風(fēng)減弱，毛毛雨減少，為什么？

王曉冰

過(guò)去，城市人的浪漫生活方式之一是在毛毛雨中散步，可惜的是，現(xiàn)在城市中的毛毛雨成為了稀有之物。同時(shí)，北方城市受大風(fēng)之害的機(jī)會(huì)也減少了。老北京人都知道，一年兩場(chǎng)風(fēng)，一場(chǎng)刮半年。但現(xiàn)在北京人感嘆，北京的風(fēng)真的小多了。不僅北京，全國(guó)的風(fēng)速都在減弱。這是為什么？

盡管可以把綠化視為城市風(fēng)速變小的一個(gè)原因，但如果結(jié)合毛毛雨的減少，就要指向人類(lèi)的活動(dòng)，主要是溫室氣體排放和污染造成了風(fēng)減弱，毛毛雨稀少。

風(fēng)的形成

風(fēng)是水平運(yùn)動(dòng)的空氣，自然界中風(fēng)的形成有幾個(gè)要素。一是水平氣壓梯度。氣壓梯度是一個(gè)向量，由高壓指向低壓，數(shù)值等于單位距離內(nèi)的氣壓差。水平氣壓梯度的單位通常用百帕（hPa）/赤道度表示（1赤道度等于在赤道上經(jīng)度相差1度間的距離，約為111千米）。水平氣壓梯度很小，一般為1百帕/赤道度～3百帕/赤道度。從高壓流向低壓的氣流就形成了風(fēng)。

風(fēng)形成的第二個(gè)因素是受地球自轉(zhuǎn)偏向力影響?？諝庠谵D(zhuǎn)動(dòng)的地球表面按水平氣壓梯度方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，會(huì)受到地球自轉(zhuǎn)偏向力的影響。地球自轉(zhuǎn)偏向力的方向在北半球指向物體運(yùn)動(dòng)的右方，在南半球指向物體運(yùn)動(dòng)的左方。地球自轉(zhuǎn)偏向力的大小也能影響風(fēng)的大小和風(fēng)速。

此外，風(fēng)還受慣性離心力的影響。由于地球是圓的，當(dāng)空氣做圓周曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)必然受到慣性離心力的作用。慣性離心力的方向和空氣運(yùn)動(dòng)方向垂直。地球上各種物體對(duì)風(fēng)會(huì)產(chǎn)生摩擦力，也會(huì)影響風(fēng)力和風(fēng)速。摩擦力分為內(nèi)摩擦力和外摩擦力。內(nèi)摩擦力是在速度不同或方向不同的相互接觸的兩個(gè)空氣層之間產(chǎn)生的一種相互牽制的力，主要通過(guò)湍流交換作用使氣流速度發(fā)生改變，也稱(chēng)湍流摩擦力，作用很小。外摩擦力是空氣貼近下墊面運(yùn)動(dòng)時(shí)，下墊面對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)的阻力。它的方向與空氣運(yùn)動(dòng)方向相反。一般海洋上摩擦力小，陸地上摩擦力大，所以海上風(fēng)大，陸上風(fēng)小。

顯然，風(fēng)形成的主要原因是水平氣壓梯度的大小，這是由溫差的作用產(chǎn)生的，地球上各緯度所接受的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不同形成了較大的溫差。太陽(yáng)輻射的大小又以太陽(yáng)高度角（太陽(yáng)光的入射方向和地平面之間的夾角）來(lái)衡量，太陽(yáng)高度角愈大，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度愈大。同一束光線，直射時(shí)，照射面積最小，單位面積所獲得的太陽(yáng)輻射較多;反之，斜射時(shí)，照射面積大，單位面積上獲得的太陽(yáng)輻射較少。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)

在赤道和低緯度地區(qū)，太陽(yáng)高度角大，日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大，地面和大氣接受的熱量多，溫度較高;而高緯度地區(qū)太陽(yáng)高度角小，日照時(shí)間短，地面和大氣接受的熱量小，溫度低。高緯度（南北極）與低緯度（赤道）之間的溫度差異便形成了南北之間的氣壓梯度，使空氣產(chǎn)生水平運(yùn)動(dòng)，風(fēng)沿水平氣壓梯度方向吹，即氣流從高壓向低壓方向移動(dòng)。

在風(fēng)形成后，風(fēng)的大小和速度則主要受摩擦力（主要是外摩擦力）、季節(jié)等的影響。如海洋和海峽能改變氣流運(yùn)動(dòng)的方向，還能使風(fēng)速增大，而丘陵、山地使風(fēng)速減少，孤立山峰卻因海拔高使風(fēng)速增大。另外，季節(jié)和海陸差異也對(duì)風(fēng)速產(chǎn)生影響。在冬季，大陸比海洋冷，大陸氣壓比海洋高，風(fēng)從大陸吹向海洋。夏季相反，大陸比海洋熱，風(fēng)從海洋吹向內(nèi)陸。因此，這種隨季節(jié)轉(zhuǎn)換的風(fēng)也稱(chēng)為季風(fēng)。

另外，在山區(qū)白天風(fēng)由谷地吹向平原或山坡，稱(chēng)為谷風(fēng);在夜間風(fēng)由平原或山坡吹向谷地，稱(chēng)為山風(fēng)。這是由于白天山坡受熱快，溫度高于山谷上方同高度的空氣溫度，坡地上的暖空氣從山坡流向谷地上方，谷地的空氣則沿著山坡向上補(bǔ)充流失的空氣。夜間，山坡因輻射冷卻，其降溫速度比同高度的空氣快，冷空氣沿坡地向下流入山谷。

為何風(fēng)變小了？

顯然，地球上不同地方的溫度差造成了水平氣壓梯度，從寒冷高壓地方到溫暖的低壓地方的空氣流動(dòng)就成為了風(fēng)。由溫差產(chǎn)生的大氣環(huán)流是信風(fēng)和季風(fēng)形成的主要原因，因此，溫度的改變也直接影響到風(fēng)力的大小和風(fēng)速。從這個(gè)原理出發(fā)，一些研究人員認(rèn)為，人類(lèi)行為造成的溫室氣體排放減少了風(fēng)，也減緩了地球上的風(fēng)速。

多年來(lái)，人類(lèi)使用和消費(fèi)化石燃料等讓全球氣溫升高，尤其是北極地區(qū)溫度升高。2010年，美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表的一篇論文指出，北極地區(qū)的平均溫度比理論分析值要高出1.66℃，是近2000年來(lái)的最高水平。北極圈的溫度升高了，使得北極和赤道之間的溫度差減少，風(fēng)速就變小了。

當(dāng)然，人類(lèi)的活動(dòng)不只是讓氣溫升高，還建造了對(duì)風(fēng)速產(chǎn)生影響的高樓大廈群，從而減弱了風(fēng)速。地球上的陸地主要集中在北半球，在陸地的沿海地區(qū)人們建造了無(wú)數(shù)比森林高得多的城市高層建筑，人為地阻擋陸海之間的季風(fēng)循環(huán)，這也是北半球最近30年風(fēng)速減慢的人為原因。同時(shí)，陸地密布的高架橋、高速公路、高速鐵路等也加大了摩擦力，減慢了內(nèi)陸風(fēng)速。還有一個(gè)意想不到的原因是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用風(fēng)能發(fā)電，也會(huì)減慢風(fēng)速，這也是風(fēng)能利用的另一個(gè)結(jié)果。

霧霾

法國(guó)氣候與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的羅伯特·瓦塔德等人分析了歐洲、亞洲、北美的820多個(gè)氣象觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，從1979年到2008年，大部分地方的風(fēng)速都有所下降，風(fēng)速下降幅度介于5%～15%之間。研究人員認(rèn)為，風(fēng)速下降可能有多種原因，比如氣候變化可能影響了氣流的傳統(tǒng)活動(dòng)模式，導(dǎo)致風(fēng)速下降。一些地方的森林植被恢復(fù)和增長(zhǎng)使得地球表面更為“粗糙”，也會(huì)起到降低風(fēng)速的效果。

中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心氣候研究開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的《近50年中國(guó)地面變化氣候特征》顯示，全國(guó)年均風(fēng)速經(jīng)歷了明顯減弱的趨勢(shì)，2013年《中國(guó)氣候變化監(jiān)測(cè)公報(bào)》指出，1961～2013年，我國(guó)從西北到東北以及東南沿海地區(qū)平均風(fēng)速呈顯著降低趨勢(shì)，50年間降幅為3米/秒。從20世紀(jì)70年代至今，上海近地風(fēng)速呈下降趨勢(shì)，平均每年下降0.031米/秒，北京則每年下降0.014米/秒。

而且，如果加上季節(jié)性影響，例如，在冬季海洋與亞歐大陸的溫差減少，形成風(fēng)的水平氣壓梯度減小，風(fēng)速在冬春季節(jié)減小則尤為明顯?？傊?，溫室效應(yīng)和高樓大廈等方方面面的原因阻礙了風(fēng)速，才讓城市人明顯感到風(fēng)減少了也減弱了。

毛毛雨為何也少了？

城市毛毛雨的減少也與大氣污染、溫室效應(yīng)有聯(lián)系，不過(guò)，對(duì)關(guān)聯(lián)度的大與小和直接與間接關(guān)系有不同的看法。

要回答城市中的毛毛雨為何減少了，需要從3種物質(zhì)或現(xiàn)象及其相互之間的關(guān)系來(lái)說(shuō)明。這3種物質(zhì)就是氣溶膠、云和降水（主要表現(xiàn)為降雨）。氣溶膠是液態(tài)或固態(tài)微粒在空氣中的懸浮體系。它們能作為水滴和冰晶的凝結(jié)核、太陽(yáng)輻射的吸收體和散射體產(chǎn)生作用，并參與各種化學(xué)循環(huán)，是大氣的重要組成部分。霧、煙、霾、輕霧（靄）、微塵和煙霧等，都是大氣氣溶膠。

氣溶膠分天然和人為的兩種。天然氣溶膠包括自然的森林燃燒、沙塵暴等產(chǎn)生的煙、霾等。人為氣溶膠最常見(jiàn)的是城市中的工業(yè)廢氣、燃煤廢氣、汽車(chē)尾氣等。人為氣溶膠有些是一次性形成，有些經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)作用二次形成。如工業(yè)排放氣體可經(jīng)太陽(yáng)光照射形成粒子，成為氣溶膠。很多以氣體形式排放的污染物，如二氧化硫、二氧化氮等最后都形成氣溶膠。大氣中包括PM2.5或PM10（直徑在2.5微米以下或10微米以下）的微小懸浮粒子，都可以造成霧霾天氣。

霧霾天氣又對(duì)云和降雨產(chǎn)生不同影響。地球上的降雨形成經(jīng)過(guò)是，太陽(yáng)照射地面，地面升溫，氣流經(jīng)加熱變輕，氣團(tuán)上升，隨著高度升高，氣團(tuán)又逐漸變冷，不飽和的水汽逐漸相互結(jié)合凝結(jié)，最終變成細(xì)小水滴，由細(xì)小水滴所組成的云體稱(chēng)為水成云，水成云內(nèi)如果具備了細(xì)小水滴增大為雨滴的條件，并使雨滴具有一定的下降速度，這時(shí)降落下來(lái)的就是雨或毛毛雨。

但是，如果大氣中的氣溶膠特別多，形成霧霾或嚴(yán)重霧霾，空中的氣溶膠就可吸收太陽(yáng)能，引起大氣增溫、地面降溫，就不容易形成云，也就抑制了降雨。不過(guò)，大氣中的氣溶膠與降雨的關(guān)系是，氣溶膠過(guò)少和過(guò)多都不會(huì)引起降雨。氣溶膠吸附水汽是形成云和降雨的根本要素。大氣中沒(méi)有氣溶膠，就不能吸附水汽分子而形成云和降雨。另一方面，大氣中氣溶膠太多而水汽含量較少的話，氣溶膠就要互相競(jìng)爭(zhēng)水汽，雨滴也長(zhǎng)不大，不能形成降雨。

但是，如果污染特別嚴(yán)重，氣溶膠越積越多，云也越來(lái)越厚，就會(huì)因?yàn)榇髿庵械膶?duì)流性云層越來(lái)越厚而引發(fā)暴雨。在干燥的地區(qū)或季節(jié)，氣溶膠的增加會(huì)進(jìn)一步抑制降水;而在濕潤(rùn)的地區(qū)或季節(jié)，氣溶膠的增加則會(huì)增加降水的頻率和強(qiáng)度。這樣，在污染較為嚴(yán)重的城市，要么不降水，要么就是暴雨，因此，過(guò)去常見(jiàn)的蒙蒙細(xì)雨現(xiàn)在已經(jīng)是稀缺物了。

一項(xiàng)研究表明，從20世紀(jì)60年代至今，國(guó)內(nèi)的毛毛雨每10年減少5天，暴雨天氣則每10年增加2天。這種情況與霧霾天氣對(duì)云層的影響分不開(kāi)。

不過(guò)，也有研究人員認(rèn)為，人為的大氣污染導(dǎo)致氣溶膠增多，從而引起毛毛雨減少的說(shuō)法還需要進(jìn)一步的觀測(cè)才能獲得圓滿(mǎn)解答。不過(guò)，毛毛雨變少的情況在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市最為明顯，開(kāi)始的時(shí)間也與中國(guó)工業(yè)化、城市化時(shí)間相吻合，所以可以推測(cè)人為因素在毛毛雨減少方面扮演了重要角色。

但是，人為因素也包括很多，其中城市化造成的熱島效應(yīng)也可能與毛毛雨減少有關(guān)。熱島效應(yīng)是多重的，除了形成夏季大范圍的高溫天氣外，還會(huì)使夏季的降雨發(fā)生變化。在熱島效應(yīng)的影響下，中國(guó)長(zhǎng)三角地區(qū)夏季降雨日數(shù)和毛毛雨的日數(shù)逐漸減少，但是強(qiáng)降雨的概率增多。這是因?yàn)?，城市在下風(fēng)方向出現(xiàn)很強(qiáng)烈的上升氣流。在城市熱島效應(yīng)比較明顯時(shí)，即便高空形成雨滴并下降，如果高空降下的雨滴較小（毛毛雨），在未到達(dá)地面就會(huì)蒸發(fā)散失，滴狀雨滴和毛毛雨就難以形成，所以城市中的毛毛雨也減少了。

對(duì)生活的影響

風(fēng)減弱，毛毛雨減少都與人的行為有關(guān)，主要是因人的行為產(chǎn)生過(guò)多的污染而引發(fā)霧霾、熱島效應(yīng)等，同時(shí)這些現(xiàn)象又互為因果對(duì)人們的生活產(chǎn)生不良影響。

霧霾增加讓毛毛雨減少，人們可以不要在雨中行走的浪漫，但是，卻受不了因霧霾和溫室效應(yīng)誘發(fā)的暴雨。

近幾年國(guó)內(nèi)外頻頻發(fā)生的強(qiáng)暴雨已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。產(chǎn)生暴雨的主要物理?xiàng)l件是充足的源源不斷的水汽、強(qiáng)盛而持久的氣流上升運(yùn)動(dòng)和大氣層結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。暴雨常常是從積雨云中落下的，形成積雨云的條件是大氣中要含有充足的水汽，并有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，把水汽迅速向上輸送，云內(nèi)的水滴受上升運(yùn)動(dòng)的影響不斷增大，直到上升氣流托不住時(shí)，就急劇地降落到地面。溫室效應(yīng)加劇南北極冰川的融化速度，冰川融化導(dǎo)致大量水汽上升。大氣中氣溶膠的增多也促進(jìn)了這些條件的形成，并讓大氣中的對(duì)流性云層越來(lái)越厚，引發(fā)暴雨，在污染嚴(yán)重地區(qū)暴雨更嚴(yán)重。

另一方面，人類(lèi)行為造成大量的溫室氣體排放減緩了地球上的風(fēng)速，也不利于吹散霧霾。盡管所有人都知道，要減少霧霾主要是要減少工業(yè)排放、燃煤污染、汽車(chē)尾氣排放，以及減少化石能源的使用和減少城市施工產(chǎn)生的揚(yáng)塵，但在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整不能一步到位，能源依賴(lài)不能馬上離開(kāi)煤炭，以及在GDP作為衡量發(fā)展和政績(jī)的主要標(biāo)準(zhǔn)不變的情況下，從短期內(nèi)來(lái)看，霧霾就基本上要靠風(fēng)吹走。這種情況在霧霾比較嚴(yán)重的北京、上海、西安等城市尤為明顯。

每到冬春北京霧霾最嚴(yán)重的時(shí)期，就需要冷空氣活動(dòng)頻繁產(chǎn)生的大風(fēng)來(lái)吹散霧霾。因?yàn)?，受冷空氣的影響，北風(fēng)比較明顯也比較大，所以污染物很快就被吹散了。但是，如果污染持續(xù)下去，日益嚴(yán)重，而且溫室效應(yīng)繼續(xù)增強(qiáng)，也就不可能有更多更大的風(fēng)來(lái)吹散霧霾。

污染、霧霾、風(fēng)、雨等相互交織在一起，互相作用，互為因果，影響人們的生活，也危及人的健康。核心的問(wèn)題還是要治理污染，減少化石能源的使用，控制溫室效應(yīng)。如此，才能形成風(fēng)、雨、藍(lán)天和陽(yáng)光的良性循環(huán)。

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