大气声学的内容
大气中存在着的各种各样的声音,不过可以笼统的分成自然的和人为的两大类。前者主要来源于一系列气象现象和其他地球物理现象,如飓风(台风)、海浪、地震、极光、磁暴等。它们不仅产生可听声而且更产生次声;风的呼啸是由于大气涡旋通过各种障碍物时被破坏而产生的。其他一些常见的自然声则大多来自空气流中某些物体的振动,如电线的嗡嗡声、树叶的沙沙声等。
人为的声音中主要是工业和交通工具的噪声,特别是超音速喷气机飞行时产生的冲击波传播问题,日益引起人们的注意。如果大气条件有利于这种波的聚焦,那么地面上的建筑物和人的健康就会受到危害。
随着声定位技术的发展,现在已可由若干个接收站测得的数据定出自然声源或人为声源的位置,这在预报台风、地震以及侦察核爆炸、炮位中都有具体应用。随着数字式数据处理技术的迅速改进,这类应用将日臻完善和广泛。
大气中自然源发出的声波具有极宽的频谱,此外,在周期几分钟至几十分钟内,还存在一类空气压缩力和重力共同参与作用的声重力波。不过大部分自然声源主要产生大气次声波。由于发声过程的复杂性、测量技术和识别声源方面的困难,仅对雷声作过较多的频谱测量,其他发声过程的频谱尚只能估计。
雷是伴随闪电出现的大气发声现象。雷形成的机制,主要是强烈的闪电放电时,电流通过闪电通道而产生高温高压等离子体,造成一个向通道四周传播的激震波,这个高压激震波在很短距离内迅速衰减并退化为强的可闻声和次声。
由于闪电放电的复杂性,不同闪电的雷声在时间变化和强度等方面也有很大差异,大体可分为炸雷(持续时间1秒左右的强烈雷声脉冲)、闷雷(重复数次的隆隆声脉冲)和拉磨雷(持续较长时间的低沉声响)三种。
20世纪60年代以来对雷声声强谱密度的测量表明,雷声声强谱的峰值所在的频率为4~125赫,有的雷声声强谱峰处于次声波段,有的在可闻声波段。一次雷在不同时刻的声音,其瞬时声强谱也存在很大差异。雷声的复杂性也为研究雷雨云提供了一种信息来源。