自然与人-28.5   北半球高空急流大波动的形成与地形有关系

李开乐

    摘要：北半球自西向东的高速气流，受陆地和山脉的阻挡之后先被上抬，随后的空气因与新环境不相适应，就会向高纬度流去。流向高纬的空气的软弹力又会促使气流上升。因此，在北半球是向北的气流上升，向南气流下沉。

    按照地气之间已经动态平衡的观点，地形除了改变气流方向之外，因为没有彼此间的能量交换，对大气环流应该没有其它的影响。事实却不然，改变气流方向本身就是能量交接的表现。
    北半球自西向东的高速气流受陆地和山脉的阻挡之后先是被上抬，地形在此过程是出了力的，也就是做了功的。不过，地形力做功主要只改变了气流的方向上抬而不太改变气流的速度大小。正因为被抬升的空气只改变方向而不改变速度，从而绕地轴旋转的速度就因旋转半径的改变而与新环境不相适应了，必须立即向高纬度方向流去以重新缩小绕地轴转动半径。也就是说，被抬升的空气是偏左转（向北）的，这就是形成高空的高压脊环流的启动因素。接着，如图28.5所示，北半球向北的气流，由于所到达的同高度的新位置与地球自转轴的距离b比原来位置的距离a小，因而除了产生向东的科里奥利力之外，又会同时释放出科里奥利力和向北迁移力的部分反作用力（流体软弹力），这就使气流受到了上升力 的作用。因此，在北半球是向北的气流与上升相联系在一起。相反，向东的高速气流从陆地、山脉下滑流向海洋则向低纬度方向弯曲，这又形成了高空低压槽，也即北半球的向南气流与下沉相联系。这就是说，从低纬指向高纬的自由气流是上升气流，反之，从高纬指向低纬的自由气流是下沉气流。这种效应也就是“自然与人-28.3”所讲的副热带高压环流中的软弹力释放效应。
    北半球的冬天，乌拉尔山高空高压脊和东亚大低压槽就都是这种有名的恒定的高空气压场的大槽、大脊系统，它们的形成都与地形有关。地形的作用是摩擦和阻挡，既减弱了大气环流的能量，又改变了大气环流的方向，其结果可能促成了软弹力势能的累积，也可能激发了软弹力势能的释放，情况决定于地形对气流的作用方向。
    北半球高空高压脊前的向南下沉气流，因下沉堆积会在地面上对应形成一个大面积的冷高压，而高空低压槽前的向北上升气流与低压槽后部的向南下沉气流相配合，又会在地面上形成低气压系统的温带气旋。例如，乌拉尔山高空高压脊对应着乌拉尔地面冷高压环流；高空东亚大槽对应着阿留申地面低气压环流。
    总之，硬质地形的固定存在，就必然会迫使软质大气改变流动姿态，两者之间也必然会发生能量的交换。关于地形的作用，后面还有更多的阐述。

图28.5： 向北气流与上升示意图