为什么用声音能探测大气

声音是人耳对大气中空气分子的疏密波动的感觉。譬如说，我们敲钟时，这口钟被敲击而发生振动，这种振动推动了邻近的空气分子，使它们发生密度的疏密变化，这种疏密的周期性变化，在空气中传播，就形成声波。当声波传到我们的耳朵中来时，我们就听到了钟的声音。

近年来，用声音来探测大气的研究，引起了人们的注意。早在1901年，人们就发现炮弹爆炸区周围约70〜90公里以外，有一个听不到爆炸声的静声区，在这个静声区以外，又有可听见爆炸声的区域。第一次世界大战期间，这种现象更引起人们的注意。人们在爆炸地点四周不同距离处，安置了许多拾音器来接收爆炸声，以研究这种反常声波的传播现象。在第二次世界大战期间，人们还曾用火箭带了爆炸物在高空爆炸，并用地面拾音器进行探测。这些探测都证明在高空约50公里处，有一个高温区存在。静声区的出现，是声波在高空传播时发生了折射的缘故。

但近年来，利用声波探测大气的设备，主要是用“声雷达”。声雷达能测出近地面1〜2公里以下的大气温度、湿度随高度的变化和它微小的脉动现象，还可测出风向、风速、锋面结构、对流热气流、逆温层等等。

声音为什么能够探测大气的性质呢？这是因为大气能影响声波的速度、路径，以及声波振动的频率。只要我们能测出声波速率、折射情况和振动频率的变化，就可了解大气的性质情况。

例如，声波在空中传播时，传播的速率会受空气温度、湿度和风速的影响，温度、湿度愈大，声音传播的速度也愈大。另外，顺风传声，声速就会加大；逆风传声，声速就会减小。声波传播的路线，也受大气中温度分布的影响而弯曲，这称为声音的折射。根据折射情况，可以推论空气中温度的分布情况。声波又是一种疏密波，有它的振动频率，当发声或散射声波的空中质粒在传声方向上，有相对于声波接收器的运动时，接收器接收到的声波频率，就会和原来声波的频率有很大不同，这称为“多普勒频移效应”。通过测量声波的多普勒频移效应，人们可以测出气流的运动。声波还会被空中悬浮物所散射。这种散射，有利于人们设计接受散射声波的仪器，以便了解声波在大气中传播过程中受大气的影响情况，从而推估大气的温度、湿度和风的分布。