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热搜科普一相逢(首发公众号: Robin博士)

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导读

在2021年的1月14号,有一个师弟跟我讲了一声“你迟到了”,因为这一句话,我会一直记住这个师弟。如果气温也是一盆火锅的话,我希望这盆火锅不会凉下来;如果一定要加一个日子的话,我希望它是一万年。

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图丨王家卫经典电影《重庆森林》

就在今天,终于,Robin博士已经坚持了快一百天的“6:30早起计划”遭遇重大挫折。别说六点半起床,就是拖到十点半也起不了床,裹紧被子连手机都不想摸。因为,今年的冬天实在是太冷了!#科学燃计划#


北风萧萧,寒潮来袭

北方自不必多说,1月7日,北京出现自1966年3月以来最低温度-19.6℃,大家出门如闯北极,纷纷感叹其实北极也没那么冷。以往需要N次入冬才能成功的南方也撑不住了,香港跨年夜市区最低气温8.1℃,是自2012年以来最冷的一个跨年夜。元旦期间,深圳的气温更是下降到5℃左右。大街上寥落的行人大多穿上了厚重的羽绒服,深圳万象天地,海岸城等商场也没有以往热闹。这与以往暖冬年份,珠三角/港澳人士在春节前后穿着短袖衬衫,吃着火锅(打着边炉)唱着歌的欢乐景象形成鲜明对比。还没完,中央气象台预计,14日至17日,新一轮冷空气将自西向东影响我国大部地区,带来大风和强降温天气,日平均或最低气温下降6~10℃。这可真是要了亲命了!

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图丨2021年1月7日北半球风场和气温图(来源:中国天气网)

今年的冬天为什么如此寒冷呢?Robin博士接下来将做一个专业的解答。


从北极“发货”的寒潮

大家在收看央视天气预报的时候(Robin博士喊话:台长,天气预报的祖传BGM《渔舟唱晚》可以更换一下吗?),经常听见“西伯利亚”这个词。当年苏联领导人斯大林最喜欢把政治犯和日本战俘流放到西伯利亚挖土豆,因为那地儿太冷,普通人待不下去。其实地球上最冷的地方还不是西伯利亚,而是北极。

北极聚集了大量冷气团,导致极地低空形成冷性高压,高空则形成冷性低压,这个极地高空的冷性大型涡旋系统,就是极地涡旋。这个极地旋涡是个双子座,时而乖乖听话逆时针转圈圈,那么中国境内就会是暖冬;时而暴躁不已发脾气,到处撒野,那么我们就要做好抗寒的准备了。

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图丨2017年影响美国的极地涡旋示意图 (来源:NOAA网站)

四舍五入一下,这次大部分人也算是足不出户体验了一把去北极旅游看魅惑极光时寒冷的感觉了。

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图丨北欧魅惑の极光 (来源:Robin博士)


寒潮的危害

寒潮属于极端天气的一种。

冰雪女王不代表冰雪,女王是善良的,而冰雪会带来灾害。

健康方面:冻疮,感冒自不必多说。今年受影响最大就是新冠疫情。实验室数据表明,新冠病毒偏好寒冷、干燥的环境,特别是没有阳光直射的地方。微生物怕热不怕冷,宏观类比一下就是说:把活鱼放进低温液氮罐,然后马上捞出来放水里(缺德行为!),那鱼还能活几分钟;如果把鱼放煎锅里并且开火,那鱼会......散发香味然后变成红烧鱼,无法复活。

寒潮常伴随干旱天气,内陆远离海洋,空气本身已干燥,寒潮爆发时,它将海上来的水汽吹走,让空气变得更干燥。所以今年的疫情加上寒潮,真的是雪上加霜(鲍中堂和拜登均表示情绪稳定)。新华社消息,截止2021年1月14日,据世卫组织披露,全球累计新冠确诊病例达90335008例,美国累计新冠确诊病例达2300万,这场战役远没有结束。特殊时期,大家注意防寒保暖和正确佩戴口罩。

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图丨英国伦敦,一位老者在接种新冠疫苗(来源:Nature)

经济方面:剧烈低温及强风也会对农林牧副渔等产业造成危害。以农业为例,温度骤降会使植物细胞里面的水结冰,水结冰体积会膨胀,撑破细胞膜导致农作物死亡。此外,寒潮来袭时,人类社会的基础设施也面临着巨大挑战。

以Robin博士小时候亲历的2008年湖南雪灾为例,当年推开家门就是漫过脚踝的大雪,输电线缆上全部挂满了冰碴子,而线缆两端电线杆的承重是有限度的,只能靠湖南电力局的工程师手动除冰,还因此牺牲了好几位英雄。

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图丨被冰雪压垮的输电设施(来源:搜狐)

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图丨2008年雪灾发生后,湖南省电力局的工程师正在抢修输电设施(来源:维基百科)


科技改变生活

2008年距今已经有13年,十三载沧海桑田。当年Robin还只是一个初中生,而现在已经是一个(准)博士。当年电缆除冰只能靠电力工程师架着梯子,拿根木棍去敲,工作危险效率还低。而现在,科学家已经研发了更好的手段去削弱寒潮对基础设施带来的危害,以输电系统为例:

防覆冰橡胶和涂料

气温骤降,输电线缆上容易挂满冰碴子导致重量过大而拉断电线杆。科学家的解决思路之一是在输电线缆上使用特殊的橡胶或者涂抹特殊油性材料。这样处理以后,冰层与线缆表面的粘附力显著下降,冰层难以积累。现在最先进的涂层能在不需要外加太多扰动的情况下,通过冰的自身重量来除去表面的冰。这个过程就像把荷叶倒过来,荷叶上的水会自动滴落一样。

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图丨研究人员通过构建超疏水表面来减少冰层的附着(来源:pubs.rsc)

除冰无人机

未来是机器人的时代。针对严寒地带输电线路覆冰厚实的情况,科学家研制了一类高效除冰、高速过障和轻量化适合严寒地带高压线除冰的无人机。最近,据中国民航局第二研究所报道,挪威UBIQ航空航天公司已开发出基于电热概念的技术,可使Group2和3类无人飞行器(UAV)在易于结冰的条件下飞行时自动除冰。这类无人机通过算法和传感器来监控飞机的性能,一旦监测到低温条件,系统就会启动并开始检测飞机上任何地方是否积冰。如果发现结冰,该系统将启动电热面板发热程序将其清除。这样的无人机只需加上机械除冰装置,就能很好地应用于生产实践中。唯一的缺点就是——太贵。

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图丨挪威UBIQ航空航天公司最新研发的除冰无人机(来源:中国民航局第二研究所)


总结

近日来,山东、河北、北京、上海、安徽、河南等多地政府部门发出建议,春节非必要不返乡。同时,各地疫情的消息不断,这与当下寒冷的气候有莫大关联。按照往年惯例,春节期间人口流动频繁,一旦出现大规模爆发,病毒变异加快,后果可想而知。将心比心,基层干部和医护人员的工作已经十分繁重。

所以,特殊时期,原地度过春节是当下的最佳选择!#科学燃计划#

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参考资料:

[1] "为什么这次寒潮这么冷?因为它真是从北极“发货”的-资讯-中国天气网". News.Weather, 2021, news.weather/2021/01/3429135.shtml.

[2] "The Polar Vortex Is Going To Make You Put On A Sweater. Be Afraid. Be Very Afraid. | NOAA Climate.Gov". Climate.Gov, 2021, climate.gov/news-features/blogs/enso/polar-vortex-going-make-you-put-sweater-be-afraid-be-very-afraid.

[3] "截至1月12日24时新型冠状病毒肺炎疫情最新情况-新华网". Xinhuanet, 2021, xinhuanet/politics/2021-01/13/c_1126976437.htm.

[4] Sojoudi, Hossein, et al. "Durable and scalable icephobic surfaces: similarities and distinctions from superhydrophobic surfaces." Soft matter 12.7 (2016): 1938-1963.

[5] "挪威UBIQ航空航天公司开发无人机自动除冰技术 - 中国民航局第二研究所". Caacsri, 2021, caacsri/detail.do?id=3294.

[6] Idris, Mohamad K., et al. "Printing electronics directly onto carbon fiber composites: unmanned aerial vehicle (UAV) wings with integrated heater for de-icing." Engineering Research Express 2.2 (2020): 025022.

[7] 马丽君, et al. "极端天气气候事件对旅游业的影响——以 2008 年雪灾为例." 资源科学 1 (2010): 107-112.

[8] 王青, and 王飞成. "2008 年雪灾与自然灾害预警机制的建立." 经济研究导刊 10 (2008): 233-236.

[9] Schoeberl, Mark R., et al. "The structure of the polar vortex." Journal of Geophysical Research: Atmospheres 97.D8 (1992): 7859-7882.

[10] O’Neill, Brian C., et al. "Achievements and needs for the climate change scenario framework." Nature climate change (2020): 1-11.

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