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大氣的聲音世界

撰文:張冰

大氣中的聲音

 

大氣中有各種各樣的聲音:風聲、雨聲、和最為人熟知由閃電造成的雷聲。由於風和溫度都對聲音的傳播速度有很大影響,也會產生類似光學上的海市蜃樓那樣的現象,因此,透過分析聲音訊號,亦可估算當時大氣的性質如溫度的高低或風力的分布。

除了我們日常聽到的聲音,大氣中還存在很多人耳無法聽到的低頻聲音。人的聽覺極限為20赫茲至2萬赫茲,低於20赫茲的音波稱為次聲,我們人類便無法聽到。由於天氣系統的尺度通常較大,所以很多天氣現象都會產生人耳無法聽到的次聲。研究聲音在大氣中傳播特性的科學稱為大氣聲學,當中的次聲學便是專注於人耳無法聽到的低頻聲音。

早在第一次世界大戰前,次聲已用於偵測爆炸的位置,在冷戰期間亦被用來監測大氣中的核試驗。全球正在推動的”全面禁止核試驗條約”中,便要求在全球範圍內設立次聲監測網,以監察在大氣中有否異常的大規模爆炸。因為有了這些探測網,科學家們得以發現大量自然現象都會產生不同特性的次聲。除了地震,海嘯,火出爆發等等,各種氣象系統如颱風,雷暴,龍捲風甚至晴空湍流都會產生次聲。

次聲波的波長很長,例如颱台風眼所產生的次聲振動週期約4-8秒(0.25 – 0.125赫茲),波長便可達數公里。次聲波的特點是衰減小,可作長距離傳播,因此能夠對大氣進行大範圍連續不斷的監察,當結合其他的遙感資料一起使用,更可提供額外的關於大氣結構的數據。認識並利用次聲方法來預測各類危險天氣的活動規律,成為近代次聲學研究的重要課題。


最近修訂日期: <2014年4月1日>