我们周围每天的天气是由当地的大气活动决定的。暖日、阴天和突然而至的冰冷阵雨都是气团运动的结果。大气团内部通常有相同的温度和气压,因此它们经过时会带来几天的固定天气。但当两股不同的气团相撞时,在相接处或是它们之间的锋面处,天气会发生变化。影响大气运动和压强的因素有许多,诸如当地山的高度或全球风和洋流。
1 风
暖锋
暖气团前进迫使冷气团后撤时所形成的锋面被称为暖锋冷空气下沉到地面,暖空气在其上方继续前进,形成了一个较为平缓的锋面。暖空气在爬升的过程中冷却,形成各种类型云层,其中最低的云会带来一定的降雨。
冷锋
当冷气团迅速侵向暖气团时,会形成一个急剧上升的锋面,暖气团被迫迅速抬升。如果上升中的暖气团含有大量水汽,就会凝结成塔状积雨云。云中储存的能量会产生雷阵雨和强度极大却又短暂的降雨。
锢囚锋
锢”表示“被包围”的意思。暖锋进入冷空气后,被随之而来的另一个冷锋赶上,这股冷空气在暖气团后方盘旋并推动暖气团上升。暖气团在上升过程中冷却,其中的水汽凝结,产生雨量极大的降雨。由此就在这三个气团间新产生了一个封闭的锋——锢囚锋。
风的形成
空气从较冷的高压区域,流向较温暖的低压区域的运动形成了风。风会带来天气状况的急剧转变尤其是许多沿海地区。在夜间,陆地气温比洋面上下降得更快,因此风从较冷的陆地吹向较暖的洋面而在白天,情况则完全相反: 陆地升温比海水更快于是在陆地上方形成低气压并吸引海风吹向陆地。
全球风的移动
▲全球风移动图
由于地球自转,刮向赤道的风向西偏,这类风称为信风。信风在赤道附近减弱消失,赤道附近形成赤道无风带。在温带,盛行风为由西向东的西风,盛行风也是由地球自转所控制。南北极地区上方的稳定的高压带吹出寒冷干燥的东风。在大陆,由于陆地和海洋上气温的季节变化而产生的季风给海洋沿岸地区带来降水。
龙卷风
龙卷风,也被称为旋风,是所有风中最具破坏性的,其最大风速可达480千米/小时。它们外形是一个细长的旋转柱体,当暖空气被吸入雷雨云下的低压区域时,龙卷风就产生了。它扫过陆地时释放巨大的能量,能将房屋撕成碎片或将卡车卷入半空。虽然龙卷风在世界许多地方肆虐,但都及不上北美草原的惨状,那里是龙卷风重灾区平均每年有60人因此丧命。
龙卷风的形成
1.最初的迹象
很多人认为龙卷风从云中将水蒸气伸向地面,其实这是一种误解。一个中气旋(一条较宽的旋转气柱)已经连起了云底和地面。在这幅图中,飞扬的尘土和圆锥形的云的蒸气预示着一个中气旋的形成。
2.风柱的形成
这个龙卷风正在成形。暖湿空气涌入柱形底端并盘旋上升时会迅速膨胀并冷却。这使得它以云的方式释放出水蒸气。正是这些水蒸气和从地面吸入空中的尘土形成龙卷风的外貌。
3.最大能量
一个龙卷风通常持续几分钟,但最强的可以持续一个小时甚至更长。当底部的暖湿空气不足或干冷的气流从云层下沉时,龙卷风就开始减弱了。通常,在消失前龙卷风会收缩成细绳状。
全球龙卷风活动
▲全球龙卷风活动图
龙卷风活动(图中以橙色标出) 常发生于温带地区,尤其是美国中部地区,北达科他州以南直到得克萨斯州,被称为“龙卷风道”的区域。在那里,龙卷风在春天很常见,寒冷的极地气团遇到来自墨西哥湾的温湿气流。这股混合气流产生了气旋周围的暖空气绕着它盘旋上升的低压区域。在北半球,龙卷风绕逆时针方向旋转,与气旋方向相同。在南半球,气旋绕顺时针方向旋转,龙卷风与之一致。
2 雨
降水
降水是从大气降落到地表的水和冰的统称。水有在较小的温度变化区间内迅速地在固态(冰)、液态(水) 和气态(水蒸气)之间改变其物态的特殊能力,这是水的一大特点。世界上的许多地方降雨量适中,但也有些地区极度干旱,另一些则饱受洪涝之苦。雨雪会在何地落下、持续多久,很大程度上取决于地域、季节和陆地形状。
降雨
降雨是由气团移动引起的。当潮湿、温暖的气流上升时会膨胀、失去能量并最终冷却。冷空气相比暖空气能携带的水分较少,因此水汽开始凝结成无数微小的水珠并聚合成云。水珠聚集在云中的灰尘或冰晶上成为雨滴。正如下面所显示,许多因素能够使暖空气形成雨云,其中包括冷暖气团交汇时暖气团的抬升、辐合作用,以及山地地形对暖气团的抬升等。
不同类型的云
层云
积云
卷云
积雨云
层云:层云的英文Stratus来源于个意为“分层”的词语,被用来形容这种大体上形成均匀的层状的云。像其他描述云的术语一样,层云一词可形成组合词。雨层云是一层较低的灰色雨云。高层云是中等高度上的稍厚、稍白的层云。卷层云则用来形容厚、亮白而高的层云。
积云:积云的外形犹如大量圆形堆积在一起。通常它的底部是平的。这些篷松的云在高海拔(卷积云)、中海拔(高积云) 和低海拔(积云) 都有存在。这些毛茸茸的、看起来像棉花的云象征着晴天,但是积云大量聚集并且底部厚而暗则是暴风云,并且预示着大雨的来临。
卷云:卷云存在于海拔极高的上层空间;由于高空缺少水蒸气的缘故,它们纤细而稀薄。卷云是由冰晶组成的,大都反射着明亮的白光;一丝丝看起来像头发的卷云组合起来又像马尾巴。卷云本身不会产生雨水,但它们可能是暖锋接近的第一个信号,预示着将要来临的降雨。
积雨云:上升的暖气团能制造被称为积雨云的塔状云,高度可达18千米。当暖空气抬升并冷却时,就会形成云并放出能量;如果它仍比周围环境温度高的话,就会继续上升。积雨云是雷暴雨的源头,它的上层可能含有雪或冰雹。
雷电
雷雨是由积雨云中紊乱的气流所引发的。雨和冰正电荷聚集雹运动十分剧烈,聚集了大量的电荷在云的上层,负电荷则聚集在下方。当大气的电阻被击穿,闪电就在两种电荷间穿过,有时甚至贯穿于云层和大地之间。闪电将其周围的空气加热到20000C时,便产生了我们所听到的雷声,这一水平的温度相当于太阳表面温度的3倍。同时,这个过程使得空气膨胀并压缩周围大气,产生了冲击波。
▲雪景图
雪花是云中的过冷水蒸气,即些细小液滴,在冰点以下仍保持液体形态而形成的。过冷水汽在周围的任何表面上都会迅速冻结,所以当冰晶出现时,过冷水汽就会附着在它表面,从而使得冰晶越来越大;随着雪片越来越大,在重力作用下,雪花就从云端飘落下来。只有当近地的温度仍很低时,雪才能保持其结晶体的形态到达地面,而雪花通常是由数个冰晶组成的。
冰雹
就像雪一样,冰看也是形成于非常寒冷的云层中的微小雨滴的聚集作用。但冰看仅在有强烈上升气流的大型的云层中产生。开始时冰雹会略微下落一段距离,吸收过冷水汽;接下来强上升气流又将冰看抬高,更多水汽凝结在上面。这一过程不断重复,直到冰看落下。大多数冰雹只有豌豆大小,而有些则可以像橙子一样大。
智利的阿塔卡马沙漠
▲智利的阿塔卡马沙漠图
智利的阿塔卡马沙漠是世界上最干燥的地区之一。伊基克市在一个世纪内所降的大雨,不超过五次。安第斯山脉对潮湿水汽的阻挡作用,也是导致这种干旱气候的部分原因。
印度的乞拉朋齐
▲印度的乞拉朋齐
坐落于喜马拉雅山麓靠近印度北部高地的乞拉朋齐,是世界上降雨量最多的地区。在夏季风盛行时,潮湿的海风从南面的印度洋洋面上吹来。
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