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大风天一定降温吗?

曹洁 赵玮 科学大院 2021-07-05

我们常常听到的天气预报说,“未来24小时,xx地区将出现一次大风降温过程”。所以,大家会觉得:大风=降温。不过,真是这样吗?


还记得上周北京的大风么?


(图片来源:北京晚报微信公众号)


3月17日北京气象台发布大风黄色预警,“预计18日午后北京将出现6级左右偏北风,阵风可达8、9级”。当时不少小伙伴瑟瑟发抖:18日气温会下降多少?会不会像美股一样触发熔断?


然而……并没有。


大风影响地区气温不降反升?


先看冷空气入京之前,这场大风给河北带来的风速和气温变化吧。


从石家庄气象站风速(下图绿线)和温度曲线(下图红线)可见:3月18日凌晨1 -2时风速增加8.1米/秒,升温7.8℃。等等!凌晨时分、北风呼呼吹(风速超过学校附近的车辆限速),气温不降反升?


(图片图源:作者提供)


再看冷空气进京以后,北京市观象台记录显示:15-22时风速增加,极大风速22.1m/s(是百米记录保持者尤塞恩·博尔特速度的两倍多),16时达到最高气温26.2℃。这是今年3月以来的最热的一天,也是阵风最大的一天(北京延庆23.7米/秒、房山26.5米/秒均打破了当地3月纪录)。


(图片来源:改自网络)


到底什么样的风会带来降温?


我们一起来看3月上半月北京几次大风过程的气温和风速分别怎样变化。


(图片来源:作者提供)


3月1日、3日、5日、10日、12日北京地区都出现了4级左右偏北风(上图蓝色方框圈出区域),而对应时刻气温都在升高。看来3月18日的大风增温不是特殊事件!为什么大风没有带来快速降温天气?


温度变化十分复杂,通常我们考虑三要素——冷暖平流、辐射和垂直运动。对于冷空气影响下的大风天气,冷平流带来上游冷空气,会降温;白天晴朗无云、太阳直射,会升温;空气翻山下沉,则升温。一降两升,怎么判断?真让人头大!


(图片来源:作者提供)


强冷空气南下,北风翻山,下沉增温作用,会扛住冷空气先头部队带来的降温,当地温度不降反升;随后冷空气主力到达,强冷平流会让辐射和垂直运动靠边站,当地才开始大幅降温。


如果是西北来的干燥弱冷空气,翻过太行山-燕山,下沉增温抵消平流降温,小北风使空气变干,同时吹走雾霾,大气通透,晴朗无云利于光照加热,山下地区(从石家庄到北京)气温蹭蹭飙升,而且空气变得更加干燥,易发山火。


简言之,强冷空气来袭,北风来不降温,风停天更冷;弱冷空气过境,升温防山火。


带你认识北京的风


常听北京天气预报的朋友会发现:在没有明显天气过程时,北京白天一直都是北转南风2、3级,夜间南转北风1、2级。不是天气预报员在偷懒,而是由地形造成的“山谷风”环流。


北京位于山地和平原的过渡带,白天太阳照射,山坡升温快,热空气膨胀上升,平原冷空气补充,风由平原吹向山地,为偏南风;晚上山坡降温快,冷空气收缩下沉,风由山地吹向平原,为偏北风。风向的转换时间,随着季节气温变化时间不同而不同。


(图片来源:作者提供)


总结一下,风作为常规气象要素里唯一一个矢量,既有大小,又有方向。对于北京而言,强冷空气来袭,北风来不降温,风停天更冷;弱冷空气过境,升温防山火。没有明显天气过程时,白天北转南风,夜间南转北风。


(致谢:感谢《大气科学进展》金玲、河北省气象台金晓青为本文提供数据和文本支持。)


参考文献:

1.贺庆棠,1988:气象学。北京:中国林业出版社。

2.陆汉城,杨国祥,2004:中尺度天气原理和预报(第二版)。气象出版社,302pp。

3.尹炤寅,乔媛,沈建红,杜春燕,郭文利,2016:北京天气漫话。气象出版社,200pp。

4.周淑贞,1997:气象学与气候学.华东师大:高等教育出版社。

5.Cao, J., and Q. Xu, 2011: Computing streamfunction and velocity potential in a limited domain. Part II: Numerical methods and test experiments. Adv. Atmos. Sci., 28(6), 1445-1458.

6.Cao, J., L. Ran, and N. Li, 2014: An application of the Helmholtz theorem in extracting the externally induced deformation field from the total wind field in a limited domain. Mon. Wea. Rev., 142, 2060-2066.

7.Lutgens, F., E. Tarbuck, and D. Tasa, 2014: The atmosphere: an introduction to meteorology (12th edition). Pearson, 528pp.


作者单位:曹洁(中国科学院大气物理研究所)、赵玮(北京市气象台)




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