龙卷风的研究论文

龙卷风 龙卷风是从强流积雨云中伸向地面的一中小范围强烈旋风。龙卷风出现时，往往有一个或数个如同“象鼻子”样的漏斗状云柱从云底向下伸展，同时伴随狂风暴雨、雷电或冰雹。龙卷风经过水面，能吸水上升，形成水柱，同云相接，俗称“龙取水”。经过陆地，常会卷倒房屋，吹折电杆，甚至把人、畜和杂物吸卷到空中，带往他处。 1.龙卷风的特点 龙卷风常发生于夏季的雷雨天气时，尤以下午至傍晚最为多见。袭击范围小，龙卷风的直径一般在十几米到数百米之间。龙卷风的生存时间一般只有几分钟，最长也不超过数小时。风力特别大，在中心附近的风速可达100-200米/秒。破坏力极强，龙卷风经过的地方，常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等现象，有时把人吸走，危害十分严重。 2.龙卷风的防范措施 (1) 在家时，务必远离门、窗和房屋的外围墙壁，躲到与龙卷风方向相反的墙壁或小房间内抱头蹲下。躲避龙卷风最安全的地方是地下室或半地下室。 (2) 在电杆倒、房屋塌的紧急情况下，应及时切断电源，以防止电击人体或引起火灾。 (3) 在野外遇龙卷风时，应就近寻找低洼地伏于地面，但要远离大树、电杆，以免被砸、被压和触电。 (4) 汽车外出遇到龙卷风时，千万不能开车躲避，也不要在汽车中躲避，因为汽车对龙卷风几乎没有防御能力，应立即离开汽车，到低洼地躲避。 在1999年5月27日，美国得克萨斯州中部，包括首府奥斯汀在内的 4个县遭受特大龙卷风袭击，造成至少32人死亡，数十人受伤。据报道，在离奥斯汀市北部40英里的贾雷尔镇，有50多所房屋倒塌，已有30多人在龙卷风丧生。遭到破坏的地区长达 1英里，宽200码。这是继5月13日迈阿密市遭龙卷风袭击之后，美国又一遭受龙卷风的地区。 一般情况下，龙卷风是一种气旋。它在接触地面时，直径在几米到 1公里不等，平均在几百米。龙卷风影响范围从数米到几十上百公里，所到之处万物遭劫。龙卷风漏斗状中心由吸起的尘土和凝聚的水气组成可见的“龙嘴”。在海洋上，尤其是在热带，类似的景象在发生称为海上龙卷风。 大多数龙卷风在北半球是逆时针旋转，在南半球是顺时针，也有例外情况。卷风形成的确切机理仍在研究中，一般认为是与大气的剧烈活动有关。 从19世纪以来，天气预报的准确性大大提高，气象雷达能够监测到龙卷风、飓风等各种灾害风暴。

美国气象学家爱德华·罗伦兹（Edward Lorenz）1963年在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。“一个气象学家提及，如果这个理论被证明正确，一个海鸥扇动翅膀足以永远改变天气变化。”在以后的演讲和论文中他用了更加有诗意的蝴蝶。对于这个效应最常见的阐述是：“一个蝴蝶在巴西轻拍翅膀，可以导致一个月后德克萨斯州的一场龙卷风。” 蝴蝶效应是气象学家洛伦兹1963年提出来的。其大意为：一只南美洲亚马孙河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可能在两周后引起美国德克萨斯引起一场龙卷风。其原因在于：蝴蝶翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并引起微弱气流的产生，而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化，由此引起连锁反映，最终导致其他系统的极大变化。此效应说明，事物发展的结果，对初始条件具有极为敏感的依赖性，初始条件的极小偏差，将会引起结果的极大差异。 蝴蝶效应是混沌学理论中的一个概念。它是指对初始条件敏感性的一种依赖现象。输入端微小的差别会迅速放大到输出端。蝴蝶效应在经济生活中比比皆是：中国宣布发射导弹，港台100亿美元流向美国。“蝴蝶效应”也可称“台球效应”，它是“混沌性系统”对初值极为敏感的形象化术语，也是非线性系统在一定条件（可称为“临界性条件”或“阈值条件”）出现混沌现象的直接原因。 一、蝴蝶效应的由来 蝴蝶效应来源于美国气象学家洛仑兹20世纪60年代初的发现。在《混沌学传奇》与《分形论——奇异性探索》等书中皆有这样的描述：“1961年冬季的一天，洛仑兹（E·Lorenz）在皇家麦克比型计算机上进行关于天气预报的计算。为了预报天气，他用计算机求解仿真地球大气的13个方程式。为了考察一个很长的序列，他走了一条捷径，没有令计算机从头运行，而是从中途开始。他把上次的输出直接打入作为计算的初值，然后他穿过大厅下楼，去喝咖啡。一小时后，他回来时发生了出乎意料的事，他发现天气变化同上一次的模式迅速偏离，在短时间内，相似性完全消失了。进一步的计算表明，输入的细微差异可能很快成为输出的巨大差别。计算机没有毛病，于是，洛伦兹（Lorenz）认定，他发现了新的现象：“对初始值的极端不稳定性”，即：“混沌”，又称“蝴蝶效应”，一只巴西蝴蝶拍拍翅膀，将使美洲几个月后出现比狂风还厉害的龙卷风！这个发现非同小可，以致科学家都不理解，几家科学杂志也都拒登他的文章，认为“违背常理”：相近的初值代入确定的方程，结果也应相近才对，怎么能大大远离呢！其原因在于：蝴蝶翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并引起微弱气流的产生，而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化，由此引起连锁反应，最终导致其他系统的极大变化。线性，指量与量之间按比例、成直线的关系，在空间和时间上代表规则和光滑的运动；而非线性则指不按比例、不成直线的关系，代表不规则的运动和突变。如问：两个眼睛的视敏度是一个眼睛的几倍？很容易想到的是两倍，可实际是6～10倍！这就是非线性：1＋1不等于2。激光的生成就是非线性的！当外加电压较小时，激光器犹如普通电灯，光向四面八方散射；而当外加电压达到某一定值时，会突然出现一种全新现象：受激原子好像听到“向右看齐”的命令，发射出相位和方向都一致的单色光，就是激光。非线性的特点是：横断各个专业，渗透各个领域，几乎可以说是：“无处不在时时有。”如：天体运动存在混沌；电、光与声波的振荡，会突陷混沌；地磁场在400万年间，方向突变16次，也是由于混沌。甚至人类自己，原来都是非线性的：与传统的想法相反，健康人的脑电图和心脏跳动并不是规则的，而是混沌的，混沌正是生命力的表现，混沌系统对外界的刺激反应，比非混沌系统快。由此可见，非线性就在我们身边，躲也躲不掉了。这种现象被称为对初始条件的敏感依赖性。在气象预报中，称为‘蝴蝶效应’。……”“洛仑兹最初使用的是海鸥效应。”“洛仑兹1979年12月29日在华盛顿的美国科学促进会的演讲：‘可预言性：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀会在得克萨斯引起龙卷风吗？’” 二、蝴蝶效应的含义 某地上空一只小小的蝴蝶扇动翅膀而扰动了空气，长时间后可能导致遥远的彼地发生一场暴风雨，以此比喻长时期大范围天气预报往往因一点点微小的因素造成难以预测的严重后果。微小的偏差是难以避免的，从而使长期天气预报具有不可预测性或不准确性。这如同打台球、下棋及其他人类活动，往往“差之毫厘，失之千里”、“一着不慎，满盘皆输”。长时期大范围天气预报是对于地球大气这个复杂系统进行观测计算与分析判断，它受到地球大气温度、湿度、压强诸多随时随地变化的因素的影响与制约，可想其综合效果的预测是难以精确无误的、蝴蝶效应是在所必然的．我们人类研究的对象还涉及到其他复杂系统（包括“自然体系”与“社会体系”），其内部也是诸多因素交相制约错综复杂，其“相应的蝴蝶效应”也是在所必然的。“今天的蝴蝶效应”或者“广义的蝴蝶效应”已不限于当初洛仑兹的蝴蝶效应仅对天气预报而言，而是一切复杂系统对初值极为敏感性的代名词或同义语，其含义是：对于一切复杂系统，在一定的“阈值条件”下，其长时期大范围的未来行为，对初始条件数值的微小变动或偏差极为敏感，即初值稍有变动或偏差，将导致未来前景的巨大差异，这往往是难以预测的或者说带有一定的随机。 三、产生蝴蝶效应的内在机制 所谓复杂系统，是指非线性系统且在临界性条件下呈现混沌现象或混沌性行为的系统。非线性系统的动力学方程中含有非线性项，它是非线性系统内部多因素交叉耦合作用机制的数学描述。正是由于这种“诸多因素的交叉耦合作用机制”，才导致复杂系统的初值敏感性即蝴蝶效应，才导致复杂系统呈现混沌性行为。目前，非线性学及混沌学的研究方兴未艾，这标志人类对自然与社会现象的认识正在向更为深入复杂的阶段过渡与进化。从贬义的角度看，蝴蝶效应往往给人一种对未来行为不可预测的危机感，但从褒义的角度看，蝴蝶效应使我们有可能“慎之毫厘，得之千里”，从而可能“驾驭混沌”并能以小的代价换得未来的巨大“福果”。蝶效应用的是比喻的手法，并不是说蝴蝶引起的飓风。 1963年12月，洛伦兹（Lorenz）在华盛顿的美国科学促进会的一次讲演中提出：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，有可能会在美国的德克萨斯引起一场龙卷风。他的演讲和结论给人们留下了极其深刻的印象。从此以后，所谓“蝴蝶效应”之说就不胫而走，名声远扬了。 “蝴蝶效应”之所以令人着迷、令人激动、发人深省，不但在于其大胆的想象力和迷人的美学色彩，更在于其深刻的科学内涵和内在的哲学魅力。混沌理论认为在混沌系统中，初始条件的十分微小的变化经过不断放大，对其未来状态会造成极其巨大的差别。我们可以用在西方流传的一首民谣对此作形象的说明。 这首民谣说： 丢失一个钉子，坏了一只蹄铁； 坏了一只蹄铁，折了一匹战马； 折了一匹战马，伤了一位骑士； 伤了一位骑士，输了一场战斗； 输了一场战斗，亡了一个帝国。 马蹄铁上一个钉子是否会丢失，本是初始条件的十分微小的变化，但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。这就是军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”。有点不可思议，但是确实能够造成这样的恶果。一个明智的领导人一定要防微杜渐，看似一些极微小的事情却有可能造成集体内部的分崩离析，那时岂不是悔之晚矣？横过深谷的吊桥，常从一根细线拴个小石头开始。

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本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin，1706年1月17日－1790年4月17日），出生于美国马萨诸塞州波士顿，是美国著名政治家、科学家，同时亦是出版商、印刷商、记者、作家、慈善家；更是杰出的外交家及发明家。他是美国革命时重要的领导人之一，参与了多项重要文件的草拟，并曾出任美国驻法国大使，成功取得法国支持美国独立。本杰明·富兰克林曾经进行多项关于电的实验，并且发明了避雷针。他还发明了双焦点眼镜，蛙鞋等等。本杰明·富兰克林是共济会的成员，被选为英国皇家学会院士。他亦是美国首位邮政局长。目录 [隐藏] 1 先祖2 早年3 中年（37岁起）4 晚年（58岁起）5 逝世后6 发明和科学调查7 美德、宗教和个人信仰8 参考文献9 外部链接 本杰明·富兰克林的自传 生平传记和引导信息 在线本杰明·富兰克林的写作先祖[编辑]本杰明·富兰克林的父亲若西亚·富兰克林（Josiah Franklin）生于1657年，是英格兰北安普顿郡的一个铁匠家庭之子。母亲艾比亚·富尔家（Abiah Folger）则是在1667年时出生于一马萨诸塞州波士顿的学校教师家庭。若西亚·富兰克林于1677年年在英格兰首次结婚，生下数名儿女后，在1683年举家离开英格兰移居波士顿，以售卖杂货为生。之后他首任妻子去世，再娶的妻子艾比亚在波士顿生下本杰明·富兰克林。早年[编辑]本杰明·富兰克林是他父亲十七名子女中最小的儿子。他上学至十岁，十二岁时在他兄长的出版社当学徒。十七岁时出走到费城，数月后到伦敦，在一家印刷厂内工作。后来在一名商人帮助下回到费城，成立了他自己的印刷公司，出版报纸，并且发表自己的文章，在当地的社会中得到相当的尊重。之后他出版的一本箴言书籍，令他大受欢迎。1731年本杰明·富兰克林与其他人合力组建了费城的第一家公共图书馆。图书馆收藏的书籍包括神学、历史、文学、科学等；之后北美各城市亦效法建立；对北美各地人民的启蒙起了不少作用。1736年本杰明·富兰克林组建了北美第一支志愿消防队。1730年，本杰明·富兰克林与Deborah Read以普通法婚姻（Common-law marriage）关系结合。富兰克林与Deborah Read在1724年曾订过婚，因为女方家长反对而未能实现，Read另嫁他人。后来Deborah Read被丈夫遗弃，其夫从此不知下落，依照当时法律，Read一辈子没有再婚的自由。因此本杰明·富兰克林与Deborah Read终身不能循合法形式结为夫妻。但是本杰明·富兰克林另有一名私生子William Franklin，生于他与read结婚之前，生母不详。后来Deborah Read及本杰明·富兰克林将其抚养长大。中年（37岁起）[编辑]本杰明·富兰克林1743年开始筹备一家学院，八年后学院成立，即为宾州大学的前身。与此同时，他开始研究电及其他科学问题。本杰明·富兰克林发表关于龙卷风的论文内的插图1748年，本杰明·富兰克林退出了他的印刷生意，不过他仍然能从他的合伙人手中分得印刷店可观的利润，亦因此有时间进行他各项发明和研究，当中包括了他对电的研究。他发现电荷分为“正”、“负”，而且两者的数量是守恒的。1752年，富兰克林进行了一项著名的实验：在雷雨天气中放风筝，以证明“雷电”是由电力造成。这是一项非常危险的试验，事实上，同时期有其他科学家进行类似的实验时被电击致命（参见格奥尔格·威廉·里奇曼）。至今仍有不少人对于本杰明·富兰克林当年是否真的进行了这样的实验，或实验到底是如何进行，还心存疑虑。但没有争议的是本杰明·富兰克林发明了避雷针；伦敦皇家学会（英国）亦为表扬富兰克林对电的研究，在1753年选他为院士。除了研究电以外，本杰明·富兰克林对气象学亦有所贡献。为了替他的报章寻找新闻，他经常到农夫市场去收集消息。他发现风暴经常在某地出现，然后在别的地方亦有风暴。他相信两者可能其实是同一个风暴，因此提出风暴会移动，最后衍生了日后出现的天气分析、天气图，改变了单纯依靠目测预报的方法。1751年本杰明·富兰克林在宾夕法尼亚州成立了一家医院。这医院日后成为全美国的首家医院。本杰明·富兰克林同时是一名出色的公职人员。不过他亦因为曾以权力替亲人谋求进升，使他的公务生涯蒙上污点。他最重要的政治成就包括改革北美的邮政系统，以及出任外交职位，分别代表北美殖民地与宗主国英国打交道，以及之后出使法国。1754年，他率领宾夕法尼亚州代表参加在纽约州奥尔巴尼举行的殖民地大会，提出各殖民联合的计划。虽然当时计划没有被接纳，但当中的不少内容之后被放进了美国的宪法内。1757年，他代表宾夕法尼亚州人到英国向英王陈述，居住了五年，期间向英国人民及政府官员阐述了殖民地的状况和意见。牛津大学因为他在科学上的成就，在这段时间颁赠他荣誉博士学位。他亦是在这段时间为William Franklin奔走，使他成功当上新泽西州的州长。晚年（58岁起）[编辑]本杰明·富兰克林画像，由戴维·马丁（David Martin）于1767年创作1764年本杰明·富兰克林再度代表宾夕法尼亚州到英格兰。在伦敦时他极力反对1765年英国对殖民地开征的《印花税法案》。但是本杰明·富兰克林同时为他的私交朋友取得美洲印花税代理人的职位，令他的诚信及民众支持度大为受损。一般相信这次事件令本杰明·富兰克林在日后再没有当上更高民选职位。纵使他成功令这法案得到取消，公众对他的支持已不再复返。但他仍然为美洲殖民地效力，在美国革命前替殖民地向英国陈情。这亦导致了本杰明·富兰克林和他效忠英王的私生子William Franklin决裂。1767年，本杰明·富兰克林到了法国，受到法国人的热烈欢迎。1775年3月，从英国伦敦回到北美洲。之后于费城，他被选为英国北美殖民地大陆会议的成员，协助起草《美国独立宣言》。1776年，富兰克林被派到法国任代表美国的专员，一直至1785年。其间他很受法国社会各阶层的欢迎，有些富有的法国家族甚至流行以他的画像装饰画廊。本杰明·富兰克林出使法国十分成功，取得对初生美国来说非常重要的法、美军事同盟，以及谈判签订了1783年的《1783年巴黎条约》。当本杰明·富兰克林在1785年回到美国时，他对美国独立所作出的贡献只在华盛顿之下。本杰明·富兰克林亦是反对蓄奴的先驱。他从法国回国不久后即成为一个反对奴隶制，寻求释放被非法禁锢的黑人的组织主席。1787年，已经退休的本杰明·富兰克林出席了修改美国宪法的会议，成为唯一同时签署美国三项最重要法案文件的建国先贤。这三份文件分别是：《独立宣言》，《1783年巴黎条约》，以及1787年的《美国宪法》。在这一年，富兰克林捐款修建了以他命名的富兰克林·马歇尔大学。较少人知道的是，虽然本杰明·富兰克林是美国著名的建国元勋，但在美国革命爆发以前，他主要是作为外交人员，亦曾经强烈反对革命。在看到英国不可能继续维持美洲殖民地统治之后，他才成为独立运动的热切支持者。直至1780年，他仍然考虑呼吁容许英国保持对美洲的主权，以换取殖民地的高度自治。逝世后[编辑]富兰克林在1790年4月17日逝世，与其妻合葬在费城Christ Church的墓地。由于1928年以后每张百元美钞上都印有本杰明·富兰克林的肖像，再加上美元身为世界主要流通货币的重要性，导致本杰明·富兰克林的长相广为世界各地不少人所熟悉。美国在线曾于2005年举办了票选活动《最伟大的美国人》，当中富兰克林被选为美国最伟大人物的第五位[1]。本杰明·富兰克林在大部分的情况下吃素，但有时仍会食用少数鱼肉产品，因此不能算是纯粹的素食者。他吃素的原因，一来是反对将动物做为食物原料，二来是为了健康考虑，三来是想要省钱买书，因为在当时蔬菜的价钱较鱼肉便宜。发明和科学调查[编辑]富兰克林是一个让人惊奇的发明家。 他拥有许多作品，像避雷针，玻璃harmonica（一种玻璃乐器，容易与金属口琴混淆），富兰克林炉(新式火炉)，双焦距眼镜 。 富兰克林从来没有将他的发明申请专利，在他的自传中,他写道，“...因为我们享有很大的优势，从他人的发明，我们应该感到高兴的就是有一个机会为他人服务，我们在这一点，应该做的自由，且慷慨的。”他的发明还包括社会创新，如让爱传出去(paying forward) 。富兰克林的魅力与创新可以被看作是无私的，他说，他的科学发明是要用于提高效率和人类进步。例如:借由他发明的印刷机，加速了新闻服务的传播速率。美德、宗教和个人信仰[编辑]富兰克林强调：唯有当人民是贞洁的，新共和国才可能生存。他的一生便在探索这公民角色与个人美德之间的关系，就像Poor Richard所表达的箴言一样。他认为：有组织的宗教，需留有好男人及他们的同胞，但他自己却很少出席礼拜。当富兰克林在巴黎会见了Voltaire，便请这位了不起的传道士保佑他的孙子，Voltaire用英文说了“上帝和自由”，并加上这句话－“这是致赠给富兰克林先生的孙子唯一适当的祝福”。富兰克林的双亲皆为虔诚的清教徒，他们加入了波士顿最自由的清教徒们所参加的Old South Church（古老的南方教堂），富兰克林也于1706年在那里受洗礼。他的父亲是位贫困可怜的杂货商，拥有一本Bonifacius的拷贝书，书名为：做好你的文章（Essays to Do Good~by Cotton Mather and preacher），这本书便对富兰克林的人生产生了关键性的影响。富兰克林的第一个笔名：Silence Dogood－被Mather赋予尊敬及不到的意味。书中亦提及：成立志愿协会对社会的好处，因为从Cotton Mather身上，富兰克林得知成立这个协会将会对社会产生贡献，但富兰克林的组织技能才是影响美国人忍让个性的最主要因素。富兰克林在1728年公开了他的信仰并出版了这本书，书中并未提及诸多清教徒们的思想，像救世、地狱、耶稣的神威等等。他也在1776年的自传中澄清，自己身为一位自然神论者，仍然保有着对上帝的坚强的信念：道德善良的人们及清教徒对美国独立的责任。（它便是富兰克林在1787年6月的宪法大会中，告诉人们每日祷告词的实践内容。）在First Great Awakening（第一大觉醒）[1]期间，富兰克林对于福音派长老George Whitefield来说，是一个热心的支持者。富兰克林并不强力支持Whitefield的理论，但对于“借由做好事来规劝人们崇拜上帝”这部分，他却是敬仰Whitefield的。富来克林出版了Whitefield所有的布道和日志，也因此促进了Great Awakening（大觉醒）[2]。当富兰克林停止去教会后，他在他的自传中写道： 星期天是我学习的日子，而且我未曾怀疑过，就像：神的存在－他创造了这个世界，并以他的远见来治理，最令人接受的服务，便是对人类做些有益的事；我们的灵魂是不朽的，不论现在或未来，所有的罪犯都将受到惩处，而坚贞的美德都将受到赞赏。