【气象科普】冷空气

冷空气

 冷空气和暖空气是从气温水平方向上的差别来定义的。即位于低温区空气称为冷空气。 多数在极地与西伯利亚大陆上形成,其范围纵横长达数千公里,厚度达几公里到几十公里。冷空气过境会带来雨、雪等,使温度陡然下降。每次冷空气入侵的强度不一样,有强有弱,降温幅度有多有少。冷空气像潮水一样涌动,受其影响范围广,可达到2千公里以上。由于移动的路径不同,受影响的区域也不同。

强度

根据强弱程度,中国将冷空气分为五个等级:弱冷空气、中等强度冷空气、较强冷空气、强冷空气和寒潮。

使某地的日最低气温48小时内降温幅度小于6℃的冷空气。

中等

使某地的日最低气温48小时内降温幅度大于或等于6℃但小于8℃的冷空气。

较强

使某地的日最低气温48小时内降温幅度大于或等于8℃,但未能使该地日最低气温下降到8℃或以下的冷空气。

使某地的日最低气温48小时内降温幅度大于或等于8℃,而且使该地日最低气温下降到8℃或以下的冷空气。

寒潮

使某地的日最低气温24小时内降温幅度大于或等于8℃,或48小时内降温幅度大于或等于10℃,或72小时内降温幅度大于或等于12℃,而且使该地日最低气温下降到4℃或以下的冷空气。

发源地

天气预报中,常常提起"一股从西西伯利亚来的冷空气前锋今天上午达到 冷空气云图新疆北部……"、"来自蒙古国的一股冷空气进入中国内蒙古东部至河套西部一带,冷空气将东移南下……"这样一类言语。入侵中国冷空气的产地在西西伯利亚还是在蒙古国?它的"老家"在哪里?

其实,遥远的北冰洋、严寒的西伯利亚是冷空气的发源地。冷空气最初都来自北冰洋地区,然后经过西伯利亚地区得到加强。因为这些地区的纬度高,冬季黑夜漫长,白昼很短,日照时间非常少。在极地,甚至会出现极夜,太阳从不露脸蛋。因此,大地从太阳那里得到的热量十分微弱;而夜间,地面却向太空辐射损失许多热量,近地层大气随着地面不断冷却,气温越来越低,冷空气堆积在一起将变得越来越多。这一团温度极低的冷空气堆在西北气流的引导下,将自北向南推进,影响蒙古国、中国的北方、中国东部或中国大部地区。

寒流与寒潮

每年冬季都有很多次较强冷空气南下,造成中国大范围地区大幅度的降温。中国很多媒体都习惯称之为"寒流",这种说法是不正确的。这种现象应该称之为"寒潮"。那么什么是"寒潮",什么是"寒流"呢?二者如何区别呢?下面作一下具体的解释:

寒潮

寒潮是中国境内常见的一种灾害性天气,发生的次数较多,活动范围广大。寒潮,顾名思义是寒冷的空气像潮水一样奔流过来的意思。但并不是说所有的冷空气侵袭过来都叫寒潮,一般是冷空气侵袭到某地以后,若能使那些地方的温度在一天(24小时)内降低10℃以上,同时那一天的最低温度又在5℃以下时,才把这股冷空气叫作寒潮。但因各地受地理环境和气候条件影响,寒潮标准也不相同。

发生原因

侵入中国的寒潮,主要是在北极地带、俄罗斯的西伯利亚以及蒙古人民共和国等地暴发南下的冷高压。这些地区,大多是分布在北极地带,冬季长期见不到阳光,到处被冰,天然的大冰窖里面一样,越来越冷、越来越干,当这股冷气团积累一定的程度,气压增大到远远较南方高时,就像贮存在高山上的洪水,一有机会,就向气压较低的南方泛滥、倾泻,这就形成了寒潮。

结果

受到寒潮侵袭的地方,常常是风向迅速转变,风速增大,气压突然上升,温度急剧下降,同时还可能下雨、下雪,出现霜和冰冻现象。寒潮南下,在中国西北和内蒙古及北方地区常有大风沙天气。在淮河以北地区一般表现为少雨,偶尔有降雪。过淮河后,降水机会增多。在中国冬季,寒潮一般是每隔3~8天出现一次,但比较强大的寒潮,平均每年有4次左右。大致出现在10月底至翌年1月下旬,个别年份在2月下旬也有寒潮发生。当寒潮向南方大规模流动时,暖空气也随之"节节败退",因此所经过的地区,首先要受到暖空气的影响,温度显著升高。如果所经过的地区原来就已经在暖气团控制下,那么在寒潮前面暖空气不断输送之下,也会出现温度猛烈升高的天气。因而经常在寒潮之前要暖和一两天。

路径

侵入中国的寒潮并不是每次都一样,这要看西伯利亚和北极地带的冷空气哪一部分气压最高,中国哪一部分气压最低。另外还受中国的高山峻岭阻挡的影响。

根据资料统计,95%左右的冷空气都要经过西伯利亚中部(70°~90°E, 43°~65°N)地区并在那里积累加强。这个地区就称为寒潮关键区。从关键区入侵我国主要有四条路径:

(一)西北路(中路)冷空气从关键区经蒙古到达我国河套附近南下,直达长江中下游及江南地区。循这条路径下来的冷空气,在长江以北地区所产生的寒潮天气以偏北大风和降温为主,到江南以后,则因南支锋区波动活跃可能发展伴有雨雪天气。

(二)东路冷空气从关键区经蒙古到我国华北北部,在冷空气主力继续东移的同时,低空的冷空气折向西南,经渤海侵入华北,再从黄河下游向南可达两湖盆地。循这条路径下来的冷空气,常使渤海、黄海、黄河下游及长江下游出现东北大风,华北、华东出现回流,气温较低,并有连阴雨雪天气。

(三)西路冷空气从关键区经新疆、青海、西藏高原东南侧南下,对我国西北、西南及江南各地区影响较大,但降温幅度不大,不过当南支锋区波动与北支锋区波动同位相而叠加时,亦可以造成明显的降温。

(四)东路加西路 东路冷空气从河套下游南下,西路冷空气从青海东南下,两股冷空气常在黄土高原东侧,黄河、长江之间汇合,汇合时造成大范围的雨雪天气,接着两股冷空气合并南下,出现大风和明显降温。

寒流

亦称凉流、冷流,就是本身水温比周围水温低。寒流是世界海洋中海流家庭的重要成员。它作为寒冷海洋的使者,从高纬度或极地海洋流向中低纬地区,给所流经海域带来一片清凉的气息。亲潮就是西太平洋最大的寒流。

寒流与其所经过流域的当地海水相比,具有温度低、含盐量少、透明度低、流动速度慢、幅度宽广、深度较小等特点。在向中低纬度流动的过程中,寒流不断与周围海水混合交换,温度和盐度逐渐升高,上层密度变小,寒流水与当地水之间形成密度变化急剧的水层--密度跃层,这对水下舰艇活动影响较大。

表象

要清楚什么是寒流,就要先来了解什么是洋流。海洋表层的水,以巨大的规模、相对稳定的速度,缓慢地沿着一定的方向有规律地不断的流动,称为洋流,也叫海流。洋流按其性质可分暖流和寒流两种。凡流动的洋流,海水温度比经过的海区水温高的称为暖流,一般从低纬度流向高纬度的洋流皆属暖流;凡流动的洋流,海水温度比经过海区海水温度低的称寒流,一般从高纬度流向低纬度的海流皆属寒流。东西方向流动的洋流,一般属暖流性质,唯有南半球西风漂流,由于受南极大陆及海上浮冰的影响,海水温度较低,属寒流性质。

洋流产生的影响:洋流的主要影响是对大陆沿岸气候有很大影响,寒流会使流经海区和沿海地带的气温降低、降水减少。暖流流经的海区和沿海地带,一般较同纬度其它海区气温高、空气湿润、雨量充沛,有利于农业生产。

洋流主要成因:是海面受长期而稳定的风向吹送形成的;此外,还与各地海水的密度、海面的高低、地球自转偏向力和陆地轮廓、岛屿的分布等有关。各大洋洋流的分布和流动的方向虽然很复杂,但还是有规律可循的。

(1)在赤道至南北纬40°或60°之间,形成一低纬度环流,其流向在北半球呈顺时针方向,南半球成逆时针方向。每个环流的西部都是暖流,东部都是属于寒流。

(2)在北纬40°或60°以北形成一高纬环流。其环流方向为逆时针方向,环流西部为寒流,东部为暖流。

(3)赤道以北的北印度洋,因位于北回归线以南属季风洋流。冬季吹东北季风,表层海水向西流,洋流呈反时针方向流动;夏季吹西南季风,表层海水向东流,洋流呈顺时针方向流动。

(4)东西方向流动的洋流,除南半球的西风漂流外,都具暖流性质。

由以上分析可以看出,寒潮是属于空气(冷空气)流动的一种形式,而寒流则是属于洋流(海水)流动的范畴。因此,寒潮和寒流是两种完全不同的概念,二者是不能混为一谈的。

锋面

在气象学上,它们交会时会产生带状的界面,称为「锋面」。锋面带,短的数百公里,长的有几千公里,由下而上逐渐随高度变宽,并呈现倾斜状态,冷空气位在下方,暖空气位于上方,结构正如图所绘的样子。

锋面会随冷暖空气的移动而前进,而於移动情形的不同而分为冷锋、暖锋、滞留锋、囚锢锋四种,并造成四种不同类型的天气型态;在台湾最常见的是冷锋和滞留锋。

当冷空气推锋面向暖空气方向移动时,称为「冷锋」,这种锋面过境,地面气温会降低变冷。冷锋移动有快慢之分,跑得慢的冷锋,暖空气上升较慢平稳,而出现层状云,降雨缓和;跑得快的冷锋,暖空气受冷空气猛烈冲击快速上升,造成浓厚的积雨云,这时地面就会下起雷电交加的大风雨。

若暖空气的势力强过冷空气,而锋面向冷空气方向运动,就形成「暖锋」,会使经过地区的气温增高。暖锋的锋面前方是一大片范围广阔的云雨区,连绵数百公里,造成持续不断的降雨,降雨型态是和冷锋不同的。

冷锋或暖锋是在冷、暖空气某一方势力较强时发生的锋面。但假使冷、暖空气两方势均力敌,锋面便无法迅速移动,而徘徊、停留于原地,造成冷锋与暖锋同时出现的云雨天气。

影响

冷空气入侵的主要影响是带来降温和大风,有时也会出现大范围的雨雪天气,这是冷、暖空气交汇作用的结果。当暖湿空气的条件不好、环流条件不利时,冷空气入侵也不一定会带来降水天气,因此,并不是冷空气愈强,所产生的雨雪天气也愈强。

人体方面

首先,强冷空气能使空气中湿度显著降低,鼻咽粘膜因此而变得干燥,以致发生细小的皱裂,感冒病毒便可乘虚而入。与此同时,由于气温的下降,鼻咽部的局部温度可降至32℃左右,这样的温度正适合粘膜裂口内的病毒生长繁殖。再加上呼吸道受强冷空气刺激,可引起局部血管收缩,使粘膜分泌的免疫球蛋白相应减少,这就更为感冒病毒的入侵和繁殖提供了有利条件。

其二是强冷空气袭击前后的2-3天内,平均气温和最低气温骤然下降,人体的体温调节功能对这种突如其来的寒冷刺激难以适应,如果不及时添衣服保暖,就特别容易受凉,引起机体抵抗力下降,给各种不同类型的感冒病毒入侵造成可乘之机。

另外,由于气温下降,支气管粘膜上皮的纤毛活动减少,气管排泄异物的功能减退,呼吸道上的细菌容易向下蔓延,使慢性气管炎病多发或加重;肺炎虽是由病菌引起的传染病,但它的发生、恶化也与冷空气活动有关。

强冷空气通过当地时,发病率和死亡率将会增加。婴幼儿由于肺功能不强或不健全,当天气突变时,务必防御感染肺炎的危险;结核病患者也易在冷空气通过之前15-20小时,到冷空气过后7小时之间病情加重。

农业方面

冷空气来袭,要加强农业生产管理,减轻大风寒潮对农业的影响。各地需做好温室大棚的防风加固工作;华北、黄淮、江淮等地要防范低温霜冻、寒潮天气对农业的危害;新疆等地要抓紧时间抢收棉花,内蒙古等牧区要做好牲畜的防风防寒工作。

大棚设施、牧区放牧或转场、交通运输等要做好防风或防雨(雪)工作,已成熟还未收获的农作物、水果等应抢晴或严霜前及时收获(采摘),防范露地和大棚蔬菜、瓜果等遭受低温、霜雪危害。东北等地区应充分利用农田封冻前的有利时机,抓紧深松整地,为2013年农业丰收奠定基础;冬麦区已播种、出苗(局部已分蘖)的冬小麦应根据雨情、墒情、苗情等,加强田间管理,适时防治病虫草害,以培育壮苗。西北地区东南部、华北地区中南部、黄淮等地的局部地区还未播种冬小麦的地块应抓紧腾茬、整地,施足底肥,抢墒或造墒及时播种,以确保冬前壮苗。