中南阿拉斯加大氣環(huán)流模式分析

大衛(wèi)·卡爾·施耐德著;戴長雷，楊朝暉譯

(1.阿拉斯加大學(xué)安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508;2.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所，

黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

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中南阿拉斯加大氣環(huán)流模式分析

大衛(wèi)·卡爾·施耐德1著;戴長雷2,3，楊朝暉1譯

(1.阿拉斯加大學(xué)安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508;2.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所，

黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

摘要：大氣的循環(huán)是影響地貌景觀的重要系統(tǒng)，通過研究該系統(tǒng)及和其他系統(tǒng)的相互作用，有助于弄清楚中南阿拉斯加的地貌成因。在梳理全球大氣環(huán)流模式的基礎(chǔ)上，對阿拉斯加中南部地區(qū)的大氣環(huán)流模式特征進(jìn)行了分析。指出副極地低壓帶和極地高壓帶是影響阿拉斯加的兩個主要的氣壓帶。極地高壓系統(tǒng)直到春季都統(tǒng)治著阿拉斯加的內(nèi)陸地區(qū)，內(nèi)陸地區(qū)因此要經(jīng)歷炎熱的夏季和寒冷的冬季，當(dāng)阿留申低壓抵達(dá)時，如果極地高壓北退，中南阿拉斯加就會出現(xiàn)稍微溫暖一些且多雪的天氣。夏末的時候夏威夷高壓取代阿留申低壓，夏威夷高壓除了能給中南阿拉斯加帶來炎熱的天氣之外，還會給夏季的后半段帶來更多的降雨。

關(guān)鍵詞：大氣環(huán)流模式；副極地低壓帶；極地高壓帶；地貌景觀；中南阿拉斯加

本文是在大衛(wèi)·卡爾·施耐德教授所著的《中南阿拉斯加自然地理探索》(云杉地理學(xué)出版社，2013)漢譯稿的基礎(chǔ)上節(jié)選修訂而成的。

大衛(wèi)·卡爾·施耐德出生成長于阿拉斯加州安克雷奇市，碩士畢業(yè)于威斯康星大學(xué)麥迪遜分校地理系，在阿拉斯加大學(xué)安克雷奇分校講授自然地理學(xué)與人文地理學(xué)課程的同時長年從事地理信息系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域的工作，《中南阿拉斯加自然地理探索》是同領(lǐng)域集學(xué)術(shù)性與趣味性于一體的著作，為關(guān)心和從事相關(guān)工作的人員提供了許多重要的參考信息。

本文節(jié)選的內(nèi)容主要為關(guān)于阿拉斯加大氣環(huán)流模式相關(guān)的分析與論述，可供想了解阿拉斯加氣候氣象特征的中國同行參鑒。

1大氣環(huán)流模式背景分析

如果沒有對全球大氣環(huán)流模式的必要認(rèn)知，就很難弄懂阿拉斯加的天氣模式。空氣團(tuán)并不是完全隨機(jī)地在全球亂竄。實際上，全球的天氣系統(tǒng)是有一些規(guī)律的，如果能從一個較大的尺度來觀察的話，這些規(guī)律也并不復(fù)雜。既然太陽的熱能是空氣環(huán)流的首要驅(qū)動力，那么就從全球接受太陽熱量最多的赤道地區(qū)開始關(guān)于大氣環(huán)流模式的探討。

1.1赤道低壓

與大家通常認(rèn)為的不一樣的是，空氣極少會直接接受太陽光的熱量?？諝鉄崃康慕^大部分來自于地面的紅外輻射。當(dāng)太陽光持續(xù)地直射到赤道地區(qū)時，它會加熱當(dāng)?shù)氐耐寥馈Ｍ寥涝谖仗枱崃康耐瑫r會釋放出紅外輻射，這種紅外輻射會使離地面最近的空氣變熱。由于熱的空氣能比冷的空氣持有更多的水分，所以，隨著空氣受熱變暖，它會通過蒸發(fā)等方式獲取更多的水分并保持在自身之中。同時，還由于熱氣團(tuán)的密度比冷氣團(tuán)的密度低，所以，這些變暖且增持水分后的氣團(tuán)就會上升[1]。

熱氣團(tuán)上升后，它會基于下述兩個原因而開始冷卻下來。第一，它迅速離開了地表熱源。第二，由于上方空氣稀薄，上升后的氣團(tuán)就會擴(kuò)散，而當(dāng)氣團(tuán)擴(kuò)散時，它就會變涼。由于冷氣團(tuán)不能像熱氣團(tuán)那樣持有那么多的水汽量，所以水汽會從冷卻后的空氣中釋放出來。如果釋放出的水汽較少，就會凝結(jié)成云朵。如果釋放出的水汽較多，則會凝結(jié)成水滴以雨或者雪的形式降落下來。

空氣的持續(xù)上升也會導(dǎo)致地表氣壓的降低。正常情況下，空氣會在重力的作用下重新沉降到地表，并使地表維持一個19 P/in2平均氣壓。但實際情況是，由于赤道地區(qū)持續(xù)接受到太陽穩(wěn)定的輻射，所以當(dāng)?shù)氐乇淼目諝庖恢鄙仙鴽]再沉降下來，并造成當(dāng)?shù)貧鈮狠^平均氣壓低。環(huán)繞全球的這一低壓區(qū)就是所謂的赤道低壓帶。在持續(xù)上升并冷卻的濕潤空氣的作用下，赤道低壓帶雨量豐沛，南美洲、非洲、印度尼西亞等地的世界上大型熱帶雨林都位于這一地帶[2]。

1.2副熱帶高壓

赤道地區(qū)的空氣不斷地失掉水分并升高到高空大氣中。它們會漸漸冷卻，空氣密度會漸漸變大，并通常在南北緯30°的地方重新開始沉降到地面上來。在這些干燥空氣沉降的過程中，當(dāng)它們向地表接近時，會被紅外輻射再次加熱。我們知道，熱空氣比冷空氣能保持更多的水分，所以，這些下沉的氣團(tuán)會從它們所遇到的任何物體上獲取水汽。正基于此，我們可以看到，副熱帶高壓作用下的全球南北緯30°左右的地區(qū)有許多沙漠。諸如索諾蘭沙漠、撒哈拉沙漠、澳大利亞大沙漠、喀拉哈里沙漠等多數(shù)世界著名的大沙漠都位于這一地帶[2]。

這些干熱的空氣在到達(dá)地表之后，可能向極地方向流動，也可能向赤道方向流動。赤道低壓像一個世界級別的吸塵器一樣，將副熱帶高壓區(qū)的部分空氣吸向赤道地區(qū)。信風(fēng)就這樣形成了，它們在北半球自東北方向吹向赤道，在南半球自西南方向吹向赤道。

1.3副極地低壓

那些自副熱帶高壓帶向極地方向流動的空氣，由于接近地表，會再次變暖并升上高空，以45°~60°緯度的地區(qū)為中心，形成副極地低壓區(qū)。副極地低壓區(qū)溫暖多雨，孕育出一些世界上最好的農(nóng)業(yè)區(qū)，比如美國中西部農(nóng)業(yè)區(qū)、歐洲北部農(nóng)業(yè)區(qū)、南美洲南部農(nóng)業(yè)區(qū)、以及中國東部農(nóng)業(yè)區(qū)等[3]。

在副極地低壓的吸引下，副熱帶高壓區(qū)的部分空氣，自副熱帶高壓區(qū)流向副極地低壓區(qū)，并形成了自西向東吹的西風(fēng)帶。

1.4極地高壓

當(dāng)副極地低壓的空氣上升且失水后，它們或者沉降回流到副熱帶高壓區(qū)，或者以更寒冷更干燥的空氣形式沉降流向兩極地區(qū)。盡管隨著季節(jié)的不同，極地高壓區(qū)自兩極向外拓展的范圍會有所變化，但是，位于很高緯度地區(qū)的南北極地荒漠區(qū)一直幾乎沒有任何降水。在這種極地荒漠區(qū)存在冰雪的唯一原因就是，那里確實偶爾會出現(xiàn)難得一見的降雪，而極低的氣溫又會使這些不能被融化的降雪一點一點累積起來。

由極地高壓區(qū)流向副極地低壓區(qū)的空氣自東向西吹，形成極地東風(fēng)[4]。信風(fēng)、西風(fēng)、極地東風(fēng)沒有直接南北向吹，而是以東北-西南方向或者西北-東南方向吹拂，是一種被稱為科里奧利效應(yīng)的復(fù)雜現(xiàn)象。一切運動的物體都有保持自身方向的慣性(牛頓第二定律)。同理，對于南北方向運動著的氣團(tuán)來說，它們也有保持自身方向的慣性。但是，如果站在自西向東不停自轉(zhuǎn)的地球表面，地面之上的氣團(tuán)相對于地球的運動方向，就會由南北方向發(fā)生變化。對于由兩極向赤道方向運動的物體，在北半球看起來向右偏，在南半球看起來向左偏，如圖1所示。

在地球表面和大氣層中水平/垂向環(huán)流的冷暖氣流借助大氣將熱量帶到阿拉斯加。在氣團(tuán)南北流動的大格局之下，中南阿拉斯加常因太平洋暖氣流而保持溫和。圖1　大氣環(huán)流示意圖

2阿拉斯加中南部地區(qū)的高壓和低壓

同地球上的其他地方一樣，阿拉斯加也深受高壓帶和低壓帶之間持續(xù)不斷的相對運動的影響。塑造天氣狀況的正是這些暖氣團(tuán)和冷氣團(tuán)、干氣團(tuán)和濕氣團(tuán)之間不停的交互作用。副極地低壓帶和極地高壓帶是影響阿拉斯加的兩個主要的氣壓帶。

圖2—圖5標(biāo)示了一年中的4個月份里正常情況下的氣象特征。當(dāng)然，這僅僅是通常情況下氣象特征的示意。實際情況下，氣象特征可能一日與另一日之間差異巨大，也可能在某些年與圖示特征完全不同。這4張圖(圖2—圖5)可以更好地說明，當(dāng)阿拉斯加因季節(jié)的更替而發(fā)生冷熱變化時，所在區(qū)域的高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)是如何發(fā)育形成及相互作用的。

來自東亞的暖流在北太平洋阿留申群島附近與來自北冰洋的寒流相遇。東亞暖流使上覆空氣變暖并上升到與北冰洋寒流相伴的冷空氣之上。這些上升的氣團(tuán)促成了阿留申低壓，一個持續(xù)給阿留申群島帶來毛毛細(xì)雨的半永久型低壓系統(tǒng)。西風(fēng)將阿留申低壓系統(tǒng)向東推移，所形成的風(fēng)暴給阿拉斯加南部地區(qū)以及北美洲的其他地方帶來大量降水。

極地高壓系統(tǒng)直到春季都統(tǒng)治著阿拉斯加和加拿大的內(nèi)陸地區(qū)。這是由于大陸內(nèi)部干燥的空氣比沿海地區(qū)濕潤的空氣在冷熱變化方面要迅速得多的緣故。內(nèi)陸地區(qū)因此要經(jīng)歷炎熱的夏季和寒冷的冬季，而沿海地區(qū)冬夏季氣溫變化要溫和得多。冬天的時候，南侵到中南阿拉斯加的極地高壓經(jīng)常帶來寒冷晴朗的天氣。當(dāng)阿留申低壓抵達(dá)時，如果極地高壓北退，中南阿拉斯加就會出現(xiàn)稍微溫暖一些且多雪的天氣。四月份和五月份成為中南阿拉斯加一年中最為干燥的月份，主要有下述兩個原因。首先，冬季的時候，不斷拓展的高壓氣團(tuán)將低壓氣團(tuán)向南排擠，使阿拉斯加州的大部分地區(qū)都處于高壓氣團(tuán)的籠罩之下。其次，四、五月份是大洋水體一年中最涼的時候，降水所需的水分不能從洋面蒸發(fā)獲取。

北冰洋冷氣團(tuán)使阿拉斯加內(nèi)陸地區(qū)變冷，并將溫暖濕潤的氣團(tuán)排擠出阿拉斯加大陸。期間以晴朗寒冷的天氣為主導(dǎo)。當(dāng)極地高壓變?nèi)醵⒘羯甑蛪合蚯巴七M(jìn)的時候會有暴風(fēng)雪。氣壓等勢線越密，從高壓區(qū)吹向低壓區(qū)的風(fēng)力越強(qiáng)勁。圖2　阿拉斯加二月份氣壓系統(tǒng)態(tài)勢圖

盡管北太平洋水體開始變暖，極地高壓系統(tǒng)開始變?nèi)?，但阿拉斯加的大部分地區(qū)仍在高壓籠罩之下。壓差較小使得阿拉斯加大部分地區(qū)少風(fēng)少雪，陽光明媚。圖3　阿拉斯加五月份氣壓系統(tǒng)態(tài)勢圖

已經(jīng)變暖的阿拉斯加內(nèi)陸地區(qū)與阿留申地區(qū)的氣壓等同起來。局部陣雨時有發(fā)生。層積云也很常見。潛伏在南的夏威夷高壓偶有北進(jìn)。圖4　阿拉斯加八月份氣壓系統(tǒng)態(tài)勢圖

阿留申低壓給中南阿拉斯加帶來了多雨(雪)的天氣。內(nèi)陸地區(qū)的高壓還沒有強(qiáng)大到可以將這種雨(雪)天氣趕走的程度。鋒面降水很常見，從阿拉斯加人的冷暖標(biāo)準(zhǔn)來看，氣溫不算太冷。圖5　阿拉斯加十一月份氣壓系統(tǒng)態(tài)勢圖

盡管阿留申低壓在冬季的大部分時候是存在的，但是在夏末的時候它會變?nèi)醪⒃谥心习⒗辜酉?。取代阿留申低壓的是由主?dǎo)北太平洋的副熱帶高壓的北緣演化而來的夏威夷高壓。夏威夷高壓除了能給中南阿拉斯加帶來炎熱的天氣之外，還會給夏季的后半段帶來更多的降雨。

中南阿拉斯加夏季的后期之所以能有更多的降雨，原因之一就在于，那個時段極地高壓在內(nèi)陸地區(qū)完全消失，海洋濕氣可以乘勢向東吹過整個阿拉斯加。原因之二在于，初秋是海洋水體一年中最為溫暖的時候，輕易就能從洋面上蒸發(fā)的水汽促成了更多降水的發(fā)生[5]。

3結(jié)論

副極地低壓帶和極地高壓帶是影響阿拉斯加的兩個主要的氣壓帶。極地高壓系統(tǒng)直到春季都統(tǒng)治著阿拉斯加的內(nèi)陸地區(qū)，內(nèi)陸地區(qū)因此要經(jīng)歷炎熱的夏季和寒冷的冬季，當(dāng)阿留申低壓抵達(dá)時，如果極地高壓北退，中南阿拉斯加就會出現(xiàn)稍微溫暖一些且多雪的天氣。夏末的時候夏威夷高壓取代阿留申低壓，夏威夷高壓除了能給中南阿拉斯加帶來炎熱的天氣之外，還會給夏季的后半段帶來更多的降雨。

致謝

本文的翻譯整理工作主要由黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所的戴長雷、美國阿拉斯加大學(xué)的楊朝暉完成，黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所的學(xué)生王思聰、趙偉靜在文稿修訂過程中付出了心力，謹(jǐn)致謝意。

本譯稿的出版得到了中科院寒旱所凍土工程國家重點實驗室開放基金項目“凍結(jié)土壤孔隙特征對凍土層滲透系數(shù)的影響研究(NO.SKLFSE201310)”、國家自然科學(xué)基金青年基金項目“寒區(qū)地下凍土層水理性質(zhì)及其對融雪水入滲的影響機(jī)理研究(NO.1202171)”和黑龍江省水文局項目“寒區(qū)春季產(chǎn)流時凍土背景下融雪水入滲機(jī)理試驗與分析((NO.2014230101000411)”的支持，特此致謝。

參考文獻(xiàn)：

[1]Western Regional Climate Center. Alaska Climate Summaries[EB/OL]. http://www.wrcc.dri.edu/summary/climsmak.html.

[2]Green, Jim. Alaska Cloud and Weather Field Guide[M]. Anchorage:Williwaw Publishing Co,2000.

[3]Mann, Daniel H., Crowell, et al. Holocene Geologic and Climatic History around the Gulf of Alaska[J]. Arctic Anthropology, 1998,35(1): 112-131.

[4]Crowell, Aron L. and Mann, Daniel H. Archaeology and Coastal Dynamics of Kenai Fjords National Park, Alaska[R]. Anchorage: Alaska Support Office, 1998.

[5]Ager, Thomas A. Holocene Vegetation History of the Northern Kena Mountains[R]. Washington: Geological Survey Professional Paper,1999.

Analysis of atmospheric circulation pattern in southcentral Alaska

Written by David K.Snyder1;Translated by DAI Changlei2,3,YANG Zhaohui1

(1.theUniversityofAlaska-Anchorage,Anchorage99508,USA;2.InstituteofGroundwaterinColdRegion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Abstract：The atmospheric circulation is one of the important systems affecting the geomorphologic landscape.It helps to understand the morophogenesis in Southcentral Alaska through the study of the system itself and interaction with other systems.This paper analyzes the atmospheric circulation patterns’ characteristics in Southcentral Alaska on the basis of combing the global atmospheric circulation patterns.The Subpolar Low and the Polar High are Alaska’s two main pressure belts.Polar high system affects Alaska’s inland areas until spring,where goes through hot summer and cold winter.When the Aleutian Low arrives,Southcentral Alaska will appear a little warmer and a more snowy weather if the Polar High moves to the north.The Hawaiian High replaces the Aleutian Low in late summer.Not only the Hawaiian High can bring hot weather to Southcentral Alaska,but also it will bring more rainfall to the second half of the summer.

Key words：atmospheric circulation pattern;the Subpolar Low;the Polar High;geomorphologic landscape;Southcentral Alaska

中圖分類號：P448

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)01-0019-06

作者簡介：大衛(wèi)·卡爾·施耐德(1969-)，男，美國阿拉斯加州安克雷奇市人，助理教授，主要從事自然地理及地理信息系統(tǒng)方向的科研和教學(xué)工作。