渥太华有座后山。
在晴好天气里,又无明显的天气系统情况下,如果你在午后站在山坡山,面向山谷,你总是感觉到谷风扑面;而在夜间,山风则从你的背后吹向山谷。
这就是所谓的“山谷风”效应。其形成机制是:白天,山坡较山谷下面的陆地增温较快,较热的空气不断上升,并从上层流向谷地的上空;同时,由于流体的连续性,山谷下面的空气沿山坡向山顶补充。这样,就在山坡和谷地之间形成了一个纵向的空气循环,使得底层的风总是沿山坡向上山顶吹,即所谓的“谷风”。夜间,情况则相反,山坡降温较快,冷空气密度较大,则从山顶沿山坡流向山谷,就所谓的“山风”。
与此类似的还有“海陆风”。如果你站在岸边,面对很大的水面(如海面、湖面等),白天是海风拂面,夜间则陆风撩背。
概括起来,不管是“山谷风”还是“海陆风”,这种风的形成和变化,其根本原因是:不同地方的空气受热不均匀!
好的,如果说起“
受热不均匀”,那在全球范围看,有一个更大的、超级的不均匀,那就是南北极空气的受热程度,远远低于赤道的空气。
受“山谷风”的启发,你肯定推论出了 – 在地面,空气从地极流向赤道;在高层,空气从赤道流向极地,于是形成了一个沿经度圈的“径向环流”。
你推论得太对了。然而,对于全球范围的大尺度运动而言,你还得考虑几个非常重要的因素,那就是 --- 地球的转动、地表摩擦、和天气系统。
地转偏向力
由于地球的自转,在北半球运动的物体,总要受到一个向右的力(南半球则向左),这个力叫地转偏向力,也叫科氏力(或科里奥利力)。这个力对长途运动的物体的积累效应是非常明显的。例如,在北半球,江河的右岸总是冲刷得比左岸明显;又如,高空落下一个物体,在静风情况下,它的落地点,总是向东偏移(即所谓的“落体偏东”)。而对于长途跋涉的空气,这个力的作用就更加明显了。
高层,当赤道的热空气向两极运动时,在北半球,向北运动的空气总是受到一个向右的力,使得它边运动,边向东偏转,最后达到某种平衡,结果就成了向东吹的西风了!这就是所谓的“西风带”。西风带的风速随高度不断增加,在对流层顶附近达到最大。西风带里还有几个大的风速带(叫“急流”)。
低层(一般指1000米以下),情况变得复杂起来。原因是,低层的地表摩擦大,地表(或叫下垫面)的热力作用明显,不同的天气系统繁多。这样,极地空气向南运动中,除了受到地转偏向力外,更主要受到气压梯度力、摩擦力的影响。
说起摩擦力,低层空气上下都受到摩擦。除了下垫面的地表摩擦外,它还受到上面的地风带的摩擦。由于地表是静止的,而西风带是运动的,这个高层的持续的运动摩擦,对低层的影响就体现在“牵引”、或者叫“引导”。引导的结果,就是低层的风,就整体而言,除了极圈附近和低纬地区,也是向东吹的。如果再细分,还有什么“三圈四带”等,这里不赘述。
以渥太华为例,冷空气来了吹西北风,暖湿空气来了吹西南风;冬季盛行西北风,夏季盛行西南风。总之都有个“西”字。也有一些东风,那主要是受北美低压的影响。
现在,可以切入主题了 – 日本的风
欧亚大陆是地球上最大的大陆,因而它对天气系统的影响更为明显。最直接的表现就是东亚的季风。在东亚,冬半年盛行北风或西北风;夏半年盛行偏南风。
在高层,欧亚大陆的东部是一个稳定的“东亚大槽”。这是一个深而稳定的低压槽。日本则正好处于这个槽底。一出它的东部,就是稳定的西南偏西风。
现在正处在冬末春初,东亚的日本仍然受偏北的季风支配,而在高层,就是稳定的吹向东北偏东的西南偏西风。
所以,你根本就不用关心
仙台的地面今天吹什么风。它整体上是向东的。
特别是,核污染一旦扩散到大气,它的传播是受高层大气的运动所支配的。它的传播主体路径,就沿东北偏东方向,绕过阿留申低压,直奔温哥华。
不信,你可以看今天加拿大环境部的高空天气图:
这是一张根据世界各探空站观测结果而绘制的
500毫巴(百帕)上空(约5000米)的天气图(这种探空观测,全球一天共观测两次,一次是00点UTC,另一次是12点UTC。该链接的图是动态更新的。在发本贴子时的图,是2011年3月16日12点UTC的观测结果)。图中的实线等值线是等高线。风基本上是沿等高线吹的。
从图中可以看到,日本在图的左上部。在北海道以北,有一个低压中心,另一个低压中心在阿留申。从日本以东,一直到阿留申以南,一直是强大而稳定的西风带(西南偏西)。
如果看高空急流,那就看
环境部的这张250毫巴上空(约1万米)的高空图。
从张图看到,急流在东亚的位置也处于日本上空。在北美东部,急流分为南北两支。北支约在哈得逊湾底部,南支约在纽约附近。
一点临时小科普,希望免除大家对日本的核泄漏污染中国的担心。