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西风带对我国气候的强烈影响 精选

已有 4404 次阅读 2020-7-18 23:37 |个人分类:气候生态|系统分类:科研笔记| 西风带, 气候, 蒙古高压

西风带对我国气候的强烈影响 

     最近一个月以来,不断地看全国的降雨分布图,几乎每天都看,发现一个明显的规律,最近一个多月以来中国的强降雨带一直在长江上面,基本上以长江为界,其南面和北面降雨都减少。而且已经造成了长江沿岸9个省大范围的洪灾,下面是最近搜集的降雨图。根据降雨的锋面理论,我想很显然长江的强降雨地区无疑就是锋面了,那么锋面的两个对立气团分别来自哪里呢?很显然,北边的气团来自蒙古高压气团,而南边的气团来自于南太平洋的大洋气团。现在要问,为什么它们在长江流域形成了持久的锋面而久久不北移呢?这个也许要从中国气候形成的原因说起了。

从全球环流说,我国低空,处在赤道低压带和副热带高压带之间,即恰好在赤道和北纬40多度之间。赤道低压带是一个无风带,而副热带高压带也是一个无风带。在这两个无风带之间地面,按照通常的规律,它盛行东北风(从东北吹向西南),但是由于青藏高原的巨大影响,我国的青藏高原上盛行近地层西风,而整个蒙古高原以南地区(除过东北),都盛行西北风,不管是西北风还是东北风,它们都向南吹动。而中国大陆夏季长期被蒙古高压控制,属于无风带。现在我们明白,蒙古高压向南一直可以到达长江以南,而且长期控制该地区,造成来自南太平洋的夏季季风无法向北运动,造成了长江流域的持续降雨和洪灾。为什么会形成蒙古高压?而且为什么蒙古高压持续稳定,能够控制中国北方长达几个月呢?这与青藏高原和西风带的辐合作用密不可分。在赤道低压带和副热带高压带之间,有一个垂直环流,叫哈德莱环流(Hadley),大约占30个纬度,这个环流从赤道对流上升,上升高度超过15公里,赤道上的对流层高度远远大于中纬度地区,形成指向中纬度的高压(赤道高空高压),因此赤道高空中的气流向中纬度流去,中纬度的对流层高度只有不足十二公里高,因此气流一边下降,一边向北流动,同时由于地球自转偏向力的作用(实际上是地球不同纬度上的自转线速度不一样,赤道上空的速度是每秒465米,而到了中纬度则减少到了400米每秒),到了中纬度地区风向不再向北,而是彻底地转为东西方向的风,即西风,西风从高空逐渐向东移动的过程产生下沉,所以在中低空形成了持久不变的西风,称之为西风带。有趣的是,西风带在中国的最强地区就是新疆蒙古一线,所以这里长期被下沉气流影响,干燥无比。我们知道,气流上升的过程是一个绝热上升,温度降低的脱水过程,但是气流下降的过程则是一个绝热下降气温上升的干燥过程,形成的干热风,或者是焚风。因此西风带中携带的水汽很少。由于西风下沉过程缓慢,速度较低,所以西风带的纬度宽幅很大,基本上从北纬25度到北纬45度之间都是西风带控制地区。西风带吹过我国的时候受到了青藏高原的剧烈阻挡,从而形成了三个支流,一个支流从青藏高原的上空吹到青藏高原上,使得青藏高原的近地层常年盛行近地层西风,一支经过喜马拉雅山的阻挡向南流去,形成西风带南急流,一支从中国的帕米尔高原入境形成了北急流。而这三个支流对中国的气候都有很大的影响。首先说西风带南急流,西风带南急流起源于非洲大陆东部和印度洋西部的赤道附近,向北偏向东北方向移动,遇到了高大的喜马拉雅山,在此处受阻下沉,形成了干热风,因此在印度西部和巴基斯坦地区形成了热带沙漠,但是也在此处西风带一部分沿着喜马拉雅山向东南方向吹动,这一支急流在向东吹送过程中和来自印度洋的湿热季风混合,在喜马拉雅山南麓形成了大量降雨,当这股急流流动到中国的藏南和横断山区的时候又和来自南太平洋的暖湿季风辐合形成强降雨,因此我国的林芝察隅一带形成了水塔,有充足的水源。但是当南支急流在冬季向东吹送的时候,却没有来自印度洋和太平洋的暖湿季风,所以反而在冬季春季会形成干旱,尤其是云南,广西,广东西部,四川南部。西风带急流穿过青藏高原的一支,分布在整个青藏高原上,当它穿过青藏高原的时候,由于地形突然降低,西风急剧下降,从而影响我国整个中东部部地区,例如陕北高原,云贵高原,四川盆地,秦巴山区,在这一地区形成一个局地环流,环流的方向是高原来的气流吹送几百上千公里沉降向下,然后风向回卷向西近地层的风向从东向西,到达西部第二阶梯的时候再次辐合向上回流到西风带中,所以沉降区会出现干旱少雨季节,而西部上升区形成多雨地区,这个环流在四川盆地尤其明显,四川盆地东部的雨量明显减少,每年在700毫米到1000毫米,而西部的雅安地区形成了强大的降雨地带,降雨量超过1800毫米,岷山以东的九寨沟地区降雨量很大,而东部的汉中广元一带冬季降雨量明显偏低(当然由于秦岭的作用,降雨条件显得更为复杂),同时在青藏高原的上空及其东部基本上极大地减弱了西风带,所以在中国东部的中高空基本上不再受西风带影响,这也是我国东北平原能够在阿留申气团影响下形成大的降雨量的原因之一。西风带的北支急流的影响范围很大,原因是它经过的地区的山系都是东西向,和风向一致,而且大部分地区都是一马平川,非常适合西风分散开以后缓慢下降。所以这个西风带北急流影响的范围从新疆一直到大兴安岭,长度超过4千公里。但是正因为西风带在此处形成了稳定的沉降带,所以这一代也形成了稳定的副热带高压带,而这个高压带对于我国北方的干旱有着决定性影响。

通过近几年的观察我们发现,这个副热带高压带,也叫蒙古高压带,其大小,强弱,幅度都是变化的,这种变化正是我国华北平原、关中平原、中原地区最近几年持续干旱的原因。而蒙古高压带的变化又受到了哈德莱环流(Hadley)的强烈影响,西风带、夏季季风、蒙古高压带、南太平洋暖湿气流实际上都是哈德莱环流(Hadley)的一个部分,所以它们之间有联动性。用这个就能够解释今年我国南方降雨带一直处在长江流域的原因。

哈德莱环流(Hadley)随着太阳高度角的变化南北摆动。冬季,太阳在南半球直射,哈德莱环流的上升气流也随着向南,因此整个西风带也跟着南移,此时西风带北支急流迅速减弱,被西比利亚冷气团控制,蒙古高压带不再强大,西伯利亚冷气团给北方地区带来湿冷的气流,形成冬季降雪。但是西风带沉降区依然存在,因此出现干冷和湿冷交替出现的状态,当西比利亚冷气团聚集时间长,压力强大的时候,寒流会一直到达中国的长江以南,尤其是这个时候南太平洋暖湿季风非常弱的时候。西风带的南支急流也减弱,但是由于靠南,其减弱幅度没有北支急流幅度大,这时候它吹过整个印度平原进入中国的藏南和云贵高原,由于这个南支急流的含水量很少,而且这时候印度洋季风和南太平洋暖湿季风非常弱,所以形成了西风南支急流单独控制云贵高原的情景,这一带形成长期的干旱温暖气候,所以云贵高原在冬春季容易发生森林火灾,和干旱缺水的情况。于此不同的是西风急流青藏高原一支,虽然携带的水汽浓度很低(绝对湿度很小),但是青藏高原的冬季温度也很低,相对容易形成冷凝现象,所以青藏高原上冬季会形成大量的地形降雪,这种降雪往往在山脉的迎风坡。到了春季,太阳高度角向北移动,西风带北支急流逐渐强大,蒙古高压逐渐形成并且迅速强大,由于春季太平洋上还没有形成近地层高压,季风还没有形成,所以蒙古高压形成后迅速向南侵犯(西北风和东北风都有),一直会到达长江以南地区,使得长江以南地区在春季也会形成短暂的旱季。但是蒙古高压在长江以南久久不会离去,一直到来自太平洋的夏季暖湿季风向北移动,在6月份就会在长江淮河一带形成锋面雨。这个就是今年六月以来我国降雨分布的主要原因。因此,蒙古高压向南侵犯才是我国今年南方形成大洪水的罪魁祸首。到了夏至以后若干天,西风带逐渐减弱,蒙古高压会迅速减弱,这样夏季季风的高压才会迅速把降雨锋面向北推进,我国一般到了仲夏秋季才是中原和华北平原的多雨季节,原因也就在这里,在于西风带引起的蒙古高压的减弱。

那么蒙古高压除过受西风带的严重影响以外,还受到哪些因素的影响呢?为什么最近几十年我国的北方持续地干旱呢? 西风带实际上是哈德莱环流(Hadley)的沉降部分和阶段,而哈德莱环流有上升部分,受到上升部分的巨大影响,但是上升部分远在赤道,而且随着一年四季的变化,随着太阳高度角的变化在北纬23.5度和南纬23.5度之间摆动,摆动的纬度超过了45度,所以其沉降区西风带也是随着一年四季南北摆动的,冬季西风带南移,沉降气流减少,蒙古高压就范围就减小,强度也减小。此时极地高压带的寒流南侵,会带来部分降雪。当然冬季蒙古高压依然存在,所以蒙古高压带和极地高压带会相互“打架”,其锋面不断交错、融汇、互相侵犯,因此形成周期性的寒流,形成此消彼长的局面。这种局面给北方会带来降雪,解决干旱问题,所以冬季北方反而并不是特别干旱。到了春季西风带北移,但是此时的西风带由于从南半球吹过来,经历的路程长,携带的水汽较少,而且季风在春季也不活跃,中国北方形成的是持续4个月的干旱。此时的蒙古高压会持续扩大,一直延伸到长江以南地区,甚至在南方部分地区形成干旱。到了五月底,季风逐渐强大,持续地吹向中国大陆东南,此时由于季风气压较大,而蒙古高压相对较弱(面积大),在它们的交错锋面上则容易形成降雨,而且两个气团的交错、融汇、互相侵犯会形成北方有些地区突然性的强降雨,但是交错锋面形成的降雨一般时间短,强度小。总体来看他们依然在锋面附近相互交锋,此消彼长,形成忽然南面忽而北面的降雨格局。到了六月七月则形成两个强大的气团的全面交锋,气团锋面一直会滞留在长江流域和秦岭之间,今年则一直在长江流域。锋面滞留期限长达一两个月,在锋面附近形成持续地强降雨。这种降雨就是洪水,就是灾害,据国家防总的消息,今年全国南方九省受灾严重。以夏至之日为界,夏至以后西风带逐渐南移,蒙古高压逐渐减弱,此时来自南太平洋的南季风反而强大(因为此时太阳依然直射在北半球),此时来自西太平洋的暖湿气流也逐渐强大,逐渐从上海到天津一带登录中国大陆,所以降雨的锋面会向北移动,到达内蒙古边缘一带,常常在七月底八月初在北京、晋北、陕北和蒙古形成大暴雨。到了七月底八月以后,西太平洋的广大区域持续大量蒸发,但是又在反气旋的包围之中,最后容易形成“热带风暴”“台风”,台风对于中国大陆的降雨也有很大影响,此时的蒙古高压的范围已经回收到了北纬40度附近。西风带的南移虽然使得其北支急流减弱了,但是南支急流反而加强了,大量的气流通过南支急流沿着喜马拉雅山流入我国的西南地区,此时这支急流会形成一个巨大的高压气团(而且这个气团携带有来自印度洋的暖湿气流),在地面直逼蒙古高压,所以此时的蒙古高压带会迅速回缩至秦岭以北。所以,七月以后,在中国大陆的东南、南方、西南都有气团侵入,而且威力较大,此时的蒙古高压在三大气团的压力下迅速北移。降雨带也跟着迅速北移,形成仲夏秋初北方多雨的情况。但是,如果某个年份受到了厄尔尼诺现象的影响,那么中国大陆气候就会出现反常,要么非常干旱,要么洪闹不断。而厄尔尼诺现象本质上是一种大洋洋流,也就是大洋洋流对于哈德莱环流(Hadley)的上升气流有巨大影响,而且大洋洋流对于西太平洋的蒸发有很大影响,进而影响整个季风的源发地、大小和方向,所以洋流的变化通过哈德莱环流(Hadley)影响到了西风带的强弱和摆动,进而西风带的强弱和摆动又严重影响了蒙古高压的大小和强弱,进而严重地影响了我国北方的干旱程度。洋流的变化常常和地壳的板块运动又紧密相关,因此总体来说整个天气系统就非常复杂了。高空中的气流基本上都是以很快的速度在前进,所以高空气流的波浪摆动,其波长常常是几千公里,这种摆动也会严重地影响某个地区的气流下沉,影响其大小范围和强度,因此哈德莱环流以外的大气环流对于哈德莱环流也有很大影响,例如Ferrel环流和极地环流的来回摆动会影响哈德莱环流(Hadley),罗斯贝波的摆动也会严重影响西风带,进而影响蒙古高压。因此,影响蒙古高压的因素还是比较多的。近地层的信风、季风和西伯利亚高压带也是影响蒙古高压的因子。另外,全球变暖必然会对蒙古高压产生影响,全球变暖,则赤道上升气流更加强大,意味着西风带更加强大,对应的蒙古高压的范围和强度更大。

除过以上大范围的大气环流影响蒙古高压以外,蒙古高压覆盖的地区的地理环境、山川地貌和水文降水也是影响蒙古高压的自身条件。同样在西风带的控制下,伊犁河谷比较湿润,天山山顶冰川发育,这是地形的影响。河套平原比较湿润,喀什地区比较湿润,这是灌溉农业的作用。所以,同样在蒙古高压的控制区,但是各地的局地气压并不一样,也在变化。而变化的主要因素是热量和水,其次才是地形因子和纬度因子。水是导致蒙古高压范围大、持续时间长的最主要因子,这里指的水主要是指水域面积,而不是降水。据统计,近50年来,中国消失的湖泊达243个,总萎缩面积9573平方公里,其中新疆消失湖泊的数量最多,共62个,约占全国湖泊消失总数的1/4。这些消失的湖泊大多在北方。湖泊个数的减少,面积的缩小都是影响蒙古高压强大的主要因子。湖泊中的水通过蒸发和凝结来调节空气中的热量,通过热量调节空气的温度,进而调节气压,达到气压稳定的作用。在空气温度过高的时候蒙古高压就大范围扩张,尤其向南扩张;但是如果水域面积很大,吸收了大部分热量,则蒙古高压的压强会下降,范围会缩小,不会向秦岭以南扩张,更不会向长江流域扩张,这样长江以南的夏季季风就会有较强大的动力向北移动,降雨锋面相应会向北移动。所以就能够解救长江洪灾,也减少北方旱灾。另外,人为高温和全球变暖也会导致蒙古高压的压强会增加,范围会扩张,蒙古高压本身是一个反气旋稳定气团,在高温下只能够稳定地,缓慢地扩张。反气旋中的高温只能也是稳定的,如果它扩张范围更广,那么就会出现持续干旱,对于北方生态是严重威胁。

基于以上分析,我们的结论是:影响我国气候的最为主要的原因是大范围的蒙古高压的存在,蒙古高压存在是因为在地理位置上,它处在副热带高压地区,处在哈德莱环流所造成的西风带沉降区,这个蒙古高压范围大,强度大,影响非常广泛,是我国北方干旱,南方水灾的主要原因。所以,对蒙古高压的治理和控制成为改变我国北方气候的主要努力方向。那么我们如何人为地治理和控制蒙古高压呢?

最为重要的一点,就是大规模调水,大面积扩大北方湖泊的面积,从而改变北方的气象因子。首先一点,充分利用夏季洪水期,把现有的水资源储存起来,储存在哪儿呢?储存在八万多座水库里面,储存在过去消失的湖泊中,如苏泊淖尔,奈伦湖、红碱淖等等。第二,大规模调水,彻底改变西北干旱面貌,其中的尾水引入罗布泊,柴达木盆地,蒙古额济纳旗等地,其中额济纳旗到二连浩特的九百公里地带都是天然的湖泊洼地,能够储存大量的水。有了这些水,蒙古高压问题就基本能够减弱,因此蒙古高压对长江流域的洪水危害也会相应的基本解除,降雨锋面和降雨带会向北移动到北京、陕北一带。因此调水的功效是无法估量的。





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