研究与观察（长期更，超长警告）

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接下来我要引用一本苏联学者卡洛尔写的《积雪》里的东西，来谈论一下积雪常见的性质。雪晶有很多种命名和分类法，这个之后会讲到。根据一位日本学者（名字忘了，下次补上）的调查研究，雪晶再零下15摄氏度左右会形成最为丰富的图案。当温度非常低的时候，地面附近也会形成一些小冰晶，看起来就好像冰针是从晴空下落下来的。当温度低于零下50摄氏度时，人或着牲畜呼出的水汽会直接凝华，变成冰晶或者微小的雪花。这些细小的冰晶，相互碰撞时，会发出一种特殊的声音，就像揉搓纸的簌簌声，或者电火花的噼啪声，亚库梯人称之为“星星的低语”。
著名的（？？）冰雪学者道布罗伏尔斯基在日记里提到过，南极的冬天，内衣一脱下来里面就会结冰，是皮肤散发的水汽附着冷凝形成的。一般在温度0摄氏度左右，天气平静的时候，会形成大雪花，0.2-0.5g，有的可以到1g。然而一般的雪花非常轻，根据研究，一般的星状雪花平均质量0.0001g-0.0003g，3000-10000个雪花，才有1g的质量。然而，星状雪花比平常那种和纸差不多薄的雪花重10-15倍，而冰片比冰针要重几倍呢。深一米的积雪覆盖在一平方米的地上，就包含几十亿颗雪花。
一般来说，风速在2m/s及以上时，风就能把雪吹走，这个在旷野的路上叫做风吹雪灾害，有时会形成雪阻，破坏交通，通常用挖雪壕或者架设雪反射板来防止。由于风的原因，积雪可能会呈现：1.起伏状（又叫雪浪）2.波纹状 3.沙丘状 4.柱状等。
起伏状积雪的脊通常与盛行风向垂直（而盛行风向可以帮助判断地形方位）苔原和雪原上的居民，就利用这些起伏的雪浪来判断方向，寻找道路，完成数千公里的长途跋涉。经常，由于低吹雪，积雪表面会有一层灰白色坚硬的被称为冻雪外壳的东西，晴朗严寒的天气里，由于融化再冻结形成的太阳冰壳，则是呈现灰暗色，比冻雪外壳要暗一些。雨水落在疏松的雪上，会在积雪内部形成许多深沟，沟壁上结着冰，这样冰壳上就会出现多孔的结构。如果出现鳞状冰壳，那么恭喜，春天要到了（苏联的春天比我们的冷，他们是春天）（或者根据融雪情况判断），鳞片呈倾斜状排列着，隆起的一面朝向南方。

忘了说一位研究雪的著名（真？）气候学家——沃耶伊科夫教授，他是世界科学界公认的，“雪的理论之父”。

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今天我们来说说和水有关的。先来说一个概念，不知道大家有没有观察过，阳光下的矿泉水瓶，瓶后透过的阳光形成了一条条交错的光线，同样还有水下，阳光照射到水底，投下一片片光斑。这样的现象被称为焦散线。焦散线是指：光经过弯曲的玻璃或者水波的反射与折射后，投射到一个表面的点状，弧形，波浪形的光线。
在玻璃杯的周围，光“弹射”起来并沿着几何形状的边界形成凝聚的线条，或者沿着边缘形成光谱效果，在玻璃的投影中焦散线密集出现。
焦散线的形状是以玻璃体表面的弯曲形状决定的，彩虹本质上也是焦散线。
当太阳光被水表面的波纹向下折射时，就产生了焦散效果。波浪将焦点集中在起伏不平的海床上或者水下生物的背部。焦散效果不会出现在超过约6m（20英尺）深的水下，而且这种现象只在天气晴好的时候发生。
焦散反射可以由小波浪向上反射，这一点在威尼斯建筑的向下面经常可以看到（比如拱形石门的顶部）。
同样，焦散反射也可以出现在凹陷的闪光物的内侧，比如，明亮的阳光下，空的咖啡杯的底部会出现肾形的焦散线（原理参考心脏线的参数方程）。要观察焦散效果，只需要让阳光穿透曲面玻璃，或者从金属表面反射回来，就可以轻松看到了。
(更新了一张图）

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抱歉鸽了一天，今天我们来讨论一下溪流相关的研究。首先，我们还是从水面看起。但是容我先介绍一个我学过的概念和公式，概念是水力半径，是水力学中的一个专有名称，指某输水断面的过流面积与水体接触的输水管道边长（即湿周）之比，与断面形状有关，常用于计算渠道隧道的输水能力。溪流属于明渠流，计算水流流速常用曼宁公式，这个就不详细介绍了，为什么要介绍这个？因为在观察流速的时候，你就可以考虑到对应的危险性，而且从粗糙度中可以判断是否适合甲壳类动物栖居。
还是回到水面上来，一开始我们先讲讲静水的观察。都说水平如镜，但是只有以一个浅角观察时水面才像是一面镜子，随着角度增大，进到水里的光的百分比也增多了。（全反射）所以说，当站在水边时，抬头遥望天空，尤其是看向天际，相比之下水面颜色要深得多。因为照到水面的一部分光进入水中，没有被反射，所以浅色物体在水中颜色要深得多（这个我感觉可以出个小谜题什么的）如果有大块岩石挡住了反射光线（尤其是河底的），那么颜色就会显得深得多。（很适合藏东西）另外，如果泥沙杂物多的话，反射的光更多，也就更像镜子。
一般来说，河边常常会有风（可以用比热容解释），风会带来涟漪，涟漪会扭曲倒影，但只是水平方向上的，竖直线没有被干扰，所以更多的细节会体现在竖直线上。约翰罗斯金说过:"所有水的动作拉长了反射物，然后把它们扔进混乱的竖直方向。"
水面很脏的情况下，黑色会变得浅的多或变成棕色。很多画作表现大雨后的户外，比如黄昏后的河面，刚下过大雨，河水污浊不堪，这时的反射能力最强，就像一面镜子。有一个古老的绘画准则：不要画深水上的投影。因为深水中一般有很多沉积物，沉积物多投影就会显得不够真实，而且边缘会非常模糊，因为光线被水中的物质漫反射和散射了。

顺便推荐一个人和他的书，Tristan Gooley，他写的《how to read nature》《how to read water》《nature navigator》等书都很详细地介绍了他所进行的自然观察，我也从他那里学了很多（但百科中还没有引用过他写的东西，不过很快就会用到）。如果不喜欢看英文书，可以看看《水的导读》《野游观察指南》，是他的书翻译过来的名字。

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今天我们来讨论山间溪流，山间溪流和低地溪流以及湖泊的流动方式不同，溪水通常清澈见底，而且由于存在高度差（梯度下降），通常流速很快，所以撞击在岩石上会水花四溅，破碎成一片片白色的水花，并且会激起很多白色泡沫。溪流极速向前，有时波纹丛生，有时漩涡密布（漩涡这个很复杂，和湍流有关，不过根据目前柯尔莫哥洛夫的理论，大的漩涡会破碎成小的漩涡，并向小漩涡供能，最终转化为耗散的能量），树枝、干草也漂浮在水面上随波逐流。
如果在晴朗的日子观察小溪，就会发现水面下的颜色比水面上的颜色要丰富的多。水可以过滤颜色（在水下找东西看不清可以拿一个矿泉水瓶，透过瓶子看），水下的石头就由此变成了深色，而水面上同样的石头则正好相反（还有就是水填平了石头表面的凹陷，减少了满反射，就和拖地之后地好像变黑了一样）。1m以下的水中，颜色变得更蓝了，而水中物体的轮廓也越来越不清楚。浅滩处由于有部分没有水，还有水对光的吸收不是很多，多呈现一种暖色调。
流速很快的地方，根据伯努利定律和亨利定律，会形成很多气泡，水下有的地方颜色很深，有的则很亮，泡沫翻到水面上时，就会形成一团团的泡泡圈。这些泡泡很快就会散开不见，在广阔的海面上航行的轮船的尾迹有时也能看到这样的效果。
在山间，溪流的水位会很经常明显地跌宕起伏（由于降水的原因，水库等大型蓄水构筑物一般不会很频繁，但是以年为单位一般也会有一个大的波动，可以很明显的观察到，最高水位线与最低水位线之间基本上不长植物，光秃秃的，我们叫这个消落带）。暴雨过后，即使是晴朗的日子里，几个小时后，小溪的水位也会下降好几英寸。

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接着我们主要来说说水下的颜色。光在水中穿行，水平与竖直方向效果相同，在约5m深的水中，颜色都是差不多的单调沉闷。红光主要是在3m处被吸收完全，橙色和黄色主要是在7m左右，最后只剩一个蓝色投影，更深的地方，只剩下可见光的紫色波段和紫外线了。
一般来说为了还原水中物体的色彩，一定要使用闪光灯，闪光灯的优点是可以提升暖色调，但是又不会照的很远，一般在绘画中水下的描绘就使用的闪光灯效果。一般来说，潜水的海洋爬行动物身上主要是灰蓝绿三色，然而如果考虑淤泥，则又带上了一些棕黑色。在夏季，藻类爆发的时候，水体通常会呈现墨绿色。

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今天我们来讲讲日光束。当空气中充斥尘埃，尤其是太阳光被云层遮挡，阳光破云而出时形成云隙光，我们可以看到壮观的景象。午后的树林，由于存在蒸腾作用，叶间也会弥漫水汽，我们可以看到阳光穿过叶隙，投射到地表，形成椭圆形的光斑。日语中称为木漏れ日（komorebi）。
一般来说，满足以下三个条件会形成日光束：
1.在有遮蔽性很强的云彩和叶子或者一座通透性的建筑物的附近。建筑物必须挡住大部分阳光，这样背景暗下来才能看到。
2.空气中弥漫着尘土，水汽，烟或者烟雾。
3.视线朝着太阳的方向。在空气中悬浮的较大的颗粒以小角度将光线散射，当视线从光源处挪开，就几乎看不到日光束了。
距离透过光线的缝隙越远，光线走过的路径就越长，边缘就越模糊。一般来说，这个缝隙都是不均匀的，所以立体光束的横断面也是不规则的，光束的密度和边缘形状也变换不定。
日光束对物体投影的色值影响很大，甚至超过了有光一侧的色值。
同理，也存在阴影束。阴影束通常出现在当喷气式飞机轨迹与光线平行时，将有轨迹的投影想象成有边界的暗气体束。被照亮的临近空气色值略浅，天空有薄雾的时候，才能看见

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接着上面这张图来讲，最后来讲一讲光斑，剩下的会在之后的大气光学现象中提到。
夏日的午后，阳光扫过树梢，穿过叶隙，在地上投射下圆形或者椭圆形的光斑。逆着光看过去，重重叠叠的绿叶仿佛也变得透明了，能看见部分脉络，这是发生了表皮下散射。
这些光斑大多有着相同的形状，实际上光线呈一个锥面穿过缝隙投射过来，而地表像一把切割刀，切出了圆形或者椭圆形。这些光斑并不均匀分布，取决于顶上枝叶间缝隙，当风吹过，光斑也随之移动。如果有云彩遮挡，光斑不会立刻消失，而是会变暗。这些光斑可以看作是小孔成像的太阳的像，如果发生日食，我们就可以看到光斑缺了一块了。
说到这里，我们有了一种方法来估计日地距离。根据小孔成像原理，我们拿一张纸，让太阳光投射过小孔，在地上形成光斑。这里存在一个相似三角形，于是，只要我们知道太阳的直径，就可以由比例关系估计出日地距离，或者已知日地距离估计太阳的直径。
既然提到了树叶的观察，我们说说画家的看法。在绘画上，以前的画家其实是具有绿色偏见的，尤其是150年前。因为绿色在光照下，尤其是非自然光投射光照（舞台光之类的）下会比较吓人，旗帜也只有约16%含有绿色，而相对的居然有79%含有红色。阿瑟杜兰德就批判过绿色偏见，他斥责说画了太多的秋天景色。其实，绿色在植物上具有丰富的层次感。春末夏初，这是一年之中最为欣欣向荣的时候，叶子还没有长出柔嫩的表皮层，而且叶绿素也是黄绿色，当阳光穿过叶片，颜色并不是很令人愉快，画家们为了表现这种颜色，调制了一种叫做蔬菜绿的颜色，一种鲜亮的黄绿色，专门用来画绿叶。还有一种技法，是把粉红色或者红灰色放在调色盘上，再加上绿色。画家斯特普尔顿 卡恩斯称这种方法为走私红。
（以上为观察导论，讲了很多自然现象，接下来要正式进入观察部分了）

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观察，其实我们人人都会，虽然观察以利用视觉为主，但是视力不好的人依旧可以观察，观察实际上是利用我们的五感，视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉，分析我们得到的情报，再加以推断的过程。但是我们往往会忽略其他感官，所以我们可以做一些其他感官的训练，比如在国外很火的抱树运动，算是一种减压的方式，我们闭上眼睛，用手抚摸树皮，把自己内心的压力告诉树木，慢慢感受探索的感觉，就好像树木在聆听一般，其实通过这项活动，我们也可以锻炼我们的触觉，感受树皮的粗糙度，我们指尖的灵敏度也得到了训练，同理还有阅读盲文。听觉可以通过闭上眼睛通过听声音来辨位，其他的感官都可以通过削弱视觉的影响来训练，可见视觉是如此霸道，在各方面都能左右我们的思维。所以学会观察，视觉一定要利用好，我们不能泛泛地去看，而要有重点，毕竟如果视觉上摄入太多信息，我们可能会忽略来自其他感官的更重要的信息。
在战场上，曾经有一种被称为哈里森反应的现象，指的是在战场上性命危急关头，敌人射出的子弹似乎变慢了，我们射击的精度提高了，这种被称为坑道视觉，直接放弃了那些不是很重要的信息。当然这是极端例子，但是我们可以从中借鉴信息筛选的方法。
以下是我军侦察兵教材中教的观察技巧：当我们刻意去集中视线，除非是紧要关头，往往效果不是很好，侦察员为了集中注意力，应让视线在物体上呈八字形运动，将物体包入，这样可以提高效率。单兵侦察，这对人的观察能力记忆力很有要求，其实就是观察技巧的实战应用，除此以外还有猎人，追踪者，间谍特工等，都会培训相关技能。接下来会频繁引用军事上的侦察技巧，包括追踪术和特种兵技巧。

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下面我们来讲一讲观察战术。首先还是视觉上的观察。前面提到我们很难把视线一直聚焦在一处进行观察，所以提出了单个物体八字眼动法观察。那么如果是在开阔地带，比如需要观察对方兵力部署，武器类型，或者进阶版，根据对面野战灶台数量估计人数，进而根据复杂计算算出战力，这些都是侦察兵要干的工作。面对如此庞大的数据量，怎样减少思维的负担？美军，我军，日军的野战条令上都给出了方法。首先，我们观察是一个扇区，由于观察哨设置一般要避免有大的动作，而且望远镜镜片容易出现反光，且收光性比眼睛好，一次观察时间超过20min就会损坏眼睛，所以我们要尽量减少使用望远镜时的大动作。所以，在近处，为了保证安全性，我们首先使用肉眼观察，这样可以获得更大的视野，将扇区划分成一条一条的区域（像年轮蛋糕一样），在每一区域从右到左进行观察，远处则使用望远镜。这是通过科学分析得出的观察技巧。
另外还有一种方法，是直线观察，首先利用简易测距术（比如跳眼法）将你与目标间的距离划分成50m为单位的线段，对这50m为单位，由于近大远小，近处我们可以沿着直线扫视，可重复，远处则使用八字眼动法。这一点来自美军的单兵作战指南。当然，也可将观察物体放在中心，由四周向中心螺旋形观察扫视。
另外就是夜间观察，这是一个狙击技巧，当我们在光线昏暗的情况下观察物体，可以向左约10°左右斜视物体，这就是著名的左斜视原理，利用的是视杆细胞和视锥细胞对光线敏感度的不同。

（补充说明，螺旋形观察与直线观察，还有扇形法，这些在搜索搜救上都有自己的名字，比如一致纵队搜索，螺旋状搜索什么的，其原理都是搜索论数学模型，用最大发现概率衡量的。不过观察时还要考虑视觉疲劳，如果感到疲劳，注意活动眼球，转眼珠或者极目远眺都可以）

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不好意思鸽了两天，我们继续说点军事上的应用。不过在此声明：这可不算是泄密，都是些小技巧罢了。
夜间行军的时候是最考验观察力的时候，因为如果开了灯，有可能会被敌人侦查的飞机拍摄到，所以汽车后期一般采用防空灯，其实就是车灯灯碗遮住了上方一半，等于灯光是打在地面上的，由于地表凹凸不平，光产生了漫反射，而且由于粗糙度较大（这里说句题外话，粗糙度可以用凸起的平均高度来衡量，这也是河道粗糙度的衡量方法，思想来自水力学中的尼古拉兹实验），法线方向不是很密集（这一部分在计算机图形学中得到了应用，BSDF模型），光线在表面有效能量损失比较大，可以减少被发现的可能。
但是，防空灯发明之前，我们只能摸黑赶路（声音这个不用担心，战场的噪声非常大，一架飞机产生的噪声完全可以掩盖一支队伍的行进声，而且还有各种炮声什么的）。于是发明了闭灯驾驶这一特技。口诀如下：走灰不走白，遇黑停下来。
1.无月光的晚上，路面为深灰色，路外为黑色。
2.有月光的时候，路面为灰白色，积水为白色，路外为灰褐色。
3.雨天的夜晚，路面为灰黑色，坑洼或泥泞地为黑色，积水为白色。
4.雪天的夜晚，车辙为灰白色，但通过较多车辆后变成灰黑色。
在灯火管制地区，如果我们要快速通行，这个技术可以尝试学一下。（虽然没什么机会用）