氣象學的發展現象（氣象學上的神奇效應）

2023-04-26 13:17:45

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）