海效应、大湖效应、大气河与大气湖你都听说过吗?

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海效应、大湖效应、大气河与大气湖你都听说过吗?

2024-01-24 10:26| 来源: 网络整理| 查看: 265

上海地区地理位置和地形条件都不是很有利,所以上海地区的冷流降雪有分布范围小、持续时间短、降雪强度弱等特点。

其实,世界上还有很多地区会产生海效应降雪,如大西洋西岸的加拿大魁北克地区和美国、大西洋东部的英格兰岛、日本海东部的日本西海岸等。如果降雪发生在海湾附近又称为海湾效应降雪,如美国的特拉华海湾、切萨皮克湾和马萨诸塞湾,以及冷空气从东北方向穿越欧洲的芬兰湾、波罗的海后,到达瑞典东南部产生降雪等。与海效应降雪类似机制的有湖效应降雪,发生在晚秋和冬季的大湖下风向地区,著名的有美国五大湖(又称北美五大湖)、大盐湖等。湖效应降雪是美国东部大湖地区冬季最为显著的天气现象。

大湖效应原理

大湖效应指的是冷空气遇到大面积未结冰的水面(通常是湖泊)从中得到水蒸汽和热能,然后在向风的湖岸形成降水的现象,通常是以雪的形式出现。

产生地区

以五大湖地区为例。在秋天到来时,五大湖区逐渐变冷,但冬季不会完全封冻。冬季气团主要从西向东穿越北美洲。当陆地将夏季吸收的热辐射掉,大陆气团变得很冷,极地气团南下到大陆上空,当气团经过湖面时,温度极低的空气与相对温暖的水面接触,气团下部温度升高,水汽进入气团。冷气团下部是一层温暖潮湿的大气。寒冷、密度较大的冷气团下沉,使暖空气上升,温度降低,水汽凝结,空气不太稳定,云开始形成,一般为层云,层积云或大片积云。一般冷气团在五大湖区上空行进一半时,就会形成云,并随气流向东漂移。之后,大气再次来到寒冷的大陆上空,与地面的接触减慢了大气的移动,从湖面飘过来的大气不断在沿岸聚集,暖气团不断上升,云层加厚,开始降水,由于下层空气温度很低,水汽以雪的形式降落下来。

中国案例

2005年12月4日山东威海暴风雪。在中国,大湖效应降雪通常被称做冷流降雪。中国只有在山东半岛北部的一小部分地区会有大湖效应降雪,并且效应比以上这些地方都要弱,但山东半岛的丘陵地形抬升作用会使其北部沿海降雪加强,甚至引发暴风雪。2005年12月4日~21日,连续多场暴风雪袭击了山东半岛北部的威海和烟台,其中威海在几次暴风雪中总降水量近100毫米,积雪49厘米,导致交通几近瘫痪。欧亚案例

因为大湖效应的缘故,其他任何大陆都无法同北美洲东部的雪带相匹敌,因为没有任何大洲拥有像五大湖区这样处于绝佳位置的水域。这并不是说,欧洲与亚洲就没有大湖效应。每年秋天,西伯利亚气温下降时,寒冷密度较大的冷空气下沉,产生了大面积的冷高压。大气从冷高压向外移动,穿过俄罗斯的拉多加湖,向西穿过芬兰湾、波罗的海,寒冷的大气与较为温暖的海水相互接触,获得了水蒸汽,到达瑞典东岸时,这些潮湿,相对比较温暖的大气在穿越海岸后开始冷却,在该国东南部形成降雪。西伯利亚冷空气向东流动,远离冬季高压中心,穿过蒙古高原和戈壁沙漠,给中国北方带来了干冷的天气。冷空气穿越海岸,在北部集结了来自日本海的水汽,在到达日本的本州和北海道的西海岸时,温暖的黑潮暖流,使海水温度升高,大气相对比较潮湿温暖。当大气穿越日本海岸时,被迫绕过高山,沿海岛西侧前行,并开始降雪。往南,西伯利亚冷空气穿越黄海,获得水汽,在朝鲜半岛西部和山东半岛北部聚集下来,形成降雪,由于冷空气穿越黄海水面的距离比日本海要短,效应相对弱些。

降雪

降雪地点取决于使云移动风向和风速。风速决定了暴风雪行进的距离,风越强烈,其携带的水汽走得越远,晚秋与初冬时节,其行进的距离最远。降雪量取决于以下因素:冷气团与水面的温差,温差较大时,水温越高,冷气团温度越低,冷凝的水汽就越多,雪量就大,一般在12月和1月容易出现这种温差,也最容易产生暴风雪;冷空气在水面行进的距离,即吹程也会影响降雪量,冷空气与暖水面接触时间越长,气团就会携带越多的水汽。如果水面结冰,水汽供给停止,大湖效应就会停止。

大气河

大气河,由纽威尔(Newell) 和华裔科学家朱勇于上个世纪90年代提出,迄今已有近30年的历史。他们利用欧洲中期天气 预 报 中 心模拟的全球风场与相对湿度数据,计算得到垂直积分的水汽通量值,发现在中高纬度有一些带状的水汽输送结构,其长度是宽度的数倍,从低纬度延伸至中高纬度地区。在中高纬度,这些结构所输送的水汽占所有南北向水汽输送的90%以上。可与陆地上最大的河流——亚马逊河的流量相匹敌。于是,他们给这种带状的水汽输送结构取名为AtmosphericRivers,意为大气中的河流,简称大气河。

大气河这一名称由于直观地表达了其输送水汽的强度之大,因此得到了媒体、气象学家以及水文学家广泛使用,但同时也引起了一些争议。争议的原因主要有两点,一是大气河是定义在欧拉场上的瞬变结构,不同于陆地河具有较为固定的河床,因此冠之“河流”之名实为不妥;二是在气象领域,已有与之相近的概念,如温暖水汽带、热带水汽出口等。

为解决这些争议,《气象术语》委员会组织专家小组数次举办研讨会,专门辨析大气河与其相近概念之间的区别与联系,最终将其定义为大气中强水汽输送的瞬变通道,结构狭长,通常与温带气旋冷锋前的低空急流有关。

大气河在南北半球均有分布,主要位于中高纬度。在北半球多为西南-东北走向,在南半球则多为西北-东南走向,南北半球呈准对称分布。在同一时间,空中可出现多条大气河。出现在不同地方的大气河,往往有着不同的名字。有一条最为典型的大气河,从美国的夏威夷群岛延伸至北美西海岸,被称为“夏威夷消防水龙带”,因为它带来的水汽常常能够缓解美国加利福尼亚州 (以下简称“加州”)等地的干旱。例如,在2012年至2017年,美国加州经历了长达5年的旱灾,而2017年2月份的大气河活动则为当地带来了充沛的雨水,结束了这场史诗级的旱情。

此外,由于夏威夷盛产菠萝,这条大气河也被称为“菠萝快车 ”,常常出现在美国的新闻播报里。在美国中部,大气河则有另外一个名 字 ——“ 玛 雅 快 车”。虽然这些名称都比较夸张,但也形象地刻画了大气河狭长、强度大且携带大量水汽的主要特点。

中国也有大气河吗

中国有没有大气河的活动呢?人们曾经对此争论不休。有人认为,大气河只是影响北美西海岸的一个天气系统,与中国甚至东亚地区无关;而且根据以往研究,大气河多出现在冬季,而我国冬季天气主要受来自西伯利亚的偏北风控制,并没有强水汽输送带的踪影。更何况在北半球,大气河多是从西南向东北方向输送水汽,而我国西部是广阔的亚欧大陆,何谈大气河登陆一说?谭老师地理工作室综合整理

但随着近些年相关研究的开展,学者们发现在中国和东亚地区也有大气河活动。夏季,位于北太平洋的大气河会随着西太平洋副热带高压西移到东亚地区,从而影响中国东部以及日本、韩国等地。有研究发现,大气河对于东亚地区极端降水的贡献可达30%-90%,大气河与东亚地区年降水的30%-60%有关。根据香港科技大学学者的研究,夏季位于东亚地区的大气河将来自于阿拉伯海、孟加拉湾和南海的水汽输送至我国华南地区和长江流域,从而影响我国长江流域的降水,有时造成严重的洪涝灾害。

2020年,我国江淮地区遭遇长达62天的梅雨,持续性的暴雨袭击长江中下游地区,给湖北、浙江、安徽等地带来严重影响。有媒体形象地将其称为“超长待机的暴力梅”,该“暴力梅”背后就有大气河在推波助澜。在此期间,大气河源源不断地将水汽从孟加拉湾和南海输送至长江中下游,然后东折入海,途经日本南部,延展至西北太平洋广阔的洋面上。不同于一般的降水过程,与大气河相关的降水往往有着显著的特征,如降水落区呈带状,分布在大气河的北侧,空间尺度较大,且降水中心强度多在24小时降水量50毫米的暴雨级别。有研究表明,在我国江淮地区,梅雨期与大气河相关的降水占总降水的70%-80%,与大气河相关的降水强度是与大气河无关的降水强度的8-10倍。

尽管大气河对我国梅雨期降水有着如此重要的影响,但大气河如何与梅雨系统相耦合,二者之间有何影响以及互相影响的机制是什么,仍是一个未解之谜。此外在全球变暖的背景下,大气河对我国降水的影响有何新的特征,有待于更多的科研工作予以揭示。

大气湖

提到“大气河(Atmospheric River)”,不少人已很熟悉,是指出现在大约1.5公里高空的大气水汽密集输送带,宽可达数百公里,长可绵延数千公里。2021年12月16日,在美国地球物理学会(AGU)秋季会议上,来自美国迈阿密大学的布莱恩·马佩斯(Brian Mapes)教授提出了一个新的大气概念,或称作新的天气现象,介绍了关于“大气湖(Atmospheric Lakes)”的发现和研究成果。谭老师地理工作室综合整理

相比“大气河”,“大气湖”的尺度要小很多,实际上是指空中某处的水汽密集区,像悬浮在空中的水池。顾名思义,湖泊不会像河流那样奔流不息,而是呈现相对稳定的状态,活跃的对流云团在空中某一区域缓慢移动,与大多数风暴有所区别的是“湖”中没有显著的涡旋风场。马佩斯教授最先发现的“大气湖”是在赤道附近的南亚季风区西侧的印度洋上空,从季风的水汽流场中分离而出,形成孤立的水汽柱状体(ColumnWater Vapor,CWV),其主要特征是含有足以产生降雨的高度集中的水汽,赤道附近平静的风场使“大气湖”缓慢向西漂浮移动,逐渐向非洲沿岸靠近。

通过对5年多的卫星数据做进一步分析,马佩斯教授共发现了发生在不同季节的17个“大气湖”,持续时间超过6天,且都出现在赤道附近10度范围内。离赤道更远处也会有“湖”出现,但往往会演变成为热带气旋,这显然与科里奥利参数f有关,f在赤道处为零,随着纬度上升会逐步增大,引起涡度增加。从目前统计结果看,“大气湖”发生的频次不算高,每年有几次,每次会持续一些天。“大气湖”并不是凭空产生的,它与发生在印度-太平洋地区的“大气河”密切相关。当快速移动的“河流”穿过非洲东部海岸区域时速度会变慢,一些湿气团会脱离“河流”,形成“大气湖”。

如果“大气湖”的水汽能产生降水,就可在地面上形成几厘米深、上千公里宽的积水区域。马佩斯教授认为这可以为东非国家的干旱地区解燃眉之急,那里有数百万人居住生活,需要降雨来维持基本生存条件,从中也可看出“大气湖”存在的重要性。但目前气象学家对赤道区域降水的研究存在缺陷,多数人更愿意从月以上时间尺度的视角来考虑问题,逐日尺度的研究没有得到足够关注。马佩斯教授认为目前仅从现象上关注到了“大气湖”的存在和价值,进一步的研究仍在进行,如“大气湖”是如何从暖湿的季风气流中脱离出来的;其缓慢移动又受到哪些机制的控制,包括更大尺度系统的影响和自身发展变化的作用;在气候变化的背景下,这些“湖”又会受到怎样的影响等。

“大气湖”是个新提出的概念,能否得到广泛认同,尚有待进一步关注,但利用新的探测仪器和获取的资料,分析大气中存在的各类现象,揭示其中的规律和可能的影响,显然是有效的自然探索之路。

试题链接

(2020·常德市第七中学高三月考) 大湖效应指的是冷空气遇到大面积未结冰的水面(通常是湖泊)从中得到水汽和热能,然后在湖泊迎风岸形成雨、雪、雾等现象。下左图为美国五大湖区年平均降雪量(1971~2000年)的空间分布示意图。据此完成下面小题。

1.右图为五大湖区东岸附近一年中气温与水温变化示意图。由大湖效应产生降雪的主要时期是( )

A.① B.② C.③ D.④

2.有关大湖效应的成因,叙述正确的是( )

①大湖效应是冷锋过境造成的强降雪天气

②湖面结冰,但冰层不厚是发生大湖效应的必要条件之一

③五大湖给冷空气提供了充足的水汽

④南岸位于向风岸,因此降雪量远大于北岸

A.①② B.②③ C.①④ D.③④

(2020·延安市第一中学高二期中) 大湖效应是指冷空气遇到大面积未结冰的水面(通常是湖泊),从中得到水蒸气和热能,然后在向风的湖岸形成降水的现象。受大湖效应影响,2014年11月18日,美国再现大湖效应,尤其纽约州影响最为严重。据报道,纽约州持续降下每小时3英寸至5英寸(约7.6厘米至12.7厘米)的大雪,伴随雷暴及强烈阵风,令多处道路封闭。下图左侧为某次暴风雪形成过程示意图,右侧为某区域地图。读图,回答下列各题。

3.有关大湖效应的成因,叙述正确的是( )

①大湖效应是冷锋过境造成的强降雪天气

②湖面结冰,但冰层不厚是发生大湖效应的必要条件之一

③五大湖给冷空气提供了充足的水汽

④南岸、东岸位于向风岸,因此降雪量远大于北岸、西岸

A.①③ B.②③ C.①④ D.③④

4.下列地区冬季大雪可能类似“大湖效应”的是( )

①瑞典东南部形成降雪

②内蒙古高原地区冬季暴雪

③山东半岛北部冬季大雪

④苏必利尔湖西北岸

A.①② B.②③ C.③④ D.①③

5.此次大湖效应给周边地区带来了很大的影响,下列叙述不正确的是( )

A.强降雪导致交通堵塞,交通事故上升

B.大风使圣劳伦斯河流速加快,利于通航

C.强风可以吹散空气中的污染物,使空气更洁净

D.降雪为土壤提供充足水分,利于次年农业生产

(2017·天津市新华中学高三开学考试) 受到“大湖效应”影响,当地时间2014年11月19日,美国纽约州遭遇致命暴风雪天气袭击。部分地区降雪达1.5米,纽约州西部部分城镇已基本处于瘫痪状态,部分高速公路关闭。“大湖效应”是指冷空气遇到大面积未结冰的水面(通常是湖泊),从中得到水蒸气和热能,然后在向风的湖岸形成雨、雪、雾等现象。

读下图,完成下列各题。

6.运用“大湖效应”原理,据图分析并推断美国五大湖沿岸11月的主导风向是(  )

A.东风、东南风 B.东南风、东北风

C.西风、西北风 D.西南风、东南风

7.下列地区的冬季大雪,可能类似“大湖效应”的是(  )

①日本西海岸冬季暴雪  ②俄罗斯西伯利亚地区冬季暴雪  

③山东半岛北部冬季大雪  ④天山北侧冬季大雪

A.①② B.②③ C.③④ D.①③

8.(2015·甘肃高三)(自然灾害与防治)阅读材料,回答下列问题。

材料一 2014年12月19日,受强冷空气和“大湖效应”的影响,美国东北部地区遭遇罕见暴风雪,暴风雪和气温骤降导致至少十几人死亡,五大湖一带一些城市被强降雪“掩埋”,布法罗一天降雪近1.8米。由于积雪太厚,仅仅20日夜间就有30多座房屋屋顶垮塌。

材料二 下为“大湖效应”示意图。

结合“大湖效应”示意图,分析五大湖一带城市暴风雪的成因,并说出此次暴风雪对人们生活的不利影响。

参考答案

1.D 2.D

【分析】

1.大湖效应指的是冷空气遇到大面积未结冰的水面(通常是湖泊)从中得到水汽和热能,然后在湖泊迎风岸形成雨、雪、雾等现象。读五大湖区东岸附近一年中气温与水温变化示意图可知,图中②时期气温高于水温,冷空气不活跃,空气从湖面获得的热能少,大湖效应不明显,由大湖效应产生降雪的可能性小,排除B;图中③时期气温虽然下降,但气温较高,冷空气不活跃,大湖效应不明显,由大湖效应产生降雪的可能性小,排除C;图中④时期气温低,冷空气活跃,且水温高于气温,冷空气容易从大湖中得到水汽和热能,并在湖泊迎风岸形成降雪,因此这一时期是大湖效应产生降雪的主要时期,D符合题意;图中显示,①时期气温大多低于水温,但此时气温回升较快,表明当地冷空气不活跃,因此大湖效应产生降雪的可能性相对变小,排除A。故选D。

2.从大湖效应的概念可以看出,大湖效应不是冷锋过境造成的强降雪天气,冷锋过境可能会加剧大湖效应产生的降雪,①错误;材料信息表明,大湖效应中冷空气需要从湖面获得水汽和热量,一旦湖面结冰,尽管冰层不厚也会大大影响冷空气从湖面获得水汽和热量,从而影响大湖效应,因此湖面结冰不是发生大湖效应的必要条件,②错误;五大湖湖面宽阔,给经过的冷空气提供了充足的水汽,有利于大湖效应产生,③正确;五大湖地区的冷空气从偏北方向吹来,经过湖面获得水汽和热量后,南岸应变湿后的气流的迎风岸(向风岸),容易形成降雪天气,因此降雪量远大于北岸,④正确。综上所述,D符合题意,排除A、B、C。故选D。

3.D 4.D 5.B

【解析】

3.读材料,大湖效应是冷空气南下,遇到暖湿的湖面后空气变得温暖湿润,暖湿的暖空气上升,爬升到湿冷的冷空气上部,随高度的增大慢慢冷却成云致雨(雪),因而大湖效应产生的降水(降雪)是暖锋造成的,①错;材料“遇到大面积未结冰的水面”,而不是结冰的湖面,②错;未结冰的五大湖面为冷空气提供了充足的水汽,使经过湖面的冷空气转化为暖湿的暖空气,③对;“在向风的湖岸形成降水”,冬季吹过五大湖的冷空气主要是西北风,因此五大湖“向风的湖岸”为东南岸,湖泊的东岸、南岸降雪量大,④对,故选D。

4.由材料可知,形成“大湖效应”的条件是:冷空气经过大面积的未结冰水域,在向风岸形成降水。冬季来自蒙古-西伯利亚的冷空气吹过波罗的海时,使干冷的冷空气从暖湿的洋面上获得了水蒸气和热能,在瑞典的东南部沿海地带形成降雪,即“大湖效应”,①对;内蒙古高原地区缺少大面积水域,形成的是干冷的天气,②错;西北风在吹向山东半岛时,先经过了较为暖湿的渤海,在山东半岛北部(山东半岛中部为丘陵山地,沿海低平)抬升形成大量降雪,③对;苏必利尔湖的向风岸为东南岸,④错;故选D。

5.此次大湖效应带来了“大雪,伴随雷暴及强烈阵风”,强降雪使道路积雪厚度大,路面变得湿滑,导致交通不便,A对;大风使船只航行方向偏离,甚至吹翻船只,不利于通航,B错;大风有利于污染物的扩散、缓解大气污染,C对;大雪使地面积雪增加,春季气温升高积雪融化,能为次年的农业生产提供更好的水分条件,D对,故叙述不正确的是B。

6.C 7.D

6.根据材料,“大湖效应”是指冷空气遇到大面积未结冰的水面(通常是湖泊)从中得到水蒸汽和热能,然后在向风的湖岸形成雨、雪、雾等现象。根据图中等积雪厚度线,湖泊东岸、东南岸是向风岸,所以11月主导风向是西风或西北风,C对,ABD错误。故选C。

7.日本西海岸冬季暴雪,是由于冬季受西北风影响,从日本海带来大量水汽,在日本西海岸随地形抬升形成暴雪,类似“大湖效应”,①对。俄罗斯西伯利亚地区冬季暴雪,与大湖效应无关,②错。山东半岛冬季受西北风影响,从渤海带来大量水汽,在半岛北部随地形抬升形成大雪,类似“大湖效应”,③对。天山北侧冬季大雪,与大湖效应无关,④错。所以D对,ABC错误。故选D。

8.原因:冬季来自北方的冷空气掠过湖面增温增湿,气流变得暖湿,然后在湖泊迎风岸遇冷形成降雪。

影响:造成交通、通讯中断,造成电力中断,使疾病流行,影响人体健康,造成人员伤亡,房屋受损等。

【详解】

“大湖效应”是指冷空气遇到大面积未结冰的水面,从中得到水蒸汽和热能,然后在向风的湖岸形成降水的现象,通常是以雪的形式出现。冬季来自北方的冷空气掠过湖面增温增湿,气流变得暖湿,然后在湖泊迎风岸遇冷形成降雪,因此在五大湖沿岸的城市出现暴风雪天气。

暴风雪对人们生活产生诸多的不利影响:大雪造成交通、通讯中断,造成电力中断;低温使疾病流行,影响人体健康,造成人员伤亡;大雪还可导致房屋受损等。

写在最后:

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