自古以來,北方的春天就多冷空氣大風,小的3、5天就有一場,大的十天半月也能來一次,從未間斷并不稀奇。這一次也不過是春季寒潮大風的常規操作而已,只不過,這一次屬實是范圍有點大,強度有點極端,與一般的春季寒潮大風過程相比,大概相當于一群2米多的大漢中冒出了個“姚明”:通常過程局地最大陣風10-12級,這一次過程大概可以出到局地12-14級。
那何至于此呢?如果也以長個子來類比形容的話,那就是:先天基因打了底、后天營養跟得上、體育鍛煉沒落下、睡眠時間有保證。
只要具備了某個主要條件就會有大風——先天基因是高個兒那就基本矮不了;具備的的條件越好大風就越強——改善的營養主導了中國青年平均身高30年提高近10厘米;多個主要條件都具備且都好那極端大風就出來了。
風是空氣流動形成的,而啟動空氣流動和影響流動空氣的因素實在是太多了,最終形成的大風類型也多種多樣。有的大風范圍很大,像寒潮大風和臺風大風,有的風范圍很小比如雷雨大風,有的風是兼而有之混在一起。這里撿幾個主要的、影響了本次大范圍極端大風過程的因素簡單說一下。
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主要成因——可能這兩天已經聽過這話,為什么呢?我們可以用地形來近似理解這個道理:梯度就是坡度,大氣場中的高低氣壓就好比地形場中的高山深谷,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。這個因素是大范圍大風最重要的成因,所以可視為“先天基因”。
但是這地形與氣壓這兩者有一點非常重要的差別必須提到:高山滾落石頭受地球自轉的影響微小到可以忽略不計;但在大氣場中,大范圍的大風受地球自轉影響非常顯著,不可不查。
這個因素在北半球會造成運動空氣向前進方向的右側偏轉,當它與氣壓梯度的因素最終平衡之后,會導致大風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。在上圖中的呈現就是大范圍的北風。
地球自轉只改變物體移向,不改變移速。所以盡管有這個差異,氣壓梯度大對應于風大,與地形坡度大對應于石頭滾落快的道理是完全類似的。
上圖取自本次過程中4月12日08時的模擬大氣氣壓場,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的大。
2、后天營養攝入——高空強風動量下傳
實際上,很多大風發生的環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,可能要算是高空風的動量下傳造成的地面大風。
最典型的就死青藏高原冬季常駐的大風了。如下圖所示,氣壓梯度接近微不足道,但由于對流層上部有強風帶,所以接近這個強風帶的青藏高原就會有大風。
那么這個高空大風的動量是如何下傳到地面的呢,這個機制也挺復雜的,用最簡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動,則越有利于高層強風動量下傳。在冬半年的青藏高原,由于緯度比較低且海拔比較高,所以其實白天收到的太陽日曬是很強的,常常能把地表土壤溫度加熱到30℃以上(是的,你沒看錯)。地表又加熱近地面空氣,造成了上下層空氣的巨大溫差進而造成冷降暖升的上下空氣交換,同時各層風速不同的差異性本身也會更容易形成交界面的空氣交換流,于是高空大風就造成了地面大風。
這種核心物理機制也就造成了這種大風的兩個主要特點:1、白天很強晚上顯著減弱,因為晚上沒太陽了;2、陣風特點顯著,因為地形和下墊面的復雜性使得受熱不均進而加熱空氣不均勻,所以造成的交換流是亂流。
3、攝入營養被吸收——一盤“冰水”從天潑下
如果說高空強風是營養,吃進去了是動量下傳,那么要想真正得到這個營養還需要吸收好,對應于大風機制就是:越能造成上冷下暖態勢的,越有利于上下交換,“吸收”越好。
本次大風過程存在高空強風帶,12日白天有春分后太陽照射的下暖,并且還多了一個高空很冷。一般來說大多數過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米處能達到-40℃,海拔3000米能達到-20℃。
綜上,先天基因的優勢(強氣壓梯度)、后天營養的充足(強高空風)、對營養高效的消化吸收(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,最終在華北地區出現了這次大范圍的極端大風。
最后提一下,其實這次北方大范圍極端大風沖到南方時雖然會顯著減小,但影響也很大。而且在這之前,南方會出現另一種機制的大風——雷暴大風,這種風很局地,但可以在大范圍內分散的局地。它的成因之前講過,這里且略過。
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