书城科普缤纷气候
15046800000010

第10章 地球气候的成因(4)

这次火山大爆发持续时间长达两年之久。抛出的火山碎屑物沿山坡滚滚而下,填满了附近的深谷,最厚达200米。到1996年,这些火山堆积物的温度还有500°C。火山爆发喷出的2000万吨二氧化硫,加之大气中遮天蔽日的火山灰尘埃,使得全球气温降低了1℃,并且数月后,二氧化硫大量注入平流层的气溶胶,形成了一层硫酸雾,臭氧层损耗也在短期内大幅增加。

由于在6月15日前,菲律宾火山地震研究所和美国地质调查局的火山学家已做出比较准确的预测,6月10日起,先后约有25万人从火山旁边及附近的低地撤走,附近机场上的飞机也撤离了,从而至少避免了5000人死亡和2.5亿美元的财产损失。由于预防措施得当,皮纳图博火山喷发仅造成了800人死亡。尽管如此,还是导致10万人无家可归,100万人的生命安全受到威胁,造成了5亿美元的财产损失,其灾难性后果也是罕见的。

2.4复杂气候生成原因〖1〗2.4.1地理条件地球的表面若是均匀一致的,则气候具有带状分布的特点。实际上地球的表面错综复杂,海洋、陆地和各种各样的地理地形,这种不同性质的下垫面与太阳辐射、大气环流之间相互作用,便产生了极其复杂的气候情况。所以,地理条件是复杂气候形成的主要原因。

地理条件对气候形成的影响表现在地理纬度、海陆分布、地形和洋流上。纬度是影响气候的最重要因素,太阳辐射的分布完全取决于纬度,而大气中的热能又是来自太阳辐射,故温度随纬度具有带状分布的特点。一般是纬度越低,气温越高;纬度越高,气温越低。各地区所处的纬度不同,是造成世界各地气温不同的主要原因。

海陆分布改变了气温和降水的地带性分布。由于陆地没有海水的热容量大,所以陆地的升温和降温都比海洋快,这就造成了陆地温度变化急骤,海洋温度变化缓慢。在海洋或近海的地方,气候特点是冬暖夏凉,气温的日变化和年变化较小,降水的季节分配也比较均匀;而内陆地区温度变化悬殊,冬季寒冷,夏季炎热,干湿季也比较分明。

地形对气候的影响主要表现在海拔高度和坡向。一般说来,气温随海拔升高而降低,大约每升高100米,气温下降0.6℃,因此山顶的气温比山脚低。降水在一定高度的范围以下,是随高度的升高而增加的,但到达一定高度以上,却又随海拔高度的增加而减少。山地降水还因坡向而不同。在山脉的迎风坡,气流被迫抬升产生强烈的上升运动造成大量降水,成为“雨坡”;在山脉的背风坡,由于气流下沉增温作用,具有焚风效应,故干燥少雨,成为“干坡”。因此,高山地区气温和降水在垂直方向上的分布类似于在水平方向上随纬度呈现出带状分布,热带地区的高山从山麓到山顶先后出现从热带到寒带的垂直气候带。

海洋中海水有规律的运动,称为洋流。洋流对其流经的大陆沿岸的气候有一定的影响,因为海水的传热能力比大气高许多倍,所以洋流调节了纬度间的温差,在低纬与高纬间的热量传输方面起了重要作用。从低纬度流向高纬度的洋流,因含有大量的热能,对流经的沿海地区起到增温增湿的作用;从高纬度流向低纬度的洋流,水温低于周围海面,对所流经的沿海海面有降温降湿的作用。其次,由于海洋东西两岸冷暖洋流水温的差异,在盛行气流的作用下,使同纬度大陆东西两岸气温产生显著区别,破坏了气温随纬度增加而降低的分布规律。此外,暖流沿岸多降水,冷流沿岸多雾。

纬度的差异是造成气温高低的根本原因,也是气候形成的根本原因。比如南北回归线之间,一年有两次太阳直射,接受的太阳辐射多,气温较高,是热带;两极接受的太阳辐射少,气温低,非常寒冷,是寒带;介于两者之间的中纬度地带,接受的太阳辐射介于二者直接,气温也介于二者之间,属于温带。

2.4.2地形影响气温

气温随海拔高度的升高而降低,冰雪覆盖的山峰也清晰地显示出高处的寒冷。白天大气变暖,气温上升,并不是因为空气直接吸收了太阳光短波辐射热量的结果。空气分子是几乎不吸收波长比较短的太阳光线的热量的,而是由地面吸收了太阳短波辐射热量,升高地面温度后,再通过对流辐射等方式,由地面再增热大气。夜间气温降低,也不是空气直接向宇宙太空辐射热量的结果,而是由于地面向宇宙空间放射散失长波辐射的热量而冷却,大气与冷却的地面接触,将自身热量慢慢传给地面而逐渐降低气温。此外,还有坡向的影响。在北半球,同一季节、同一日子里山南山北气候不一般,山南温暖,而山北寒冷。

唐朝诗人白居易写有一首《大林寺桃花》:“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开。常恨春归无觅处,不知转入此中来。”意思是说,平地上四月份花朵早已凋谢的时候,高山上寺庙里的桃花刚刚盛开。常常悔恨春天归去再无处寻觅,竟然不知道平地的春色移到了高山之上。白居易没有继续攀登,如果继续往上攀登,还会看到山顶的冬天。也许山顶一年只有冬天,即使平地进入盛夏季节,山顶也许仍是寒风刺骨,白雪皑皑,青藏高原等雪线以上区域正是这种情况。

高原上大气薄、密度小,海拔1500米高山上的大气减薄了15%,海拔3000~3100米高山上减薄了30%,海拔5500米高山上减薄了50%。大气的变薄,对于太阳光线来说,到达地面的路途上损耗固然要减少一些,但是减少得很有限。可是因为大气变薄,大气中的水汽和云也少了,地面向宇宙空间以长波辐射而散失的热量却大大增加。所以随着海拔高度的增加,气温是逐渐降低的。如果山再高些,夏季就不是凉爽,而是寒冷了。

珠穆朗玛峰北麓拔海4300米处有个定日气象站,记录最冷的1月平均气温-11.3℃,比沈阳还稍稍暖和些,极端最低气温-46.4℃,也比北极村漠河稍高些。再高就没有气象站了,但定日气象站有无线电探空观测,用内插的方法可以大致算得珠穆朗玛峰以1月最冷,月平均气温大约是-36.0°C,比北极村漠河还冷,相当于东西伯利亚南部温度;以7月最暖,月平均气温-19.0℃左右,和隆冬1月的哈尔滨近地面气温相近。珠穆朗玛峰被誉为世界第三极,珠穆朗玛峰的温度低于北极而仅次于南极,真的是珠穆朗玛峰似北极,高处不胜寒。

2.4.3地形影响降水

迎风山地对降水的形成具有促进作用,从而形成了“山前山后两重天”的景象,一山之隔,山前山后往往干湿悬殊,使局地气候产生显著的差异。气流从平原上吹来,无声地爬上了山坡,爬着爬着,气流中出现了云,接着便下起雨来,这种情况在山区里经常出现。因为气流在上升过程中体积不断膨胀,内能减少,气温就不断降低。当气流中气温降低到它所能包含水汽的能力低于水汽实际含量时,多余的水汽就会在气流中无数微小的凝结核上迅速凝结,形成云滴从而产生云。当云滴经过云物理过程形成雨滴,雨滴增大到上升气流托不住它的时候,就开始下雨了。往往山下或山腰降小雨或中雨,而山上则降中雨或大雨。因此降雨强度和降雨持续时间均随拔海高度增加而增大,这是山区气候的一个普遍规律。

地形雨当空气层结是对流不稳定或条件不稳定时,风经过山地受到阻碍,引起气流的抬升运动,抬升空气达到凝结高度后,在不稳定层结条件下,上升运动可继续发展,空气中水汽凝结而成云致雨。当低压或锋面天气系统移到山地迎风坡时,因地形的阻挡,低压或锋面天气系统移动滞缓,因而导致气旋雨或锋面雨,降雨时间延长,降雨强度增大。当气流进入谷地时,由于峡谷喇叭口效应,引起气流辐合上升,如果空气潮湿,层结条件又适宜时,就会产生降水。

在大陆性气候区,夏季由于山坡南北增温情况不同,或由于谷底与山坡增温比谷上空气增温快,会产生局部热力对流,形成对流雨或雷暴雨。气流经过崎岖不平的地形区域,因摩擦力的影响产生湍流上升运动,在其他条件适宜时,往往形成低层云或层积云,产生小量降水,如毛毛雨、小雨等。由于中纬度地区高空处在西南引导气流里,云多是自西而来,所以高耸的山脉东麓年雨量总是偏少,年平均温度总是偏高。

中国西北干旱地区的山麓平地,一般都是荒漠或半荒漠景观。但是随着海拔高度的增加,降水逐渐增加,而地面蒸发和植物叶面蒸腾总和的蒸散量则因为气温降低、湿度增大而逐渐减小,因此气候逐渐湿润,植被景观也不断发生变化。天山北坡山麓的通古特荒漠年雨量大约只有150毫米,海拔654米的乌鲁木齐市年雨量为247毫米,只能生长草类。当然也有草原土质的原因,乌鲁木齐市区马路两旁笔直的参天白杨,就是依靠人工定期灌溉生长的。再向海拔高处,树木开始出现了,以后越来越多,大约在1800米高度上已是成片森林,到了2200米高度以上,夏季月平均温度低于10℃,因温度过低森林带重又过渡到草原带。祁连山北坡、阿尔泰山西南坡、贺兰山两坡均有这种情况,只不过树种和林带高度、宽度有所不同。如果山顶高度低于森林线下界高度,或者因气候干旱,森林可能出现的高度上最热月气温低于10℃,那么森林带就不会出现。因而干旱地区的低山上没有森林,而天山南坡、昆仑山北坡等也没有森林。北疆被誉为小江南,阿尔泰山西南坡降水则更多,芳草萋萋的草原可以伸至山麓。

2.4.5地形改变雨季

爬山气流由于一路上降下了大量的雨水,消耗了大量水汽,等到它爬过山顶开始下坡的时候,气流中所含的水汽就很少了,因而背风坡上的雨量要比迎风坡同高度上少得多。山脉越高,山脉两侧的雨量相差越大,譬如南北美洲西峰山脉迎风坡年雨量是背风坡的10倍以上,以至产生迎风坡景观为森林而背风坡则为荒漠半荒漠的巨大差异。

中国属季风气候,冬夏季盛行风向相反,因此迎、背风坡位置也一年一度变换。不过由于中国雨季在夏季,冬季气流十分干燥,因此决定年雨量迎、背风坡位置的主要是在夏季。譬如长白山支脉辽东半岛上千山山脉为东北-西南走向,正好垂直于夏季湿润东南季风的来向,因而迎风坡为东南坡,雨量、雨日和暴雨均比背风的西北坡多得多。迎风坡的丹东、宽甸雨季7~8月总雨量多达600~700毫米,而背风的沈阳、营口只有350~400毫米,迎风坡一日最大降水量可达300~400毫米,而背风坡仅有150~200毫米。

中国坡向对雨量影响最大的山脉是喜马拉雅山,迎风南坡下部年雨量普遍在2000毫米以上,巴昔卡高达4495毫米,植被为森林。可是越过喜马拉雅山脊,拔海3000~3500米的雅鲁藏布江河谷中年雨量仅400毫米左右,呈半干旱景观。

台湾的火烧寮是中国年雨量冠军,火烧寮位于基隆、台北、宜兰三县市交界的迎风面,除西南方海拔较高外,其西、北、东、东南等地势逐渐向外倾斜,有利于地形雨的形成。每年9月到次年3月的东北季风挟带大量水汽南下,在火烧寮受到地形拦截形成稠密的雨势。夏秋季的台风,瞬间降水量更惊人。火烧寮是夏季风必经之地,深受夏季风的影响,火烧寮常形成地形雨。

地球表面错综复杂,有海洋、陆地和各种各样的地理地形,这种不同性质的下垫面与太阳辐射、大气环流之间相互作用,便产生了极其复杂的气候情况。

地理条件对气候形成的影响表现在地理纬度、海陆分布、地形和洋流上。纬度是影响气候的最重要因素,太阳辐射的分布完全取决于纬度,而大气中的热能又是来自于太阳辐射,纬度越低,气温越高;纬度越高,气温越低。

海陆分布改变了气温和降水的地带性分布。由于陆地没有海水的热容量大,所以陆地的升温和降温都比海洋快,这就造成了陆地温度变化急骤,海洋温度变化缓慢。在海洋或近海的地方,气候特点是冬暖夏凉,气温的日变化和年变化较小,降水的季节分配也比较均匀;而内陆地区温度变化悬殊,冬季寒冷,夏季炎热,干湿季比较分明。