氣象學上的神奇效應

2021-01-10 中國氣象局

編者按:在氣象學中,溫室效應和蝴蝶效應可能是最大眾化的術語了,前者普及率極高,老少都能說上一兩句;後者受到文化藝術乃至社會學青睞,外延極大豐富。但其實,氣象學中的「效應」除了這兩個以外,還有不少值得了解的,遠的不說,近期社會熱點中珠峰測量、南方暴雨等就能見到不少「效應」的身影。

本期特別策劃,帶您一起做這幾道「填空題」,開啟新知識答卷。

效應1 名中帶車

天氣事件:5月30日,特大暴雨突襲珠海、香港、澳門等地。

猜效應:暴雨雲團一個接一個地經過珠海,__ __效應發威。(答案見下文第一段劃線處)

事後證實,這次過程是一次典型的「列車效應」發威所致。

當日凌晨,珠江口出現暴雨雲團,覆蓋珠海、澳門、中山、香港多地,並延伸到惠州、汕尾、汕頭沿海海面。珠海發布暴雨紅色預警,香港發布紅色暴雨警告……實況顯示,在這次暴雨過程中,珠海市區局部一小時降水量接近100毫米,一些地區累計降水量超過250毫米,達到特大暴雨量級。而和5月22日東莞、廣州的特大暴雨不同的是,此次珠江口暴雨的雨勢猛烈程度稍遜一籌,但範圍更大,持續時間更長。從雲圖和雷達圖上看,暴雨雲團像列車一樣一個接一個地經過珠海,形成了列車效應,而這也是大暴雨和特大暴雨的典型象徵。

那麼,何為列車效應?它的威力又如何呢?

試想,當一個人站在鐵軌旁邊,一列列火車經過時,會有什麼感受?火車有很多節車廂,當其經過時,肯定是很多節車廂一節一節地經過,而此時,站在鐵軌邊的人會接連不斷地感受到一節節車廂經過時帶來的巨大聲音和衝力。一列火車尚且如此,連續不斷的火車經過則更是「變本加厲」了。

現在,將列車效應與降水相聯繫,就如同排列成串的對流雲降水,每一朵對流雲(被稱為對流單體)都會產生短時強降水。而當多個對流雲團依次經過某一地區的上空時,其所產生的降水量累計起來,就會導致大暴雨甚至特大暴雨,這就是降水列車效應的通俗解釋。

值得一提的是,列車效應在引發短時強降水和暴雨方面也有所不同。

其實,列車效應是短時強降水與暴雨之間重要的聯繫橋梁。從暴雨和短時強降水之間的區別看,短時強降水強調的是強度,暴雨則強調累計值,即累計降水量,而二者之間又是緊密相連的,這其中就有列車效應的貢獻,可以說,短時強降水不一定形成暴雨,但在列車效應下的短時強降水過程往往導致暴雨,甚至特大暴雨。

如今,汛期已至,我國多地強降水陸續登上天氣舞臺,下一個列車效應會出現在哪裡?我們密切關注。(宛霞)

效應2 名中帶谷

新聞事件:5月27日,中國2020珠峰高程測量登山隊成功登頂。

猜效應:5月25日,在海拔7500米的大風口,由於__ __效應,風力加大,登山隊只能在路線上匍匐爬行。(答案見下文第一段劃線處)

峽谷效應示意圖。

風力為什麼在「大風口」會突然加大?其實,這正是受到了「狹管效應」(也稱「峽谷效應」)的影響。狹管效應,又稱峽谷效應,當氣流由開闊地流入峽谷時,由於空氣品質不能大量堆積,於是加速流過峽谷,風速增大,但當流出峽谷時,空氣流速又會減緩。說回到珠峰上的狹管效應,在北坳營地往上的7500米左右,受到地勢狹窄的影響,通過這裡的風會明顯加大,風速最大可達12級。

除了珠峰,狹管效應在我國廣袤的山河大川中其實並不少見。其中一個比較經常產生狹管效應的地區就是河西走廊。

河西走廊位於我國西北地區,其長度約1000公裡,而寬度僅數十公裡,南邊有祁連山、阿爾金山東段,北邊有部分阿拉善高原及北山(馬鬃山、合黎山和龍首山),南北山之間形成較窄的狹管。地形的狹管效應對局地風速的突然加強是河西走廊多大風的重要原因。當冷空氣由新疆入侵並經過塔克拉瑪乾等沙漠地帶,冷鋒後的大風進入河西走廊,由於南北山區地形的狹管效應,風速不斷加強。以1977年4月22日、1993年5月5日、2009年4月29日和2010年4月24日共4次歷史上罕見的、橫掃河西走廊全境的大風過程計算,大風只需13小時就能跑完全境。

當把鏡頭再拉回我們日常的工作生活中,夏天穿裙子的女生同樣會遇到狹管效應帶來的煩惱:當走在兩棟建築物之間、路過地鐵出入口,總要提前提防迎面撲來的「賊風」。這「小賊」十分狡猾,喜歡躲在建築物之間或通道裡搞突襲,甭管別處空曠之地如何風和日暖,只要一個轉角進入它的地盤,就能被它召喚出的陣陣「賊風」吹起裙角、打翻遮陽傘。

這個「小賊」對女生裙子的影響究竟有多大?石家莊鐵道大學團隊曾經在風洞試驗室裡做過一個城市街道寬度對街區通風影響的試驗,在進入街道前風速比基本上在1左右 , 進入街道後風速急劇增大,在距離街道入口100米左右風速最大,寬度40米、80米、120米、200米的街道在此處的風速比分別是1.4、1.23、1.22、1.17。可見狹管效應還真是不得不防。

不過有意思的是,也正是因為這一效應,才有了瑪麗蓮夢露裙角飛揚的經典鏡頭。細看之下,她正是站在地鐵通風口處,而通風設施本就需要狹長的通道輸送空氣。

當然,合理利用狹管效應,也可以實現經濟效益和社會效益的雙豐收。在臺灣海峽,由於特殊地理環境形成的狹管效應,福建沿海成為我國風能資源最豐富的地區之一。我國東南沿海首個海上風電場——六鰲海上風電場的建設規劃便是利用了這一地理優勢。(王若嘉)

效應3:名中帶風

天氣事件:5月1日至10日,海南全省共12個市縣出現1-9天的高溫天氣過程,多地最高氣溫均突破當地5月歷史極值。

猜效應:每年4月下旬到5月,海南本就受副熱帶高壓控制,再加上__ __效應影響下西南季風翻過中南半島下沉形成的乾熱風推波助瀾,「蒸籠」的「火」簡直越燒越旺。(答案見下文第四段劃線處)

這邊北京慢吞吞剛剛入夏,那邊海南幾乎提前一個月就送出了自己的第一個高溫三級預警。

熱!熱!熱!無疑是這個5月椰城百姓談論最多的字眼。5月6日,昌江縣七叉鎮更是記錄到43.4℃的高溫,真是名副其實的「空調續命」。

在海南4月至5月的高溫預報中總有這麼一句「受西南氣流影響」,但「西南氣流」不是在季風低壓與太平洋高壓牽引下裹挾著來自印度洋、南海水汽的暖溼氣流嗎?怎麼到了海南倒像是火場裡吹出的熱風?

這就不得不提到「焚風效應」。

普遍認為,焚風是一種由地形動力強迫引起的過山氣流下沉造成的乾熱風,中緯度相對高度不低於800~1000米的任何山地都可能出現。早期理論認為,氣流越過山脈時在迎風坡上升冷卻,空氣逐漸達到飽和狀態,當其中水汽大部分或全部凝結並降落在山的迎風面以後,氣流就像一團被擠幹了水的海綿一樣變得無比乾燥,並在山脊的背風面隨著下沉不斷增溫。但也有人指出,有些氣流原本就來自高緯內陸,水汽含量較少,並不會形成降水,1984年發表的一個統計表明,在阿爾卑斯山脈10%的焚風沒有降雨伴隨。

事實上,氣流在升降過程中是否發生水蒸氣相變僅僅關乎焚風溫度估算是否引入不同公式,並不動搖其暖性機制的核心要素:當空氣塊從地面上升時,理想狀態下雖然沒有得到或失去熱量,但上升後氣塊因壓力降低而膨脹,消耗內能導致溫度下降;當氣塊下沉,外界氣壓逐漸增大,氣塊體積被壓縮,內能增加,溫度也隨之升高。

要是實在難以理解,不妨換位思考,一座高山,在不補充水分的情況下,誰翻過去時還不是兩頰通紅、全身脫水只剩伸著舌頭喘氣的份呢?

當然,體溫再怎麼飆升也比不上這種地形影響所帶來的溫度增量。1956年11月13日、14日,太行山東麓石家莊氣象站曾觀測到在短時間內氣溫升高10.9℃;1966年,加拿大阿爾伯達省平切爾克裡克曾記錄到4分鐘21℃的升溫,強焚風時升溫之猛烈程度可見一斑。

再回看海南,每年4月下旬到5月,當地本就受副熱帶高壓控制,再加上西南季風翻過中南半島下沉形成的乾熱風推波助瀾,「蒸籠」的「火」簡直越燒越旺。且由於中部山區阻隔,往往西北部市縣的氣溫要明顯高於東南部市縣,也更易造成極端天氣。(葉奕宏)

效應4 名中帶雨

氣候景觀:從美國蒙大拿州翻越落基山脈,在西側,你會看到綠色的山麓,巨大的黃松和落葉松,還有翱翔的白頭鷹、魚鷹;到了東側,你看到的景象變成了草原、鼠尾草、鹿和叉角羚。

猜效應:當盛行風從海洋吹向陸地,且沿海地區高大山脈的走向和盛行風風向角度較大,甚至呈垂直狀態時,受__ __效應影響,山地迎風坡一側降水豐富,而距離很近的山地背風坡一側卻降水稀少,因此產生了完全不同的景觀。(答案見下文第二段劃線處)

溫暖潮溼的空氣從海洋登上陸地,卻被迎面而來的高大山脈擋住去路。它隨著山的高度不斷攀爬,途中遇冷凝結,降下雨雪。當終於越過山巔俯身向下時,它卻發現自己變成了被擰乾的毛巾,不能再給山的這一側帶來豐富的降水。

科學家將這樣的現象形象地稱為「雨影效應」。當盛行風多從海洋吹向陸地,且沿海地區高大山脈的走向和盛行風風向角度較大,甚至呈垂直狀態時,山地迎風坡一側降水豐富,而距離很近的山地背風坡一側卻降水稀少。這種降水的顯著差異,讓背風坡看上去就像是降雨區的「影子」,也被稱為「雨影區」。

滿足雨影效應條件的地方不少。那些叫得上名字的著名山脈,如南美洲南部安第斯山脈、北美洲落基山脈、歐洲阿爾卑斯山脈,以及我國的天山山脈、喜馬拉雅山脈都有此類現象。

雨影效應產生了截然不同的氣候生態景觀。如果你熱愛旅行,自駕從美國蒙大拿州翻越落基山脈,在西側,你會看到綠色的山麓,巨大的黃松和落葉松,還有翱翔的白頭鷹、魚鷹;到了東側,你看到的景象變成了草原、鼠尾草、鹿和叉角羚。兩個看似全然不同的世界在落基山脈山頂相連。

在澳大利亞,東部新南威爾斯州以北山脈和高原直接被稱為「大分水嶺」。它的走向與海岸線大致平行,從東部海洋吹來的溼潤氣流在東側降下豐富地形雨,在西側則氣流下沉、降雨稀少,乾旱的墨累-達令盆地正處在這一區域。為此,澳大利亞政府在雪山河及其支流修建水庫,通過自流或抽水,經隧洞或明渠,將南流入塔斯曼海的雪河水調入墨累-達令盆地,建成了聞名世界的雪河調水工程。東水西調大大促進了該盆地農牧業發展。

當然,除了乾旱,不少雨影區還是世界上優質的葡萄產區,比如智利和阿根廷安第斯山脈東部、我國天山山脈南麓等雨影區。這裡的葡萄生長期長,生長期間晝夜溫差較大,葡萄園通風性良好,還能使葡萄園避免遭受到溼冷空氣的影響。這些條件使葡萄在成熟時獲得了恰到好處的糖分,因此風味十足,成了高品質的釀酒葡萄原料。有些酒評家甚至把雨影區稱為「釀酒師的天堂」。(張格苗)

相關焦點

  • 氣象學中的四個地理效應
    暴雨雲團一個接一個地經過珠海,__ __效應發威。(2)5月27日,中國2020珠峰高程測量登山隊成功登頂。5月25日,在海拔7500米的大風口,由於__ __效應,風力加大,登山隊只能在路線上匍匐爬行。(3)5月1日至10日,海南全省共12個市縣出現1-9天的高溫天氣過程,多地最高氣溫均突破當地5月歷史極值。
  • 氣象學中的「焚風效應」和「雨影效應」分別是什麼意思?
    在氣象學中我們經常會聽到許多跟氣候有關的「效應」,比如「熱島效應」、「溼島效應」、「焚風效應」和「雨影效應」等。關於焚風效應和雨影效應這些「效應」都是在特定的區域條件下產生的特殊現象,比如「熱島效應」和「溼島效應」,主要是由集中大量人類活動的城市對氣候產生影響而出現
  • 三伏天「命是空調給的」:氣象學上的「火爐」標準是怎樣的?
    三伏天「命是空調給的」:氣象學上的「火爐」標準是怎樣的?氣象學上的「火爐」標準是一年中最高氣溫超35 ºC 的日子達20天以上並出現過40 ºC以上的高溫日氣溫(air temperature)超過28 ºC我們就會感到炎熱、難受(feel ill)高於34 ºC就會熱到扭曲…… 37 ºC以上時呼吸都費力心臟要努力運輸血液所以心跳加快(heart beats faster)還可能會昏迷、動脈和血管鬆弛、血壓驟降、臟器衰竭……
  • 中國古代在氣象學上的成就
    中國近代地理學和氣象學的奠基者。氣象學是人類在生產鬥爭中最迫切、最需要、最基本的一種知識。人們若不能把握寒暑陰晴的規律,無論衣食住行都會發生問題的。遠在3000年以前,殷墟甲骨文中,許多卜辭,都為要知道陰晴雨雪而留傳下來。積了多年的經驗,到周代前半期,我們的祖先已經搜集了許多氣象學的經驗,播為詩歌,使婦孺統可以傳誦。
  • 國內首部GPS氣象學專著《GPS氣象學及其應用》出版問世
    中國氣象報記者王瑾報導  日前,國內首部GPS氣象學專著——《GPS氣象學及其應用》一書出版問世。  GPS氣象學是通過測量無線電波在大氣中的折射和延遲來反演大氣要素,其探測原理與氣象衛星和氣象雷達通過測量無線電波(或熱輻射)在大氣中的吸收和反射來探測大氣要素截然不同,但又構成互補。GPS氣象學是大氣探測技術上的一次革新,是一門新的氣象學分支。我國從20世紀90年代中期開始GPS氣象學的研究,近幾年來發展迅速,已在全國近20個省市建立了區域GPS氣象網。
  • 應用氣象學專業
    應用氣象學專業 2018-09-04 23:10 來源:新東方網編輯整理 作者:
  • 小而美的專業,英國名校曼徹斯特大學氣象學專業!
    那麼,有人選擇氣象學專業嗎?一起看看曼徹斯特大學氣象專業吧!英國氣象學分支較多,大體來說可以分為氣:大氣物理學、天氣學、動力氣象學、氣候學等等。隨著生產的發展,氣象學的應用日益廣泛,又相繼出現海洋氣象學、航空氣象學,農業氣象學、森林氣象學、汙染氣象學等應用學科。現代科學技術在氣象學領域的應用,又有新的分支學科出現,如雷達氣象學、衛星氣象學、宇宙氣象學等。
  • 神奇的音樂——莫扎特效應
    1993年,加利福尼亞大學的兩位教授在英國《自然》雜誌上發表了《音樂和空間任務能力》的文章,文中介紹了他們所做一個實驗:讓學生聽10分鐘莫扎特的音樂後立即進行智商(IQ)測試,發現聽過音樂後學生的智商水平顯著提高了。他們把這一現象叫做「莫扎特效應」。
  • 氣象學考研院校有哪些?就業怎麼樣?
    氣象學考研院校有哪些?
  • 竺可楨:我國氣象學研究和應用的奠基人
    20世紀中國氣象事業的史冊上,鐫刻著這樣一個名字——竺可幀。這位早年留美的氣象學博士,以其強烈的愛國心和責任感,為中國的氣象學研究和應用奠定了堅實基礎。他學風嚴謹、毅力堅韌,成為廣大科研工作者的楷模。也許你很難想像,1930年之前,中國天氣預報領域一直是被外國人所壟斷,將天氣預報「主權」收回的,就是中國近代地理學和氣象學的奠基人竺可楨。1910年,竺可楨以優異的成績考取了「庚子賠款」留學美國的名額。為了回報自己的祖國,竺可楨在填報專業時毫不猶豫地選擇了農學,在他看來「中國以農業立國」,學習農學將來可以更好地報效祖國。
  • 風雲可測丨葉篤正和他的氣象學專著
    在大氣環流理論和動力氣象理論的基礎上,他對高原上天氣系統作了一系列的探討。葉篤正對高原天氣的探索讓國際上接受了大地形熱力作用的概念,為青藏高原氣象學的建立奠定了科學基礎。葉篤正和國內同行們的經年探索,充分證明了氣象是可以被預測的。他的一系列研究成果無一不在國際上引起轟動,並為天氣預報、氣象分析提供了理論依據。
  • 破解金字塔的神奇效應
    01神奇的「金字塔能」效應很早以前,科學家就發現金字塔具有一種神秘的力量:能使動物屍體木乃伊化,能使食物保持新鮮,能使刀片變得更為鋒利並延長使用年限,甚至能提高植物種子的發芽率,他們把這種現象稱為「金字塔能」效應。
  • 「皮格馬利翁效應」很神奇用準了能讓人人變得越來越優秀
    說你行貓可以變成獅子從教育心理學角度觀察「皮格馬利翁效應」隨處可見。「皮格馬利翁效應」是十分神奇的心理效應,追問起源更有一段神奇的故事。他用神奇的技藝雕刻了一座美麗的象牙少女像,在夜以繼日的工作中,皮格馬利翁把全部的精力、全部的熱情、全部的愛戀都賦予了這座雕像。他像對待自己的妻子那樣撫愛她,裝扮她,為她起名加拉泰亞,並向神乞求讓她成為自己的妻子。愛神阿芙洛狄忒被他打動,賜予雕像生命,並讓他們結為夫妻。
  • 中國農業大學氣象學好不好,就業情況怎樣
    本專業培養掌握應用氣象學專業的基礎知識、基本理論和基本技能,能夠在農業氣象及生態環境監測調控、信息分析處理、資源開發利用和防災減災等科研、教學和業務部門工作的應用性高級專門人才。中國農業大學的應用氣象學專業是非常好的。畢業生深造和就業面非常廣泛,發展潛力大,機會多。學校鼓勵畢業生成為學科的高端人才,選擇先深造再就業。
  • 氣象人物誌:中國現代氣象學創始人——竺可楨
    中國近代氣象學家、地理學家、教育家,中國近代地理學和氣象學的奠基者。他先後創建了中國大學中的第一個地學系和中央研究院氣象研究所,曾經擔任13年浙江大學校長,被尊為中國高校四大校長之一。竺可楨出生在浙江東關鎮一個小商人家庭。
  • 這所大學雖然為普通一本,但它的氣象學專業全國排名第一
    氣象學是以地球周圍環繞的大氣現象及其規律性為研究對象的一個科學領域,現代氣象學領域並非是一個孤立的存在,它的發展離不開相關科學技術領域的存在和發展,比如數學、物理學、化學、地質學、天文學、航海、航空、通信和計算機科學技術等。
  • 神奇的康達效應-隔空打牛絕不吹牛
    有些噴氣式飛機上升的原理就與我們這節課要探究的這個神奇的科學現象相關。這節課老師將帶領大家,通過三個簡單好玩的小實驗,一起來認識下這個有著重要應用的科學現象。水龍頭下的湯匙這個部分最好在水槽中的水龍頭進行,沒有水龍頭的也可以用一個礦泉水瓶扎一個口,模擬水槽中水龍頭的樣子。1.被吸引的湯匙
  • 南信大,好的不僅僅只有氣象學
    因為在不少家長的心裡,南信大的氣象學是全國頂尖的,這是大家都知道的。但是南信大其他王牌專業好多家長卻不了解,想要報考南信大,卻不知道如何下手。我都羅列在下圖上了,是最全的。各位家長可以查看。同時,因為南信大的大氣科學是全國第一,所以南信大有很多的關於大氣、氣象的國家級、省部級重點實驗室,足見其學科實力。
  • 「最美的謊言」神奇的安慰劑效應,什麼是安慰劑效應?
    什麼是安慰劑效應?外科醫生只是把你膝蓋上的皮膚割下來做檢查,實際上他們並沒有做實質性手術,但是你的膝蓋疼痛正在減輕。你吞下的藥片是假的,只是一些澱粉,但是你的偏頭痛消失了,就像服用偏頭痛藥一樣。通過注射鹽水來減緩哮喘,效果和支氣管吸入劑一樣有效。
  • 10個神奇的人類心理效應 你都知道嗎?
    最典型的例子,就是當我們看到某個明星在媒體上爆出一些醜聞時總是很驚訝,而事實上我們心中這個明星的形象根本就是她在銀幕或媒體上展現給我們的那圈「月暈」,它真實地人格我們是不得而知的,僅僅是推斷的。4、馬太效應馬太效應(Matthew Effect),是指好的愈好,壞的愈壞,多的愈多,少的愈少的一種現象。