研究與觀察（長期更，超長警告）

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接下來我要引用一本蘇聯(lián)學(xué)者卡洛爾寫的《積雪》里的東西，來談?wù)撘幌路e雪常見的性質(zhì)。雪晶有很多種命名和分類法，這個(gè)之后會(huì)講到。根據(jù)一位日本學(xué)者（名字忘了，下次補(bǔ)上）的調(diào)查研究，雪晶再零下15攝氏度左右會(huì)形成最為豐富的圖案。當(dāng)溫度非常低的時(shí)候，地面附近也會(huì)形成一些小冰晶，看起來就好像冰針是從晴空下落下來的。當(dāng)溫度低于零下50攝氏度時(shí)，人或著牲畜呼出的水汽會(huì)直接凝華，變成冰晶或者微小的雪花。這些細(xì)小的冰晶，相互碰撞時(shí)，會(huì)發(fā)出一種特殊的聲音，就像揉搓紙的簌簌聲，或者電火花的噼啪聲，亞庫梯人稱之為“星星的低語”。
著名的（？？）冰雪學(xué)者道布羅伏爾斯基在日記里提到過，南極的冬天，內(nèi)衣一脫下來里面就會(huì)結(jié)冰，是皮膚散發(fā)的水汽附著冷凝形成的。一般在溫度0攝氏度左右，天氣平靜的時(shí)候，會(huì)形成大雪花，0.2-0.5g，有的可以到1g。然而一般的雪花非常輕，根據(jù)研究，一般的星狀雪花平均質(zhì)量0.0001g-0.0003g，3000-10000個(gè)雪花，才有1g的質(zhì)量。然而，星狀雪花比平常那種和紙差不多薄的雪花重10-15倍，而冰片比冰針要重幾倍呢。深一米的積雪覆蓋在一平方米的地上，就包含幾十億顆雪花。
一般來說，風(fēng)速在2m/s及以上時(shí)，風(fēng)就能把雪吹走，這個(gè)在曠野的路上叫做風(fēng)吹雪災(zāi)害，有時(shí)會(huì)形成雪阻，破壞交通，通常用挖雪壕或者架設(shè)雪反射板來防止。由于風(fēng)的原因，積雪可能會(huì)呈現(xiàn)：1.起伏狀（又叫雪浪）2.波紋狀 3.沙丘狀 4.柱狀等。
起伏狀積雪的脊通常與盛行風(fēng)向垂直（而盛行風(fēng)向可以幫助判斷地形方位）苔原和雪原上的居民，就利用這些起伏的雪浪來判斷方向，尋找道路，完成數(shù)千公里的長途跋涉。經(jīng)常，由于低吹雪，積雪表面會(huì)有一層灰白色堅(jiān)硬的被稱為凍雪外殼的東西，晴朗嚴(yán)寒的天氣里，由于融化再凍結(jié)形成的太陽冰殼，則是呈現(xiàn)灰暗色，比凍雪外殼要暗一些。雨水落在疏松的雪上，會(huì)在積雪內(nèi)部形成許多深溝，溝壁上結(jié)著冰，這樣冰殼上就會(huì)出現(xiàn)多孔的結(jié)構(gòu)。如果出現(xiàn)鱗狀冰殼，那么恭喜，春天要到了（蘇聯(lián)的春天比我們的冷，他們是春天）（或者根據(jù)融雪情況判斷），鱗片呈傾斜狀排列著，隆起的一面朝向南方。

忘了說一位研究雪的著名（真？）氣候?qū)W家——沃耶伊科夫教授，他是世界科學(xué)界公認(rèn)的，“雪的理論之父”。

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今天我們來說說和水有關(guān)的。先來說一個(gè)概念，不知道大家有沒有觀察過，陽光下的礦泉水瓶，瓶后透過的陽光形成了一條條交錯(cuò)的光線，同樣還有水下，陽光照射到水底，投下一片片光斑。這樣的現(xiàn)象被稱為焦散線。焦散線是指：光經(jīng)過彎曲的玻璃或者水波的反射與折射后，投射到一個(gè)表面的點(diǎn)狀，弧形，波浪形的光線。
在玻璃杯的周圍，光“彈射”起來并沿著幾何形狀的邊界形成凝聚的線條，或者沿著邊緣形成光譜效果，在玻璃的投影中焦散線密集出現(xiàn)。
焦散線的形狀是以玻璃體表面的彎曲形狀決定的，彩虹本質(zhì)上也是焦散線。
當(dāng)太陽光被水表面的波紋向下折射時(shí)，就產(chǎn)生了焦散效果。波浪將焦點(diǎn)集中在起伏不平的海床上或者水下生物的背部。焦散效果不會(huì)出現(xiàn)在超過約6m（20英尺）深的水下，而且這種現(xiàn)象只在天氣晴好的時(shí)候發(fā)生。
焦散反射可以由小波浪向上反射，這一點(diǎn)在威尼斯建筑的向下面經(jīng)?？梢钥吹?/font>（比如拱形石門的頂部）。
同樣，焦散反射也可以出現(xiàn)在凹陷的閃光物的內(nèi)側(cè)，比如，明亮的陽光下，空的咖啡杯的底部會(huì)出現(xiàn)腎形的焦散線（原理參考心臟線的參數(shù)方程）。要觀察焦散效果，只需要讓陽光穿透曲面玻璃，或者從金屬表面反射回來，就可以輕松看到了。
(更新了一張圖）

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抱歉鴿了一天，今天我們來討論一下溪流相關(guān)的研究。首先，我們還是從水面看起。但是容我先介紹一個(gè)我學(xué)過的概念和公式，概念是水力半徑，是水力學(xué)中的一個(gè)專有名稱，指某輸水?dāng)嗝娴倪^流面積與水體接觸的輸水管道邊長（即濕周）之比，與斷面形狀有關(guān)，常用于計(jì)算渠道隧道的輸水能力。溪流屬于明渠流，計(jì)算水流流速常用曼寧公式，這個(gè)就不詳細(xì)介紹了，為什么要介紹這個(gè)？因?yàn)樵谟^察流速的時(shí)候，你就可以考慮到對應(yīng)的危險(xiǎn)性，而且從粗糙度中可以判斷是否適合甲殼類動(dòng)物棲居。
還是回到水面上來，一開始我們先講講靜水的觀察。都說水平如鏡，但是只有以一個(gè)淺角觀察時(shí)水面才像是一面鏡子，隨著角度增大，進(jìn)到水里的光的百分比也增多了。（全反射）所以說，當(dāng)站在水邊時(shí)，抬頭遙望天空，尤其是看向天際，相比之下水面顏色要深得多。因?yàn)檎盏剿娴囊徊糠止膺M(jìn)入水中，沒有被反射，所以淺色物體在水中顏色要深得多（這個(gè)我感覺可以出個(gè)小謎題什么的）如果有大塊巖石擋住了反射光線（尤其是河底的），那么顏色就會(huì)顯得深得多。（很適合藏東西）另外，如果泥沙雜物多的話，反射的光更多，也就更像鏡子。
一般來說，河邊常常會(huì)有風(fēng)（可以用比熱容解釋），風(fēng)會(huì)帶來漣漪，漣漪會(huì)扭曲倒影，但只是水平方向上的，豎直線沒有被干擾，所以更多的細(xì)節(jié)會(huì)體現(xiàn)在豎直線上。約翰羅斯金說過:"所有水的動(dòng)作拉長了反射物，然后把它們?nèi)舆M(jìn)混亂的豎直方向。"
水面很臟的情況下，黑色會(huì)變得淺的多或變成棕色。很多畫作表現(xiàn)大雨后的戶外，比如黃昏后的河面，剛下過大雨，河水污濁不堪，這時(shí)的反射能力最強(qiáng)，就像一面鏡子。有一個(gè)古老的繪畫準(zhǔn)則：不要畫深水上的投影。因?yàn)?font color="red">深水中一般有很多沉積物，沉積物多投影就會(huì)顯得不夠真實(shí)，而且邊緣會(huì)非常模糊，因?yàn)楣饩€被水中的物質(zhì)漫反射和散射了。

順便推薦一個(gè)人和他的書，Tristan Gooley，他寫的《how to read nature》《how to read water》《nature navigator》等書都很詳細(xì)地介紹了他所進(jìn)行的自然觀察，我也從他那里學(xué)了很多（但百科中還沒有引用過他寫的東西，不過很快就會(huì)用到）。如果不喜歡看英文書，可以看看《水的導(dǎo)讀》《野游觀察指南》，是他的書翻譯過來的名字。

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今天我們來討論山間溪流，山間溪流和低地溪流以及湖泊的流動(dòng)方式不同，溪水通常清澈見底，而且由于存在高度差（梯度下降），通常流速很快，所以撞擊在巖石上會(huì)水花四濺，破碎成一片片白色的水花，并且會(huì)激起很多白色泡沫。溪流極速向前，有時(shí)波紋叢生，有時(shí)漩渦密布（漩渦這個(gè)很復(fù)雜，和湍流有關(guān)，不過根據(jù)目前柯爾莫哥洛夫的理論，大的漩渦會(huì)破碎成小的漩渦，并向小漩渦供能，最終轉(zhuǎn)化為耗散的能量），樹枝、干草也漂浮在水面上隨波逐流。
如果在晴朗的日子觀察小溪，就會(huì)發(fā)現(xiàn)水面下的顏色比水面上的顏色要豐富的多。水可以過濾顏色（在水下找東西看不清可以拿一個(gè)礦泉水瓶，透過瓶子看），水下的石頭就由此變成了深色，而水面上同樣的石頭則正好相反（還有就是水填平了石頭表面的凹陷，減少了滿反射，就和拖地之后地好像變黑了一樣）。1m以下的水中，顏色變得更藍(lán)了，而水中物體的輪廓也越來越不清楚。淺灘處由于有部分沒有水，還有水對光的吸收不是很多，多呈現(xiàn)一種暖色調(diào)。
流速很快的地方，根據(jù)伯努利定律和亨利定律，會(huì)形成很多氣泡，水下有的地方顏色很深，有的則很亮，泡沫翻到水面上時(shí)，就會(huì)形成一團(tuán)團(tuán)的泡泡圈。這些泡泡很快就會(huì)散開不見，在廣闊的海面上航行的輪船的尾跡有時(shí)也能看到這樣的效果。
在山間，溪流的水位會(huì)很經(jīng)常明顯地跌宕起伏（由于降水的原因，水庫等大型蓄水構(gòu)筑物一般不會(huì)很頻繁，但是以年為單位一般也會(huì)有一個(gè)大的波動(dòng)，可以很明顯的觀察到，最高水位線與最低水位線之間基本上不長植物，光禿禿的，我們叫這個(gè)消落帶）。暴雨過后，即使是晴朗的日子里，幾個(gè)小時(shí)后，小溪的水位也會(huì)下降好幾英寸。

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接著我們主要來說說水下的顏色。光在水中穿行，水平與豎直方向效果相同，在約5m深的水中，顏色都是差不多的單調(diào)沉悶。紅光主要是在3m處被吸收完全，橙色和黃色主要是在7m左右，最后只剩一個(gè)藍(lán)色投影，更深的地方，只剩下可見光的紫色波段和紫外線了。
一般來說為了還原水中物體的色彩，一定要使用閃光燈，閃光燈的優(yōu)點(diǎn)是可以提升暖色調(diào)，但是又不會(huì)照的很遠(yuǎn)，一般在繪畫中水下的描繪就使用的閃光燈效果。一般來說，潛水的海洋爬行動(dòng)物身上主要是灰藍(lán)綠三色，然而如果考慮淤泥，則又帶上了一些棕黑色。在夏季，藻類爆發(fā)的時(shí)候，水體通常會(huì)呈現(xiàn)墨綠色。

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今天我們來講講日光束。當(dāng)空氣中充斥塵埃，尤其是太陽光被云層遮擋，陽光破云而出時(shí)形成云隙光，我們可以看到壯觀的景象。午后的樹林，由于存在蒸騰作用，葉間也會(huì)彌漫水汽，我們可以看到陽光穿過葉隙，投射到地表，形成橢圓形的光斑。日語中稱為木漏れ日（komorebi）。
一般來說，滿足以下三個(gè)條件會(huì)形成日光束：
1.在有遮蔽性很強(qiáng)的云彩和葉子或者一座通透性的建筑物的附近。建筑物必須擋住大部分陽光，這樣背景暗下來才能看到。
2.空氣中彌漫著塵土，水汽，煙或者煙霧。
3.視線朝著太陽的方向。在空氣中懸浮的較大的顆粒以小角度將光線散射，當(dāng)視線從光源處挪開，就幾乎看不到日光束了。
距離透過光線的縫隙越遠(yuǎn)，光線走過的路徑就越長，邊緣就越模糊。一般來說，這個(gè)縫隙都是不均勻的，所以立體光束的橫斷面也是不規(guī)則的，光束的密度和邊緣形狀也變換不定。
日光束對物體投影的色值影響很大，甚至超過了有光一側(cè)的色值。
同理，也存在陰影束。陰影束通常出現(xiàn)在當(dāng)噴氣式飛機(jī)軌跡與光線平行時(shí)，將有軌跡的投影想象成有邊界的暗氣體束。被照亮的臨近空氣色值略淺，天空有薄霧的時(shí)候，才能看見

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接著上面這張圖來講，最后來講一講光斑，剩下的會(huì)在之后的大氣光學(xué)現(xiàn)象中提到。
夏日的午后，陽光掃過樹梢，穿過葉隙，在地上投射下圓形或者橢圓形的光斑。逆著光看過去，重重疊疊的綠葉仿佛也變得透明了，能看見部分脈絡(luò)，這是發(fā)生了表皮下散射。
這些光斑大多有著相同的形狀，實(shí)際上光線呈一個(gè)錐面穿過縫隙投射過來，而地表像一把切割刀，切出了圓形或者橢圓形。這些光斑并不均勻分布，取決于頂上枝葉間縫隙，當(dāng)風(fēng)吹過，光斑也隨之移動(dòng)。如果有云彩遮擋，光斑不會(huì)立刻消失，而是會(huì)變暗。這些光斑可以看作是小孔成像的太陽的像，如果發(fā)生日食，我們就可以看到光斑缺了一塊了。
說到這里，我們有了一種方法來估計(jì)日地距離。根據(jù)小孔成像原理，我們拿一張紙，讓太陽光投射過小孔，在地上形成光斑。這里存在一個(gè)相似三角形，于是，只要我們知道太陽的直徑，就可以由比例關(guān)系估計(jì)出日地距離，或者已知日地距離估計(jì)太陽的直徑。
既然提到了樹葉的觀察，我們說說畫家的看法。在繪畫上，以前的畫家其實(shí)是具有綠色偏見的，尤其是150年前。因?yàn)?font color="red">綠色在光照下，尤其是非自然光投射光照（舞臺(tái)光之類的）下會(huì)比較嚇人，旗幟也只有約16%含有綠色，而相對的居然有79%含有紅色。阿瑟杜蘭德就批判過綠色偏見，他斥責(zé)說畫了太多的秋天景色。其實(shí)，綠色在植物上具有豐富的層次感。春末夏初，這是一年之中最為欣欣向榮的時(shí)候，葉子還沒有長出柔嫩的表皮層，而且葉綠素也是黃綠色，當(dāng)陽光穿過葉片，顏色并不是很令人愉快，畫家們?yōu)榱吮憩F(xiàn)這種顏色，調(diào)制了一種叫做蔬菜綠的顏色，一種鮮亮的黃綠色，專門用來畫綠葉。還有一種技法，是把粉紅色或者紅灰色放在調(diào)色盤上，再加上綠色。畫家斯特普爾頓 卡恩斯稱這種方法為走私紅。
（以上為觀察導(dǎo)論，講了很多自然現(xiàn)象，接下來要正式進(jìn)入觀察部分了）

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觀察，其實(shí)我們?nèi)巳硕紩?huì)，雖然觀察以利用視覺為主，但是視力不好的人依舊可以觀察，觀察實(shí)際上是利用我們的五感，視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺，分析我們得到的情報(bào)，再加以推斷的過程。但是我們往往會(huì)忽略其他感官，所以我們可以做一些其他感官的訓(xùn)練，比如在國外很火的抱樹運(yùn)動(dòng)，算是一種減壓的方式，我們閉上眼睛，用手撫摸樹皮，把自己內(nèi)心的壓力告訴樹木，慢慢感受探索的感覺，就好像樹木在聆聽一般，其實(shí)通過這項(xiàng)活動(dòng)，我們也可以鍛煉我們的觸覺，感受樹皮的粗糙度，我們指尖的靈敏度也得到了訓(xùn)練，同理還有閱讀盲文。聽覺可以通過閉上眼睛通過聽聲音來辨位，其他的感官都可以通過削弱視覺的影響來訓(xùn)練，可見視覺是如此霸道，在各方面都能左右我們的思維。所以學(xué)會(huì)觀察，視覺一定要利用好，我們不能泛泛地去看，而要有重點(diǎn)，畢竟如果視覺上攝入太多信息，我們可能會(huì)忽略來自其他感官的更重要的信息。
在戰(zhàn)場上，曾經(jīng)有一種被稱為哈里森反應(yīng)的現(xiàn)象，指的是在戰(zhàn)場上性命危急關(guān)頭，敵人射出的子彈似乎變慢了，我們射擊的精度提高了，這種被稱為坑道視覺，直接放棄了那些不是很重要的信息。當(dāng)然這是極端例子，但是我們可以從中借鑒信息篩選的方法。
以下是我軍偵察兵教材中教的觀察技巧：當(dāng)我們刻意去集中視線，除非是緊要關(guān)頭，往往效果不是很好，偵察員為了集中注意力，應(yīng)讓視線在物體上呈八字形運(yùn)動(dòng)，將物體包入，這樣可以提高效率。單兵偵察，這對人的觀察能力記憶力很有要求，其實(shí)就是觀察技巧的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，除此以外還有獵人，追蹤者，間諜特工等，都會(huì)培訓(xùn)相關(guān)技能。接下來會(huì)頻繁引用軍事上的偵察技巧，包括追蹤術(shù)和特種兵技巧。

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下面我們來講一講觀察戰(zhàn)術(shù)。首先還是視覺上的觀察。前面提到我們很難把視線一直聚焦在一處進(jìn)行觀察，所以提出了單個(gè)物體八字眼動(dòng)法觀察。那么如果是在開闊地帶，比如需要觀察對方兵力部署，武器類型，或者進(jìn)階版，根據(jù)對面野戰(zhàn)灶臺(tái)數(shù)量估計(jì)人數(shù)，進(jìn)而根據(jù)復(fù)雜計(jì)算算出戰(zhàn)力，這些都是偵察兵要干的工作。面對如此龐大的數(shù)據(jù)量，怎樣減少思維的負(fù)擔(dān)？美軍，我軍，日軍的野戰(zhàn)條令上都給出了方法。首先，我們觀察是一個(gè)扇區(qū)，由于觀察哨設(shè)置一般要避免有大的動(dòng)作，而且望遠(yuǎn)鏡鏡片容易出現(xiàn)反光，且收光性比眼睛好，一次觀察時(shí)間超過20min就會(huì)損壞眼睛，所以我們要盡量減少使用望遠(yuǎn)鏡時(shí)的大動(dòng)作。所以，在近處，為了保證安全性，我們首先使用肉眼觀察，這樣可以獲得更大的視野，將扇區(qū)劃分成一條一條的區(qū)域（像年輪蛋糕一樣），在每一區(qū)域從右到左進(jìn)行觀察，遠(yuǎn)處則使用望遠(yuǎn)鏡。這是通過科學(xué)分析得出的觀察技巧。
另外還有一種方法，是直線觀察，首先利用簡易測距術(shù)（比如跳眼法）將你與目標(biāo)間的距離劃分成50m為單位的線段，對這50m為單位，由于近大遠(yuǎn)小，近處我們可以沿著直線掃視，可重復(fù)，遠(yuǎn)處則使用八字眼動(dòng)法。這一點(diǎn)來自美軍的單兵作戰(zhàn)指南。當(dāng)然，也可將觀察物體放在中心，由四周向中心螺旋形觀察掃視。
另外就是夜間觀察，這是一個(gè)狙擊技巧，當(dāng)我們在光線昏暗的情況下觀察物體，可以向左約10°左右斜視物體，這就是著名的左斜視原理，利用的是視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞對光線敏感度的不同。

（補(bǔ)充說明，螺旋形觀察與直線觀察，還有扇形法，這些在搜索搜救上都有自己的名字，比如一致縱隊(duì)搜索，螺旋狀搜索什么的，其原理都是搜索論數(shù)學(xué)模型，用最大發(fā)現(xiàn)概率衡量的。不過觀察時(shí)還要考慮視覺疲勞，如果感到疲勞，注意活動(dòng)眼球，轉(zhuǎn)眼珠或者極目遠(yuǎn)眺都可以）

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不好意思鴿了兩天，我們繼續(xù)說點(diǎn)軍事上的應(yīng)用。不過在此聲明：這可不算是泄密，都是些小技巧罷了。
夜間行軍的時(shí)候是最考驗(yàn)觀察力的時(shí)候，因?yàn)槿绻_了燈，有可能會(huì)被敵人偵查的飛機(jī)拍攝到，所以汽車后期一般采用防空燈，其實(shí)就是車燈燈碗遮住了上方一半，等于燈光是打在地面上的，由于地表凹凸不平，光產(chǎn)生了漫反射，而且由于粗糙度較大（這里說句題外話，粗糙度可以用凸起的平均高度來衡量，這也是河道粗糙度的衡量方法，思想來自水力學(xué)中的尼古拉茲實(shí)驗(yàn)），法線方向不是很密集（這一部分在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中得到了應(yīng)用，BSDF模型），光線在表面有效能量損失比較大，可以減少被發(fā)現(xiàn)的可能。
但是，防空燈發(fā)明之前，我們只能摸黑趕路（聲音這個(gè)不用擔(dān)心，戰(zhàn)場的噪聲非常大，一架飛機(jī)產(chǎn)生的噪聲完全可以掩蓋一支隊(duì)伍的行進(jìn)聲，而且還有各種炮聲什么的）。于是發(fā)明了閉燈駕駛這一特技?？谠E如下：走灰不走白，遇黑停下來。
1.無月光的晚上，路面為深灰色，路外為黑色。
2.有月光的時(shí)候，路面為灰白色，積水為白色，路外為灰褐色。
3.雨天的夜晚，路面為灰黑色，坑洼或泥濘地為黑色，積水為白色。
4.雪天的夜晚，車轍為灰白色，但通過較多車輛后變成灰黑色。
在燈火管制地區(qū)，如果我們要快速通行，這個(gè)技術(shù)可以嘗試學(xué)一下。（雖然沒什么機(jī)會(huì)用）