那一夜，我向“蛐蛐儿”问起了温度_风闻

中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-06-30 10:30

2019-06-30

原创：中科院物理所

这几天，小编都要被热死了。这几天的天气预报播报的都是高温蓝色预警。

（感觉不是很热的样子？）

灾害预警按照由强到弱，一般可以分为四个等级，并且分别对应四种颜色。这四种颜色分别是蓝色、黄色、橙色、红色预警。而对高温预警来说，红色预警程度最高，是24小时内最高气温将升至40摄氏度以上 [1]。

emmm，那这个排在最后的蓝色预警怎么听上去像个“弟中弟”？

“弟中弟”为什么还这么热呢？原来高温蓝色预警是气象台（当天）预测未来48小时某个城市大部分地区将持续出现最高气温35摄氏度及以上的高温天气提前发出的预警。原来是提前告知我，这几天的命是空调给的！

偷偷调低温度

那么地球上的热量是怎么来的呢？它又有多少呢？

太阳辐射惹的祸？

抬头望望天，太阳在笑。

转头看大家，快要蒸发。

所以这么热的天，一定是太阳搞的鬼！

太阳os：我也贼热

在说明太阳输送给地球多少热量之前，先讲个（专业）名词。太阳辐照度是在测量仪器的波长范围内以电磁辐射的形式从太阳接收的单位面积的功率。对时间积分的太阳辐照度被称为太阳辐射。辐射强度可以通过一系列公式和模型计算出来（过长省略），最后我们可以得到大气顶层垂直于太阳光线的单位面积每秒钟接受的太阳辐射，也就是常说的太阳常数，大约是1.35kW/m2 [2]。如果乘以地球的截面积，这个能量将会非常巨大。

然后光线继续向下，通过大气层时会有一定的衰减，即由于大气层的气体分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射，使得到达地面的热量减少。不过你先不用急着感谢大气层。到达地面的太阳光会有一部分反射回去，这个时候大气层又会像“被子”一样反射一部分辐射回地面，也就是相当于给地面盖了一张“被子”。

虽然夏天确实会更热，但是这个作用使得地球昼夜温差变化不至于过大，也有利于地球生命的繁衍与生存。

虽然我知道它很热，但是我想知道它到底有多热该怎么办？

我想知道有多热？

体感温度很“高”，可是这个高应该怎么量化呢？

这个时候就需要我们的温度测量工具——温度计了。

开始爆表的温度计

温度计分为很多种，比如气体温度计，电阻温度计，温差电偶温度计，压力式温度计等等，总的来说，就是利用测温材料或者测温介质某个参数随温度而改变进行温度测量的[3]。

常见的玻璃管温度计是利用热胀冷缩的原理来实现温度的测量的，利用的是测温介质的膨胀系数与沸点及凝固点的不同，所以我们常见的玻璃管温度计主要有：水银温度计、红钢笔水温度计等。

各种红钢笔水温度计（我们中出了个叛徒？）

一般的玻璃管温度计具有结构简单，使用方便，测量精度相对较高（满足日常测温）和价格低廉的优点。缺点是测量上下限和精度受玻璃质量与测温介质的性质限制，且易碎 [4]。而现在大多数集成的电子温度计一般使用的是温度传感器，是可以将温度转换为可输出信号的传感器，然后通过显示器显示温度，具有测量精度更高、体积更加小巧等特点。

赶紧拿出我的温度计，测一下。恩？

这可该如何是好？直到耳边传来了“唧唧”的蛐蛐儿声音。

蛐蛐儿也能测温度？

答案是肯定的。

直觉一般会告诉我们，温度越高，化学反应就越快（越热大家越暴躁？）。阿伦尼乌斯方程就是体现反应速率随温度变化的公式，

其中k是速率常数，A是指前因子，Ea是是反应的活化能，R是通用气体常数，其值为8.314 x 10-3kJ mol-1 K-1，T是绝对温度（开尔文为单位） [5]。

阿伦尼乌斯不仅适用于一些化学反应，而对包括蟋蟀在内的所有冷血动物体内的生化反应速率也会遵循阿伦尼乌斯方程，也就是说“蛐蛐儿”体内的生化反应速率严重依赖于周围的温度。

具体来看，如“蛐蛐儿”发声所需要的肌肉收缩的力量，是来自体内发生的一系列生化反应所产生的能量提供的，**外面越冷，“蛐蛐儿”肌肉中的化学反应越慢，“唧唧”**声的频率也就越少，当外面变热后，“唧唧”声频率又会增加。

而“蛐蛐儿”没有能够控制体内温度的机制（像人一样维持恒温），这意味着它们无法自行改变“唧唧”的频率。而这种与温度的唯一相关性，足以让我们可以不睁开眼睛而知道当前温度，这个规律首先被一位物理学家多贝尔（Amos Emerson Dolbear）所发现。

多贝尔在他家外面的草地上进行了三次记录和统计，在60华氏度时，蛐蛐儿“唧唧”的速度大约是每分钟80次，在70华氏度时，大约是每分钟120次，而当温度低于50华氏度时，蛐蛐儿大约保持在每分钟40次的速度。随后他进行了统计，找到了其中的规律，用于近似估算当前的室外温度：

N60是每分钟“蛐蛐儿”“唧唧”次数，TF是华氏温度。

到1948年，该公式正式命名为“Dolbear定律”。

重新以摄氏度为单位，会得到：

觉得数一分钟有些累，可以使用简化版的公式，只需数8秒内“唧唧”数来估算温度，即：

这样，即使你没有温度计，依然可以估算当时的室外温度（美滋滋) [6][7]。

谁是多贝尔？

Amos EmersonDolbear 图片来源于维基百科

多贝尔是美国物理学家和发明家，他以1882年发明的无线传输电报信号系统而闻名于世。其实，他发明了第一台带永久磁铁的电话接收器，比贝尔早了整整11年，但未遵守正确的专利局手续而无法被证明。**由此可见，做什么都要合规手续。**这使他没能像贝尔、爱迪生一样被大家所知。

他还发明了静电电话和白炽灯系统，但是最有趣的莫过于以他名字命名的由“蛐蛐儿”声音频率测温度的公式—多贝尔定律，也就是1897年，他在The American Naturalist上发表了名为《The Cricket as a Thermometer》的文章 [8]，短的仅仅只有两页。

不过蛐蛐儿“唧唧”的频率也会随着年龄阶段等有些许的不同，但是，大部分情况下，Dolbear公式还是可以能够近似测量当地温度的。

何处找蛐蛐儿？

蛐蛐儿，学名蟋蟀。有斗鸡、秋虫、夜鸣虫等称谓，并且非常古老，距今已有1.4亿年的历史了。蟋蟀生性孤僻，一般的情况都是独立生活，绝不允许和别的蟋蟀住一起（雄虫在交配时期才会和另一个雌虫居住在一起），因此，它们彼此之间不能容忍，一旦碰到一起，就会咬斗起来。也正是这个原因，才发展出了“斗蛐蛐儿”这项活动。