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第17章 中国的风速 湿度和蒸发(2)

在山谷中,每当太阳升起,山坡渐渐变热,随之坡上气温也开始上升。但此时坡前同高坡上的自由大气因为空气不能直接吸收太阳短波辐射热量而并未升温。坡上大气由于气温高,密度小,气压便比坡前同高度上的大气低,于是气流便从谷中向山坡流来。山坡上各高度上气流都这样流来的结果,汇成一股沿坡向上流动的风,叫做谷风。夜间情况相反,坡上气温低于坡前同高度自由大气,气温低则密度大,密度大的冷空气沿坡下流,叫做山风(也就是形成河谷中地形性夜雨的山风)。山风、谷风,合称山谷风。

北京城区虽不位于典型的山谷里,但是北京城西有太行山,北有燕山,位于两山脉交界的谷口处,因此基本上也是一个山谷地形。其实,即使是一面山坡上,也会有这种周期性的风,道理也是一样的。白天吹沿坡而上的上坡风,晚上吹沿坡下流的下坡风,合称坡风。

由于坡上大气和坡前同高度上自由大气间的温度差和气压差值,白天大于夜间,因此谷风和上坡风风速便大于山风和下坡风。北京的上坡风就比下坡风平均大一级风力。

还有,山谷风和坡风,不仅在时间上是一天一个周期,而且在空间上也形成一个完整的环流圈。以谷风为例,它沿山坡升到山顶后,会掉头沿相反方向流到山谷上空,再垂直下沉(因而谷中昼晴)来补充谷风的上升气流的空缺,称为谷风环流圈。这种环流圈山谷的两侧都有一个。山风环流圈是由山风气流,谷中垂直上升气流(因而造成谷中夜雨)和谷中上空流向山顶的气流组成的,也是两侧山坡各有一个。

山谷会产生山谷风。可是如果山谷中流的不是水,而是冰,而且规模比较大,这时的情况就不同了。因为冰川上的气温恒定低于坡前同高度自由大气,因而冰川上全天恒吹下坡的山风,称为冰川风。珠穆朗玛峰北坡的冰川风就十分强盛,即使在离冰川末端3公里~6公里以下的河谷中,冰川风的年平均风速仍可达到6米/秒~8米/秒,最大曾达20米/秒。1966年3月~5月珠穆朗玛峰考察队曾记载说,“强劲的冰川风有时会飏起砂石,掀起帐篷”。

如果冰川面积进一步扩大,即不仅山谷里,连山顶上也都被冰川覆盖,那么,风又该如何吹呢?南极大陆和格陵兰不就是这样的地方吗?

这时,贴近冰面的空气,因为接触严寒冰面而冷却,密度增大。它就会像雨水下在起伏的地形上一样,沿坡下流,沿沟汇流。因此这种风过去称为“径流风”,或“外流风”。

不过,在南极内部地形比较开阔平坦的地方,风却并不严格服从地形,因为还有地转偏向力在起作用。而且纬度越高,风速越大,地转偏向力也越大。其结果是,实际风向要比沿重力方向向左偏转一个角度。例如,在南极点上,实际风向为38°。

在这里我们首先要说明一下南极点(南极点上有个美国南极站)上风向的特殊记法。因为如果按照气象学上的一般规定,在南极点上不管什么方向吹来的风,都应记为北风。但这样记没有任何意义。因此他们规定,以格林尼治经线为准,从这个经线上吹来的风记为0°,以此类推。例如南极点上最多风向为38°,就是风常从东经38°经线上吹来。但南极点实际坡向大约是82°,也就是风向向左偏转了大约44°。由于这种风向偏差一般只发生在贴近地面的强逆温层内,因此现在科学上不再称“径流风”,而叫“逆温风”。

冰川风和逆温风也是周期性风系。因为虽然从表面上看,冰川风和逆温风都是“一去不返”,实际上仍是一种山风环流圈,否则不断流失的空气从哪儿找到恒定的补充来源呢?另外,在风速大小上还是有昼夜变化周期的,即夜大而昼小。因为白天阳光照射到冰面上,会减小冰面上空气和坡前同高度上自由大气之间的温差。

以上几种风都是由山坡下垫面相对其坡前自由大气的冷暖即热力效应而形成的周期性的地方风。但地形也可以造成非周期性的地方风。下面主要讲焚风。但它们只是在特定的气压形势和地形下才能发生,并不像山谷风那样晴天小风天气中天天都可以有。

我们前面讲的气流爬山的故事实际上还没有讲完,这里要来结束它。因为它现在已经流到背风坡下部和山麓地带了。此时的爬山气流已经变得面目全非,从迎风坡上的湿润凉爽变成现在的又干又热,沿途强烈吸收植物叶子中的水分。最强烈的时候,使作物和草木叶子迅速发黄枯萎,像被火烤过一般,因此才得名“焚风”。

焚风的形成是因为气流在迎风坡上降下大量雨雪之后,水汽大大减少,常常越过山顶不久就雨止云消。而这种无云气流每下降100米要升温1℃之多,比有云气流要多升0.5℃。因此,如果爬山气流从迎风坡麓就开始有云,到山顶雨止云消,山脉高度为3000米的话,那么背风坡麓的气温就要比迎风坡麓高出15℃之多。而且由于背风坡气流中水汽又极少,因此气流中的相对湿度更因升温而剧降。这就是焚风又干又热的原因。世界上焚风最显著、最著名的地方是北美西海岸南北向的落基山脉东坡和欧洲东西向的阿尔卑斯山脉北坡。

焚风的害处是很多的。它不仅危害农作物,造成减产,而且易于引起火灾。阿尔卑斯山北坡19世纪中的几场著名大火大都发生在焚风期间,所以当地曾有在焚风期间严格禁火的规定。

但是,焚风也有益。因为轻度的焚风不成灾,又丰富了当地热量,有助于作物成熟。例如中亚山区的焚风可以使玉米提早成熟,不遭秋霜冻害,因此当地农民干脆称焚风叫“玉米风”。阿尔卑斯山北坡瑞士境内,只有受到焚风影响的范围内,葡萄和玉米才能成熟,影响不到的地方就不能成熟。焚风还使温带的瑞士庐塞恩湖地区的植物具有亚热带的色彩。落基山东坡的强烈焚风可以在一夜之间升温30℃,24小时内“吃尽”30公分厚的积雪,次日牛羊又可照常出外放牧。因此当地牧民称焚风是“吃雪者”。这个名称几乎全世界都知道,因为许多气象学书籍中都有记载。

五、中国相对湿度和水汽压的分布

在气象学中,相对湿度表示空气的干燥和潮湿程度。绝对干燥空气中相对湿度为零,水汽饱和的云雾中相对湿度为100%。水汽压则是大气中水汽造成的分压力,是大气中水汽绝对含量的一种表示。在数值上,相对湿度等于大气中实际水汽压与该湿度下饱和水汽压之比。

相对湿度对经济建设和人民生活健康都有重要影响。例如许多现代化工业生产车间、实验室等都需要恒温恒湿,否则会影响产品工艺和质量,或影响仪器设备性能。相对湿度过高,在夏季会造成人体闷热难耐,甚至中暑死亡;在冬季会造成阴冷入骨,加剧风湿、类风湿等疾病的病情等。

我国年平均相对湿度的分布形势,总的说来是东南高,西北低,从东南向西北降低。50%线大致通过二连浩特、银川、酒泉、托托河,止于拉萨略东地区。此线东南地区年平均相对湿度都在50%以上,大兴安岭北部、小兴安岭、长白山区大部以及烟台、郑州、西安一线以南地区还在70%以上。25°N~30°N之间的长江中下游地区、四川盆地、贵州大部、东南沿海以及云南最南部等广大地区,年平均相对湿度超过80%,其中许多地区年平均相对湿度可达85%左右,例如海南岛琼中、云南河口均为86%。

甘肃西部、柴达木盆地、塔里木、吐鲁番盆地以及大约90°E以西的青藏高原上,年平均相对湿度降到40%以下。柴达木盆地的冷湖(30%),阿拉尔(30%)和西藏噶尔(31%)都是我国最干燥的地区。但西北干旱地区中山区高处气候仍比较湿润,相对湿度还是比较高的,可达60%以上,例如天山中的巴音布鲁克高达71%。

如果说相对湿度好比海绵吸水,表示吸水的饱和程度的话,那么水汽压就表示空气中水汽的绝对含量的大小,它可以理解为水汽在大气总压力中的分压力,单位和气压一样,都是百帕。空气中水汽含量愈多,水汽压也愈大。

水汽压随气温冷暖而迅速变化,也随相对湿度高低而升降,气温愈高,相对湿度愈大,水汽压也就愈大。

一般说来,我国气温南暖北冷,相对湿度南高北低,所以我国年平均水汽压从北向南规律性地递增。例如,最北的漠河为5.6百帕,哈尔滨7.9百帕,进山海关增至10百帕以上,北京为10.6百帕,过淮河超过15百帕(上海16.3百帕),越南岭升到20百帕以上(广州22.1百帕),渡琼州海峡达到25百帕。中国年平均水汽压最大的地方就数南海诸岛,如西沙珊瑚岛28.8百帕和永兴岛的28.4百帕。海南其次,如三亚26.2百帕,等等。

气温随海拔增高而下降,所以水汽压亦随海拔增高而迅速降低。例如海拔397米的西安,年平均水汽压为12.5百帕,而海拔2065米的华山只有7.0百帕。水汽压也随相对湿度的降低而减小。因此中国年平均水汽压最低的地方就是高寒而干旱的地区。例如柴达木盆地的茫崖为2.3百帕,冷湖2.4百帕等。

最后例行说说相对湿度和水汽压的极值情况。因为我国盛行大陆性季风气候,冬季风来自西北内陆,夏季风来自东南海上,因此相对湿度和水汽压,像气温和降水量一样,都有极为显著的季节变化,冬季极小而夏季极高。