自古以來(lái),北方的春天就多冷空氣大風(fēng),小的3、5天就有一場(chǎng),大的十天半月也能來(lái)一次,從未間斷并不稀奇。這一次也不過(guò)是春季寒潮大風(fēng)的常規(guī)操作而已,只不過(guò),這一次屬實(shí)是范圍有點(diǎn)大,強(qiáng)度有點(diǎn)極端,與一般的春季寒潮大風(fēng)過(guò)程相比,大概相當(dāng)于一群2米多的大漢中冒出了個(gè)“姚明”:通常過(guò)程局地最大陣風(fēng)10-12級(jí),這一次過(guò)程大概可以出到局地12-14級(jí)。
那何至于此呢?如果也以長(zhǎng)個(gè)子來(lái)類(lèi)比形容的話,那就是:先天基因打了底、后天營(yíng)養(yǎng)跟得上、體育鍛煉沒(méi)落下、睡眠時(shí)間有保證。
只要具備了某個(gè)主要條件就會(huì)有大風(fēng)——先天基因是高個(gè)兒那就基本矮不了;具備的的條件越好大風(fēng)就越強(qiáng)——改善的營(yíng)養(yǎng)主導(dǎo)了中國(guó)青年平均身高30年提高近10厘米;多個(gè)主要條件都具備且都好那極端大風(fēng)就出來(lái)了。
風(fēng)是空氣流動(dòng)形成的,而啟動(dòng)空氣流動(dòng)和影響流動(dòng)空氣的因素實(shí)在是太多了,最終形成的大風(fēng)類(lèi)型也多種多樣。有的大風(fēng)范圍很大,像寒潮大風(fēng)和臺(tái)風(fēng)大風(fēng),有的風(fēng)范圍很小比如雷雨大風(fēng),有的風(fēng)是兼而有之混在一起。這里撿幾個(gè)主要的、影響了本次大范圍極端大風(fēng)過(guò)程的因素簡(jiǎn)單說(shuō)一下。
1、先天基因打底——高低氣壓梯度巨大
“氣壓梯度”大是本次大范圍大風(fēng)主要成因——可能這兩天已經(jīng)聽(tīng)過(guò)這話,為什么呢?我們可以用地形來(lái)近似理解這個(gè)道理:梯度就是坡度,大氣場(chǎng)中的高低氣壓就好比地形場(chǎng)中的高山深谷,空氣從高壓流向低壓,恰似石頭從高山滾落深谷——哪里坡越陡,那里下越快。這個(gè)因素是大范圍大風(fēng)最重要的成因,所以可視為“先天基因”。
但是這地形與氣壓這兩者有一點(diǎn)非常重要的差別必須提到:高山滾落石頭受地球自轉(zhuǎn)的影響微小到可以忽略不計(jì);但在大氣場(chǎng)中,大范圍的大風(fēng)受地球自轉(zhuǎn)影響非常顯著,不可不查。
這個(gè)因素在北半球會(huì)造成運(yùn)動(dòng)空氣向前進(jìn)方向的右側(cè)偏轉(zhuǎn),當(dāng)它與氣壓梯度的因素最終平衡之后,會(huì)導(dǎo)致大風(fēng)不是垂直于等壓線的從高壓直接吹向低壓,而是平行于等壓線的高壓在右低壓在左。在上圖中的呈現(xiàn)就是大范圍的北風(fēng)。
地球自轉(zhuǎn)只改變物體移向,不改變移速。所以盡管有這個(gè)差異,氣壓梯度大對(duì)應(yīng)于風(fēng)大,與地形坡度大對(duì)應(yīng)于石頭滾落快的道理是完全類(lèi)似的。
上圖取自本次過(guò)程中4月12日08時(shí)的模擬大氣氣壓場(chǎng),不難看出,華北正是氣壓梯度最大的地方,而本次的氣壓梯度又屬于少見(jiàn)的大。
2、后天營(yíng)養(yǎng)攝入——高空強(qiáng)風(fēng)動(dòng)量下傳
實(shí)際上,很多大風(fēng)發(fā)生的環(huán)境氣壓梯度并不算大,尤其是在中低緯度。還有其它因素,這里面最主要的,可能要算是高空風(fēng)的動(dòng)量下傳造成的地面大風(fēng)。
最典型的就死青藏高原冬季常駐的大風(fēng)了。如下圖所示,氣壓梯度接近微不足道,但由于對(duì)流層上部有強(qiáng)風(fēng)帶,所以接近這個(gè)強(qiáng)風(fēng)帶的青藏高原就會(huì)有大風(fēng)。
那么這個(gè)高空大風(fēng)的動(dòng)量是如何下傳到地面的呢,這個(gè)機(jī)制也挺復(fù)雜的,用最簡(jiǎn)化的方式可以這么理解:高層越冷地面越暖,則越有利于暖升冷降的空氣運(yùn)動(dòng),則越有利于高層強(qiáng)風(fēng)動(dòng)量下傳。在冬半年的青藏高原,由于緯度比較低且海拔比較高,所以其實(shí)白天收到的太陽(yáng)日曬是很強(qiáng)的,常常能把地表土壤溫度加熱到30℃以上(是的,你沒(méi)看錯(cuò))。地表又加熱近地面空氣,造成了上下層空氣的巨大溫差進(jìn)而造成冷降暖升的上下空氣交換,同時(shí)各層風(fēng)速不同的差異性本身也會(huì)更容易形成交界面的空氣交換流,于是高空大風(fēng)就造成了地面大風(fēng)。
這種核心物理機(jī)制也就造成了這種大風(fēng)的兩個(gè)主要特點(diǎn):1、白天很強(qiáng)晚上顯著減弱,因?yàn)橥砩蠜](méi)太陽(yáng)了;2、陣風(fēng)特點(diǎn)顯著,因?yàn)榈匦魏拖聣|面的復(fù)雜性使得受熱不均進(jìn)而加熱空氣不均勻,所以造成的交換流是亂流。
3、攝入營(yíng)養(yǎng)被吸收——一盤(pán)“冰水”從天潑下
如果說(shuō)高空強(qiáng)風(fēng)是營(yíng)養(yǎng),吃進(jìn)去了是動(dòng)量下傳,那么要想真正得到這個(gè)營(yíng)養(yǎng)還需要吸收好,對(duì)應(yīng)于大風(fēng)機(jī)制就是:越能造成上冷下暖態(tài)勢(shì)的,越有利于上下交換,“吸收”越好。
本次大風(fēng)過(guò)程存在高空強(qiáng)風(fēng)帶,12日白天有春分后太陽(yáng)照射的下暖,并且還多了一個(gè)高空很冷。一般來(lái)說(shuō)大多數(shù)過(guò)程也都有高空冷的條件,但這一次冷的很突出,直接上圖。冷中心溫度海拔5000米處能達(dá)到-40℃,海拔3000米能達(dá)到-20℃。
綜上,先天基因的優(yōu)勢(shì)(強(qiáng)氣壓梯度)、后天營(yíng)養(yǎng)的充足(強(qiáng)高空風(fēng))、對(duì)營(yíng)養(yǎng)高效的消化吸收(上有“冰水”澆頭下有“火爐”烘烤有利),集合了各種有利因素且它們“配合”很好,最終在華北地區(qū)出現(xiàn)了這次大范圍的極端大風(fēng)。
最后提一下,其實(shí)這次北方大范圍極端大風(fēng)沖到南方時(shí)雖然會(huì)顯著減小,但影響也很大。而且在這之前,南方會(huì)出現(xiàn)另一種機(jī)制的大風(fēng)——雷暴大風(fēng),這種風(fēng)很局地,但可以在大范圍內(nèi)分散的局地。它的成因之前講過(guò),這里且略過(guò)。
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