天氣瓶靠譜嗎?深度解析天氣預報瓶

 天氣瓶靠譜嗎?深度解析天氣預報瓶

作者：李汀 中國科學院博士後

前段時間，微博中頻繁收到一些關於“天氣瓶”的艾特，聽說各種走紅，問我是真是假。本著對粉絲負責的態度，貧尼決定去一探究竟!

天氣瓶，全名天氣預報瓶，又名風暴瓶，英文名StormGlass。

發明人說法不一，其中一位據說還是氣象學家RobertFitzroy——此人就是達爾文進行環球考察時乘坐的那艘“小獵犬號”的船長。他把蒸餾 水、樟腦、乙醇、硝酸鉀和氯化銨混合成溶液，密封在玻璃瓶子裡。隨著天氣的變化，瓶子裡溶液的結晶也會發生不同的變化，觀察結晶就能預報天氣。

然後就是各種淘寶賣家的介紹，都說能預測天氣——“當瓶中液體清澈乾淨，代表天氣晴朗;當瓶中液體混濁朦朧，代表天空多雲陰鬱;當瓶中出現大片結晶，代表將降溫甚至下雪。”(各家描述略有出入，總體上大同小異)

淘寶商家對天氣瓶不同天氣產生不同晶體變化的介紹

PS：不得不說，在淘寶搞調研真的太考驗人性了，滑鼠神不守舍東點西點根本停不下來，調研結束後差點破產。

掐指一算：這頂多是個漂亮的溫度計!首先，天氣雖然千變萬化，其實歸根結底不外乎是溫度、溼度和氣壓的變化。對於天氣瓶子而言，由於它是密閉的，所以溼度和氣壓無法施予影響，真正能對它產生作用的就只有溫度。

我們可以看看天氣瓶子號稱能預測出的幾種天氣：晴、陰、多雲、降雪、暴風雪……這些天氣狀況，都並非只由氣溫這一個指標來主導。比如說，某地，冷空 氣來了，氣溫下降(這是天氣瓶能捕捉的)，但到底會不會下雪，還取決於水汽輸送條件(這是天氣瓶不能捕捉的)，所以天氣瓶子怎麼可能判斷下雪呢?!還有 陰、晴、多雲，這些天氣現象完全可能在同樣的氣溫條件下發生，其差別僅在於天空雲量(晴為雲量<30%，陰為雲量>70%，中間的為多雲)，天氣瓶子又怎 麼能獲取到天空雲量資訊呢?!

其次，既然天氣瓶子完全依賴於溫度變化，那顯然它就必須放在室外，才能與大氣溫度充分接觸。可是幾乎所有的廣告和介紹都沒有提示這一點，大部分圖片 也都是放置在室內——這倒也與它精巧脆弱的造型相符。在如今的居室條件下，室溫變化已經越來越小了，冬天有暖氣、夏天開空調，這種條件下，天氣瓶子連真實 的氣溫都反映不了，更別說再進階到天氣變化了。

還有最重要的一點，就算我們把天氣瓶子放在室外，就算室外的天氣瓶子真能反映出氣溫變化——那又怎樣?這能叫“預報”嗎?!

什麼叫預報?現在是10℃，我跟你說，24小時後會變成20℃，這才叫預報!而天氣瓶子無非是現在已經20℃了，它用結晶的狀態反映出來而已，這可不是預報，這只是實測，其功能僅僅相當於一支漂亮的氣溫計——把抽象的水銀柱刻度，換成了具象的溶液結晶型而已。

等下!到底能不能實現溫度計的功能還且說呢!

#p#副標題#e#

做個實驗：天氣瓶比溫度計任性很多

天氣瓶子裡的溶液結晶變化，到底能不能反映溫度的變化?或者說，能反映到什麼程度?對於這個問題的好奇心，戰勝了我愛財如命的本質——我去買了一個天氣瓶子!

在買的瞬間我突然又想到，要不要考慮下瓶子自身是否存在明顯的個體差異?比如說，在同樣的條件下，同樣的瓶子卻產生不同的結晶變化?

理論上來說，此時我應該買100個瓶子來觀察。但是!我愛財如命的本質終於戰勝了一切——我決定只買兩個來看看再說……

OK，這就是傳說中的天氣瓶子。

我把它們放在室內遠離暖氣的窗戶邊上(之所以要遠離暖氣是為了照顧南方人民的情緒)，它們總體上很清澈，只在底部有少量小枝杈一樣的結晶。

過了24小時，請注意，此時室溫跟昨天相比，幾乎沒有變化。它們就變成了醬紫——

兩個瓶子的結晶就像在自己生長，而且很明顯左邊的瓶子裡的結晶長得更快。

室內溫度的變化幅度太小了，我決定找個變溫幅度更大的地方來觀察!於是我和小夥伴們來到了中國氣象局大氣探測綜合實驗基地，藉助他們高大上洋的實驗裝置來完成我們的小打小鬧小實驗。用基地老師的話說——殺雞用牛刀!

請看這個箱子!這不是一個普通的箱子!這是一個可以人為決定溫度、溼度和氣壓的箱子，全名溫溼壓聯合試驗箱。

室內溫度的變化幅度太小了，我決定找個變溫幅度更大的地方來觀察!於是我和小夥伴們來到了中國氣象局大氣探測綜合實驗基地，藉助他們高大上洋的實驗裝置來完成我們的小打小鬧小實驗。用基地老師的話說——殺雞用牛刀!

請看這個箱子!這不是一個普通的箱子!這是一個可以人為決定溫度、溼度和氣壓的箱子，全名溫溼壓聯合試驗箱。

溫溼壓聯合試驗箱(中國氣象局大氣探測綜合實驗基地提供)

考慮到，正如前面所說，溼度和壓強不能影響密閉瓶子中的溶液和晶體，所以我們把溼度和壓強都定為接近自然狀態的常數：溼度為30%，壓強為1013hPa。

不想聽貧尼囉嗦的，直接戳下方視訊觀看完整實驗短片，然後跳至本小節末端閱讀。

好了，下面開始變化溫度：

剛放進箱子的瞬間，溶液還很清澈，只有底部有少量結晶。

室溫時拍攝

溫度先升到40℃，靜置15分鐘，額，似乎沒什麼變化。

溫度降到30℃，靜置15分鐘，咦，左邊瓶子出現了輕微的渾濁，感覺結晶都懸浮起來了;而右邊瓶子依舊清澈，只是底部的晶體變多了一點。所以，是溫度越低、結晶越多嗎?

30℃時拍攝

溫度降到20℃，靜置15分鐘，咦，又回到清澈的狀態了，跟40℃時非常類似。哎呀不會是箱子的溫度設定出問題了吧?趕緊檢查了一下，的確是20℃呀——看來瓶子很任性!

20℃時拍攝

溫度降到10℃，靜置15分鐘，又沒什麼變化了。看來結晶的變化與溫度的變化，並沒有想象中的線性關係，比如溫度越低、結晶就越多。

溫度降到0℃，靜置15分鐘，左邊瓶子裡懸浮的結晶增多了，顯得很渾濁;右邊瓶子裡的晶體也在增長，但速度比較慢。

0℃時拍攝

溫度降到-5℃，靜置15分鐘，晶體繼續旺盛生長，但右邊的瓶子始終保持慢半拍的節奏。

-5℃時拍攝

正準備繼續降到-20℃，基地老師突然說：“等下!降到20度這玩意兒不會凍炸了吧?!”

我說：好呀好呀那我們就拍個凍炸了的吧!到時候我就配個圖說——看吧我們把天氣瓶子虐!到!炸!裂!噗哈哈哈……

基地老師：噗哈你個鬼啊!瓶子炸了是沒事兒，這箱子怎麼辦?弄壞了你賠?!

我：賠不起……好的我們停止吧!

於是我們把溫度恢復到0℃，開始收拾東西。

10分鐘以後不經意看了眼——咦，左邊瓶子裡的晶體好像在向下沉澱，而右邊瓶子裡的晶體還在繼續增加。

乾脆又等了10分鐘，兩個瓶子的晶體都增加了!而此時的溫壓溼條件並沒有變化。

0℃持續20分鐘後拍攝

再度陷入深深的思考中：到底是什麼在影響天氣瓶子中結晶的狀態呢?

1)除了溫度本身以外，溫度趨勢是否對結晶形態也有影響呢?比如同樣在10℃的狀態，從20℃降到10℃，跟從0℃升到10℃，結晶會不會不一樣呢?

2)靜置時間會不會也有影響呢?比如在恆定的條件下，晶體會不會自己生長?

3)即使溫度、溫度趨勢、靜置時間等外部條件都完全相同，結晶形態也不一樣。這是因為溶液結晶本身就具有隨機性呢?還是因為商品生產時不精確，每個瓶子中的溶液濃度有差異呢?

思考了5分鐘後，我找到了正確答案——我是學氣象的又不是學溶液結晶的我怎麼知道?!子曰：術業有專攻，隔行如隔山。我還是去找專業對口的老師來解答問題吧麼麼噠~

場外求助：化學專家都說不靠譜了

這位是清華大學化學系的孫亞飛博士，鼓掌~

清華大學化學系的孫亞飛博士

我：孫博士孫博士，你看到我的小實驗了嗎?

孫：看到了。

我：有什麼看法呢?

孫：女人為了逛淘寶真是什麼理由都想得出。

我：……重點錯!重點是天氣瓶子裡的溶液結晶受哪些因素的影響好嗎博士大人!

孫：哎巧了，日本科學家長島和茂跟你有一樣的疑問，他和他的團隊專門進行了實驗，對天氣瓶的結晶條件和結晶成分進行了驗證。結果表明：環境電場、磁 場、溼度、氣壓這些因素，對於天氣瓶子中晶體的生長都沒!有!影!響!真正能造成影響的，主要是環境溫度。一般對於這種樟腦-乙醇-水體系，溫度越低，就 越容易出現結晶。

我：但是我發現，我們在降溫過程中，它的晶體並不是越來越多，中間曾經有一陣反而變少了，後來又繼續增多了。

孫：因為溫度變化的趨勢和速率，也會影響結晶。比如同樣是降溫，快速降溫的結晶和緩慢降溫的結晶就不一樣。還有外界擾動也會有影響，比如你要是搖晃過瓶子的話，就會促進晶體的生成。

我：咦?搖晃瓶子不會把晶體搖散了嗎?

孫：呵呵，搖晃的確不容易形成完整的較大的晶體，但是就量而言，還是促進的。

我：嗷，醬紫。還有一個現象，我把瓶子放著，環境沒有任何變化，晶體自己就變多了，它是會自由生長嗎?

孫：會。

我：那一方面，靜置時晶體會自由生長;另一方面，搖晃時也會促進晶體生成。這似乎是兩個相反的條件，卻指向了同樣的趨勢——也就是非線性變化咯?

孫：是的，所以結晶過程是很複雜的。

我：最後一個問題，兩個瓶子在完全相同的條件下，結晶狀態卻不同，是不是說明結晶具有某種隨機性呢?

孫：這有兩種可能，一種是兩個瓶子裡的溶液比例和濃度不一樣;另一種就是你說的隨機性——我們業內更喜歡稱之為“人品”。當然了，其實並不是真正意義上的隨機，而是有很多微觀干擾我們無法克服，而巨集觀差別又很大，類似於蝴蝶效應，你懂的。

我：贊!那這樣看來，要想用天氣瓶子來反映溫度，是不太靠譜的了?

孫：是的，干擾因素太多，還有拼人品，很難準確地反映溫度變化。

我：好的，明白啦!那孫博士您還有什麼要跟我們的讀者盆友們說的嗎?

孫：我想說的是，我也會做天氣瓶子，這些溶液我們實驗室都有，密封也沒什麼難度，價格便宜量又足，全國包郵……

我：孫博士債見!

總結陳詞：就讓天氣瓶做一隻安靜的美道具吧!根據上面一系列的討論，相信大家也能看出，天氣預報瓶——

第一，肯定不能預報天氣;

第二，不僅不能預報，甚至也不能實時反映天氣;

第三，不僅不能反映自然天氣，甚至也不能準確反映室內溫度。

所以，這麼說吧，天氣預報瓶，其實就是一個能夠很粗糙地反映出室內溫度大致變化的工藝品。

就功能而言，還不如一隻簡陋的氣溫計。

當然，它可以用來觀察晶體變化，也具有美觀作用，僅此而已。至於其它神乎其神的功能性的宣傳，我只能說——不可能啦!