不掉,这都需要认真研究。”毛节泰表示,现在人们正在做有关试验,这种试验是必要的,但要想看到效果,可能需要十几年甚至几十年的时间,急不得。
激光武器
激光武器是一种利用沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器。激光武器有很多独特的优点。首先,它可以用光速飞行,每秒30万千米,这是其他武器不可企及的。它一旦瞄准,几乎不要什么时间就立刻击中目标。另外,它可以在极小的面积以极短的时间集中超过核武器100万倍的能量,还能很灵活地改变方向,没有任何放射性污染。
基因武器
基因武器是通过对具有群体遗传特点的人体细胞、组织器官和机体系统,施加目标明确的化学或生物影响,使基因密码出现差错,从而达到杀人的目的。基因武器不易被发现,使对方防不胜防。因为经过改造的病毒和细菌基因,只有制造者才知道它的遗传“密码”,其他人很难破译和控制。同时,基因武器的杀伤作用过程是在秘密之中进行的,人们一般不能提前发现和采取有效的防护措施。一旦感受到伤害,为时已晚,因为在此之前早已遭到基因病毒的侵袭,很难治疗。
“纳米”武器
随着纳米技术的不断成熟,利用纳米技术开发的微型武器将充斥未来战场。如“纳米卫星”“蚊子导弹”“袖珍飞机”“蚂蚁士兵”等。纳米武器实现了武器系统超微型化,使目前车载机载的电子战系统浓缩至可单兵携带,隐蔽性更好,安全性更高;纳米武器实现了武器系统高智能化,使武器装备控制系统信息获取速度大大加快,侦察监视精度大大提高;纳米武器实现了武器系统集成化生产,使武器装备成本降低、可靠性增强,同时使武器装备研发、生产周期缩短。
天灾武器
天灾武器也称为气象武器,它是人工影响天气和气候在军事上的应用,即利用人工影响天气的方法,使敌对国家遭受水灾、飓风、雹灾、旱灾和地震,给对方造成极其严重的损失。在越南战争期间,美国曾在越南进行过数次人工降雨试验,造成局部地区洪水泛滥,使越南的“胡志明小道”泥泞难行,以阻止越南北方部队南下和武器装备的运输,其效果要比动用轰炸机轰炸明显得多。
信息武器
1958年,吉林省在全国率先开展了人工增雨作业,并首试成功,从此拉开了中国气象史上人工影响天气的序幕。1987年5月中旬,大兴安岭北部发生了森林大火。省气象局长带领作业人员汪学林、金德镇、甘露林、李占柱等人连夜飞赴加格达奇机场,共飞行人工增雨作业5架次,作业区下风方增雨27毫米,为森林灭火起到了重要作用。1998年,吉林省成立了全国第一个人工影响天气联合开放试验室,在技术、装备、人才和科技科研等方面都有了长足发展。1999年夏,为解除深圳严重旱灾,汪学林、金德镇等选择人工影响潜力大的云层和潜力区飞行作业16架次,使影响区内多次出现较大降水,各雨量点积累降水量均在100毫米以上,最大雨量达180毫米,一举扭转了严重缺水局面,受到当地政府的高度赞扬,并向吉林省政府致感谢信。2000年5月,长春旱情十分严峻,省人影办会同长春市水利局,采用设立固定火箭及流动火箭点同时作业的方式,共发射增雨火箭弹16发,在石头口门、新立城和双阳水库出现了3个雨量中心,增雨54%,直接增水1100万立方米。21日,发射火箭弹31枚,增雨34%,缓解了旱情,创造人工增雨奇迹。2003年,吉林省又成为全国首个拥有人工增雨专用飞机的省份。2004年入春以来,吉林省粮食主产区旱情严重,对春播极为不利,气象部门严密监视天气变化,提前捕捉到有利于人工增雨的大好时机,实现人工增雨3亿多立方米,基本解除了旱情。这次增雨间接效益估计可达20亿元,得到了杨庆才副省长的赞扬。2007年1月下旬,第六届亚洲冬季运动会前夕,吉林省降雪特少,全省平均降雪量仅为2.6毫米,比常年同期少67%,1月5日早早做好人工增雪作业准备的气象人员,在北大湖滑雪场上游的取柴河镇,增雪作业历时13个小时,增雪量达9.8毫米,人工增雪作业大获成功。
据不完全统计,每年吉林省通过开展人工增雨作业均可增加降水约10亿立方米,人工防雹作业对近4万平方公里范围内的农田实施了有效保护,减少冰雹灾害损失达上亿元,为吉林省农业抗旱、城市居民用水、改善生态环境及重大社会活动保障等做出了突出贡献。
提高综合能力,加强基础建设,保护生态环境,促进粮食增产
吉林省地处中纬度气候脆弱区,自然灾害频发,尤以干旱冰雹灾害对农业生产和人民生活的威胁最为严重。开展人工影响天气作业50年以来,在吉林省委、省政府和中国气象局的正确领导下,省人影办始终把为“三农”服务作为人工影响天气工作的重点内容,坚持面向社会需求,合理调整人工影响天气作业布局,更新地面作业工具,建立人影作业指挥系统,使我省防雹作业和指挥能力得到很大提高。目前,全省已健全完善了省、市、县三级人工影响天气工作机构,并将专项经费纳入各级财政保障。
全省共有增雨专用飞机1架,双管“37”高炮194门,火箭发射装置156部;在全省开展了人工影响天气作业,建立了一支980多人的队伍,有7个市(州)配备了气象雷达;同时,加大了科研力度,增强了指挥系统建设,增强了人影作业能力,调高了作业科技水平。
近年来,吉林省人影办与中科院大气物理所、香港理工大学、山东大学合作,成功启动了国家973项目观测工作,配合国家自然科学基金重点项目,在吉林省1万平方公里外场的观测试验平台,组织了有方案设计的科研探测飞行,取得了大量宝贵的资料,为提高人工增雨作业效果分析奠定了基础。同时,与吉林大学联合研制出了“人工影响天气的纳米复合催化剂”, 实现了人工影响天气新突破,项目总体达到国际先进水平。
与中科院大气物理所联合建立起了新一代中尺度ARPS模式系统,并进行了业务化试运行,对云雾物理的理论研究有一定的指导意义。此外,防雹减灾专家系统、宏观综合参数系统、用卫星资料和地面站资料联合估算全天候大气和降水总量的分布特征和变化规律项目、卫星遥感技术在人工增雨效益分析中的应用、MM5中尺度模式嵌套三位冰雹云模式等研究项目,经专家鉴定有多项达到国内先进或部分达到国际先进水平,部分成果已推广应用。
几年来,省人影办取得了纳米复合催化剂生产方法、催化弹双路传火引信、人工影响天气催化弹及发射器和新型吸湿性烟剂生产工艺等5项专利。此外,“北方层状云人工降水实验研究”获“国家科技进步二等奖”;“吉林春季云雨资源分布及其人工影响潜力的确定”获“国家科技进步三等奖”;“松辽平原飞机人工降雨指挥系统”获“吉林省科技进步二等奖”。此外,我省人影业务人员在各级刊物100余篇。
根据“十一五”国家人影发展规划的总体要求,为有效整合人影资源,降低各省、市飞机停场费用,解决各自为战不能形成科学、规模化耕云作业的弊病,针对东北地区的天气特点,2008年夏,吉林和辽宁、黑龙江、内蒙等省(区)联合开展了跨区域飞机人工增雨作业,集中飞机资源,充分开发东北地区空中云水资源。共组织开展跨区域飞机增雨作业3次,增雨作业效果明显。仅春季实施的两次人工增雨作业就极大地缓解了吉林省旱情,使西部地区下了透雨,实现了春播未“坐水种”,仅此一举就节约抗旱资金3亿元。
吉林省是我国重要的商品粮生产基地,为确保国家粮食安全,吉林省政府制定了《吉林省增产百亿斤商品粮能力建设规划》,于2008年7月2日经国务院批准通过。吉林省水资源匮乏,全省平均水资源总量为399亿立方米,人均占有水资源量1446立方米,耕地亩均水资源量666立方米,吉林省因干旱平均每年减产22.5亿公斤。从1954至2006年,全省平均气温上升了1.6℃,平均年降水量减少了69.8毫米,水资源的严重缺乏使干旱程度逐年加重。
另一方面,吉林省处于空中水汽汇聚区,中西部地区空中大气可降水量5000毫米左右,空中云水资源十分丰富。因此,开发空中云水资源,提高人工增雨的作业能力,增加水资源总量,提高水资源时、空配置能力,是解决水资源缺乏矛盾的有效途径,对提高全省粮食生产具有重要意义。吉林省委、省政府对人工影响天气工作高度重视,将人工影响天气作业作为促进经济社会发展的一个重要方面,加以优先发展;作为农业增效农民增收的有效手段,加以充分运用;逐步实现从传统的以防灾减灾为主向开发和利用水资源、保护和改善生态环境等多领域转变;从目前应急性抗旱向储备性抗旱转变;由旱季作业向有利于水资源调蓄的多雨季作业拓展;由旱区作业向江河、湖泊、库区水域源头作业拓展;由单一的为农业增雨向工业、城市用水等拓展。2008年省委1号文件把人工增雨工作作为发展农业和做好农村工作的重要基础工作,并经国务院原则同意,将《空中云水资源开发工程建设》纳入《吉林省增产百亿斤商品粮能力建设工程》中,建设、推进力度进一步加大。
听专家说,如果地球和太阳的距离再近1%,地球就是一个永恒的“火焰山”;如果再远3%,地球就是一个永恒的“广寒宫”。而现在的距离不远不近,恰到好处。仰望那些孤寂荒芜的星球,真是庆幸我们拥有多姿多彩的天气、舒适宜人的温度,庆幸我们与太阳之间有着合适的距离――所以不是距离产生美,而是合适的距离产生美。
增减衣服的智慧
其实换季和睡觉是一样的:眼睛一闭一睁,一天过去了;冬装一穿一脱,一个冬天过去了。
二八月(农历),乱穿衣。大街上有人穿得单薄,有人穿得厚实,冬装与春装交相辉映。气象节目的解说词告诉我们:要根据天气变化,随时增减衣服。
曾经和一位中医聊天,他觉得捂与脱相辅相成:捂,是关于一个季节内的战略原则;脱,是关于一天内的战术技巧。在这一季,人们要顺应自己机体由冬藏到春生的变化而捂;在这一天,人们要顺应天气由冷到热的变化而脱。多穿少穿的事情,在医生的眼里蕴涵着玄妙的哲学意义。
幸福是等来还是争来
有一次,奇怪地被一男性编导问及一个问题:“女人的幸福是等来的还是争来的?”
拿天气来说吧,有些雨是等来的,有些雨是人工降雨争来的;没有云彩时等一等,有云彩时争一争。
同理,相信幸福是宿命的就等一等,相信幸福是使命的就争一争。
眼里朦胧心中透彻
有位老先生对我说,前些天他和小孩子出游看远山。当时雾气弥漫,孩子抱怨:真倒霉,啥都看不清。”老先生却想:“不同的分辨率呈现不同的意境,晴天看的是工笔,雾天看的是泼墨,都是上苍为你定制的风景。
能把一些事情看清楚,需要视力;能把一些事情看模糊,需要眼光。眼里朦胧,却往往心中透彻。
关于云层的感悟