你骗人明明初中物理就说了热升冷降,暖空

当我写下史上最暖2月谁制造?我是一匹来自北方的狼!一文,并且说出中西亚暖空气爬楼梯上新疆再坐滑梯下华北时,我就在想会不会有人质疑呢?果不其然,灵魂拷问来了,这可真是一个由坐滑梯引发的惨案!为什么呢,因为回忆起大三专业课那段被垂直运动方程支配的恐惧岁月了啊。

不想看文章的请点开小视频听简要解说

下图为直击灵魂的拷问:

虽然说清楚这个确实不好搞,但这个问题却是今后聊很多天气都无法绕开的,而那个垂直运动方程是最重要的天气动力学方程之一,是依据牛顿运动定律、质量守恒定律和能量守恒定律等推导出来的,是解释大多数天气必然要用到的理论依据,因此今天就来说说它(唉,您等会儿再跑啊!)。。。的结论。

唬人专用垂直运动方程

犹记得那些个全班同学晕倒在这方程各项的物理意义中的日子,以及由此方程发展而出的,20年职业生涯从不离口的“槽前脊后blabla”。想当初就没几个人弄得很明白,只是记下了结论,而我,工作多年之后才慢慢领悟到点儿道道,到如今也不敢说完全吃透了。有鉴于此,我可不想为难自己读者,毕竟,我的宗旨是“用大白话聊天气”,您吓跑了我岂不是要自言自语了。

先说暖上升冷下沉,这是大家都知道的常识,热气球的原理:热空气密度小于周边较冷空气因而获得了向上的浮力,浮力超过向下的重力因而上升。同理,一块木头在水里,因为水给它的浮力大于它的重量因而一般沉不下去。

以上两张图来自百度图库搜索

说一般是因为其实这是有前提条件的,这个条件就是“静”,假如动起来,有一股外界强风从热气球顶上吹下,它还能顺利上升飞行么?假如有一股暗流是向水下涌去的,这木头还能浮在水面么?

把我们所在的大气对流层想象为一个10多公里深的海洋,而我们生活在海底。当这海水平静时,(刨去重力之后的)浮力支配一切升降运动,但大海不再安静而是动起来,比如有洋流时,浮力就要与洋流赋予的垂直运动力量去博弈了,上升还是下降,谁赢谁说了算。我们很不负责任的有个说法:与浮力这种“静”力相对应,因为动起来而产生的那种条件,就叫“动”力条件。

在“史上最暖2月”一文中,我们曾提到的“西风带绸带”就起到了“洋流”的作用,参考下图。它是像波浪一样运动的,我们可以看到它主要是西风劲吹,但也在南北方向摆动,摆动出来的波峰部分我们根据形态称之为“脊”(凸、山脊),波谷部分我们称之为“槽”(凹、水槽),因为是在西风带里,所以在它的下游(右、东)方向叫前,上游(左、西)方向就是后。这个概念请大家还是记住下,因为实在是用得太多了。

根据上面的垂直运动方程等号右边中各个符号PK的结果(正涡度平流,温度平流及其空间分布等各项所具有的物理意义),可以给出等号左边那个符号(垂直运动项)一个简单粗暴的结论:在槽前脊后的西南气流中,大气被赋予了向上的垂直运动,反之,在槽后脊前的西北气流中,大气具有向下的垂直运动。需要说明的是在南半球槽脊的样子是反的,因而槽前脊后是西北气流是上升流,反之槽后脊前是西南气流是下降流。

这个垂直运动是非常弱(缓慢)的,它受制于“洋流”的速度和弯曲度,“洋流”越快越弯曲它越强,多数时候它的时速就在百米的级别,叠加在时速几十公里的水平运动之上。它并不能在绝对的垂直方向上战胜浮力而直上直下,因此暖空气是不能在同一个地方下沉的,这一点并没有变。但暖空气如果裹挟在“洋流”中,在大范围水平运动中就可以沿着平缓的斜坡做垂直运动了,因此一个地方的高空暖空气就可以在跋涉上千公里后滑落到另一个地方的地面。这就是暖空气从新疆北部高空来到华北平原制造“史上最暖2月”的故事。

感谢您坚持读到了这里,为了回答永远摆脱不了的“为什么”,不得不在天气故事中夹带点私货(专业),未来依然会有,希望大家慢慢的也成砖家。

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