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风不同,景也不同|平流层|水汽|辐射|大气层|对流层

我们常说“风景”。其实这个词可以拆开来看,一个是“风”,一个是“景”,二者有着深刻联系。

你可以想象没有风的地表景观吗?月球上没有大气,也就没有风,因为风的本质是空气流动。

你把旗子插在月球上,它是不会飘扬的;你把无人机带上月球,它是飞不起来的;云卷云舒,你在月球上是看不到的。因为这些现象都离不开大气和风。

所以,我们谈论风,必须先从地球大气说起。

我们以前聊过:地球被厚厚的大气层包裹着,也叫作“大气圈”。大气层的厚度超过1000公里,越往高处,空气越稀薄,气压越低。越靠近地面,空气越密集,气压越高。这是“万有引力”决定的。

实际情况是不是这样呢?

如果没有太阳辐射,地球大气层大致就是这个样子,不会有太多变化。但因为太阳辐射,地球大气变得活跃,自然分成了三个层次,即对流层平流层和高层大气。

所谓“对流”,就是近地面空气受热膨胀上升、然后在高空遇冷收缩下降,从而形成上下对流。空气对流带动着水汽的升降循环:地表水汽受热上升,在高空越冷凝结,成为较重的雨滴、雪花或冰雹,再次落回地面。

近地面空气如何被加热呢?我在第5期《两小儿辩日》一文中聊过这个内容,并把它概括为“太阳照大地,大地暖大气,大气还大地”。你可以回看一下,此处不再重复。

随着纬度不同,太阳辐射与地面受热也不相同。赤道地区最热,近地面空气对流最强,对流层可达十几公里;南北两极最冷,因而对流层只有7、8公里厚。

对流层以上就是平流层。这里的空气不再发生上下对流,为什么呢?

因为超过一定高度后,空气就难以收到地面辐射的热量了。平流层空气受热主要来自于太阳光的直接辐射,呈现上热下冷的状态,因而不会上下对流,气流环境也比较稳定。

所以,长途飞机会选择平流层的底部飞行。而飞机颠簸主要发生在对流层,也就是起飞和降落时。

平流层以上、高度超过60公里以上就是高层大气。高层大气更加稀薄,受太阳辐射更强烈。除了太空探索,人类活动一般不会到达这个高度。

实际上,我们关注的天气现象都集中在对流层。没有空气受热,就不会产生热胀冷缩的气压差,没有气压差,就不会有风;没有风,就不会有水汽循环。

我们在生活中,能感受到什么样的风呢?

首先,我们能感受到不同来向的风。风可能来自东西南北的任意角度。但在特定地带,风的方向有其稳定规律,因此称作“信风”(守信用的风)。

其次,我们能感受到不同季节的风。在不同季节,风向与风景也很不同。

“吹面不寒杨柳风”是春天的风,“荷风送香气”是夏天的风,“无边落木萧萧下”是秋天的风,“北风吹雁雪纷纷”是冬天的风。在我国大部分地区,春夏常刮东南风,秋冬常刮西北风,这叫作“季风”。

还有一种风天天都刮,只是我们不太注意。

那就是空气因受热而上下对流,上下对流造成水平方向的空气流动,形成循环,所以叫空气的“热力环流”。

某地的地面温度高,地面空气就膨胀上升,气压随之降低,周围较冷的空气气压较高,就流过来补充。而在高空,上升气流因聚集而密度变大、气压增高,就流向空气相对稀薄的地方,再次聚集而下沉,形成一个循环圈。

这就是“热力环流”的基本模型。热力环流带动着水汽循环,成为影响天气的主要因素。

我们都学过李商隐的诗句:“君问归期未有期,巴山夜雨涨秋池”。为什么巴山地区多夜雨呢?

巴山地区就是今天的重庆一带,这个地区有很多岭谷地形。山岭海拔高、云层薄,白天升温快,夜晚降温快。而谷地正相反:云雾较多,白天升温慢,热量不易散发,夜晚降温慢。

在白天,谷地气压较高,风从谷地吹向四周山岭。而到了夜晚,四周山岭的冷空气吹向谷地,谷地富含水汽的空气被迫抬升,然后在高空遇冷凝结降雨。这就是“巴山夜雨”的成因。

住在海边的朋友都有体会:白天与夜晚风向相反,白天的风吹向陆地,夜晚的风吹向海面。这又是什么原因呢?

这也是空气“热力环流”的一种体现。白天海水升温慢,海面气压较高,而陆地升温快,气压较低;所以海风吹向陆地。夜晚则是相反的情况:陆地降温快,气压较高,海面降温慢,气压较低;所以风向逆转。

城市中心与郊区也有类似的情况。

大家知道:城市中心往往是人口密集的“水泥森林”,各种碳排放比较多,因此会成为“热岛”。而郊区人口密度低,农田绿地较多。所以造成了市中心与郊区的气压差,进而影响风向。当然,相比于山谷风与海陆风,城市风相对微弱,我们平时不易察觉。

聊了许多种风,你发现没有:它们的成因基本一致,都是由于地表受热与放热状况不同,从而形成空气环流。

影响地表的受热与放热的因素有哪些呢?除了上面讲的地形差异、海陆差异、城郊差异,还有一个更大的因素。你也许已经想到了,那就是纬度。

下一期,我们就结合纬度,聊一聊全球范围的大气环流模型。

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