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[科普知识] “Tom现象”之剖析(原创)

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发表于 2008-12-3 10:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
针对不少资深气象迷提出的沿海(大湖)(下文简称“海湖”)其实很冷,容易出低温且晴天温差大的观点(人为热岛除外),也就是沿海地区气候的特异性,暂称为“Tom现象”,我在这边做一下比较详细的分析。

    Tom现象的出现有一个总的先决条件,就是处于西风带的影响下。如果是在副高的下沉控制下,辐射能力都会普遍削弱。

    的确我国很多地区比如上海大多数郊区、太湖西岸的宜兴、香港的打鼓林等等都是出低温的能手,而且在天气较稳定的晴天情况下温差很大,所以有很多资深气象迷都注意到了这一点,从而提出了“沿海湖其实容易出低温”的观点,其实这个观点可以一分为二来说。

    首先对于低温情况,并不是所有沿海地区都有这个特点,而是在一定的地形和地理位置条件下才有这个气候特点,接下来详细分析一下。

    沿海湖的低温主要是平原地带和海湖相对静风的时候在当地有一个微小的气压差(可以类比一下我国出现的季风气候的原因),从而导致气流始终保持从陆地到海湖,这个影响虽然只是局地小影响,但是远比静风下的海陆热传递要明显,所以这个才是沿海湖出低温的主要原因。

    请注意是平原地带,如果是高低不平的山区会阻碍这个气压差的形成,而且对于辐射降温来说,由于平原开阔,也是远远好于山区的,所以可以看出沿海出低温的大多是平原地形。而且这种地方往往只有1面或者2面环海湖,如果是3-4面都环海,那么海洋性作用会明显增强,下面会具体说到。

    其实海温能影响周围的陆地还是主要靠海风,而不是大气相对静止时的热传递,不然大气静止时海陆热传递最多也只能影响到海边1公里左右区域内的陆上地区(比如上海吴淞、浦东沿海、芦潮港、金山等近海区域),而且往往也是经常处于海风的下风向方位上。

    因此沿海辐射强的地区存在一个共同的地理环境特性——一边靠近水体,另一边是陆地。因此无风或者从内陆方向吹来的弱风情况下,晚上的辐射降温会比较强烈,气温日较差会非常大(高于相对内陆地区)。因此可以看出,2面靠海的平原地区很是重要,风向的变化马上可以决定当地的温度的明显变化。

    而四周环海的岛屿受海洋性影响比较显著的主要原因就是这个气压差很难形成,从而基本一直受到海洋上相对温暖的气流影响,即海洋的主导性大于陆地(无论海风风向如何变总能从各个角度影响这个岛屿),从而抑制了岛上陆地的辐射降温。不过也有个前提就是比较小的岛屿(比如上海的洋山深水港,西沙、南沙群岛等),如果是像海南岛这种大岛也是不行的,也会有气压差形成导致辐射降温的产生。

    然后说一下对于温差大的情况,这个和前者基本同理。主要是平原地区不光冷辐射强,热辐射同样厉害。只要光照条件好,所以白天太阳出来气温就迅速上升。和上面同理,如果没有海风的打扰,气温可以升的非常快,同样以海边的上海金山站为例,今年夏天出现了37.6度的极端最高气温,当时就是只有微弱的西北风。所以可以说在一定的天气条件下,沿海的温差和内地相比都是差不多的。

    下面给了4幅图,请注意观察西南靠海的上海金山站气温和风向对应,12.4度-东南风微风(全市最高);1.2度偏西风微风(全市最低之一)。

    这个现象目前只是研究了季风条件下的我国沿海,是否具有普遍性——即其他类型的气候条件下的国家的沿海地区或者类似气候条件下的外国沿海地区是否都有类似现象出现,我会逐步观察和研究,如果对于这种现象的原因有新的发现会继续补充完善,谢谢大家支持。

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发表于 2008-12-6 23:47 | 显示全部楼层
楼主应该是在说空气冷湖,冷空气过境时空气密度大的气团下沉的原因。

最好的例子,是巴湖槽、里海涡,小尺度的,如广州的从化。

而低地空气冷湖区,在夏季相当于盆地的热力环流作用,不利散热,还有水汽的“准黑体”辐射吸收。

见下图,里海-图兰低地区域表现显著。我取了冬半年的1月12日,夏半年的7月12日。点击图片在新窗口打开,可以改日期查看。

上海的地形有待楼主结合天气过程分析。

本帖具备探索精神和极好的启发性,鉴于探索初步,加精华1。


                               
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 楼主| 发表于 2008-12-10 09:13 | 显示全部楼层
根据上面的分析可以纠正一下很多人理解海洋性气候的误区。
    很多教科书上叙述海洋性气候具有温差小,其原因是海洋比热容大,这个其实只是说到了海洋性气候的一个表现特点。即靠海受到海风的影响(指风从海面吹向内陆的方向)出现了比较明显的短时气温变化比如气温的逆升,这个是海洋性显著的一个特点。而在没有海风的影响下由于毕竟还是陆地的比热占主导,温差只会接近内陆地区或者某些时候比内陆温差更大,其原因和前提上面已经详细分析,所以这边不再重复,而这个也是海洋性的另一面的特征,所以海洋性气候也有其两面性,都值得我们关注。

下面看一下昨天刚刚出现的沿海地区气温变化经典例子:
    昨天晚上上海奉贤气温变化,20点20分左右由于辐射降温已经由白天的接近20度下降至6度以下,一个小时以后风向逆转,马上逆升到11度以上,一小时气温上升接近6度,比白天还猛烈。

奉贤天气情况变化时刻表(可以看出气温升降明显和风向风力有关)
2008-12-10 01:00   5.2     1018.6   139   1.6   90   0
2008-12-10 00:00   7.8     1018.4   97     0.1   82   0
2008-12-09 23:00   10.6   1018.4   133   2.4   80   0
2008-12-09 22:00   11.2   1018.6   144   2.0   75   0
2008-12-09 21:00   10.9   1018.6   142   2.9   79   0
2008-12-09 20:00   6.3     1018      60     0.2   90   0

[ 本帖最后由 tom.hp 于 2008-12-10 09:27 编辑 ]
发表于 2008-12-14 17:43 | 显示全部楼层
原帖由 tom.hp 于 2008-12-10 09:13 发表
奉贤天气情况变化时刻表(可以看出气温升降明显和风向风力有关) ...

这个逆升~~巨汗:D/22

有其他因素吗?还是经常这样?
 楼主| 发表于 2008-12-14 21:28 | 显示全部楼层
原帖由 将臣 于 2008-12-14 17:43 发表

这个逆升~~巨汗:D/22

有其他因素吗?还是经常这样?

就逆升的幅度来说(1个小时上升5-6度)的确是比较少见的,但是类似这种逆升的情况倒是相对比较多见的,不光是奉贤,宝山、金山等地都有类似的情况,尤其在晴朗的夜晚下半夜一小时逆升1-2度还是不胜枚举。
据我到现在的观察情况,的确大多和风向都有很密切的关系,小尺度的海陆热力差(海陆偏向风)可能是造成这种现象的主要原因之一,更深层次的原因有待继续探究。
老将不妨可以查看一下澄海或者汕头的天气实况资料,看看那边有没有类似的现象。以我经验来看这种现象适合2-3面环水的陆地,对于一面有水的地方现象可能没有这么明显:y7
发表于 2008-12-16 08:24 | 显示全部楼层
希望TOM兄有空也解释一下一些平原地区出低温的原因


比如安徽的 凤阳 霍山

凤阳1998年到了-16 霍山就不用说了:)
发表于 2008-12-16 16:40 | 显示全部楼层
忽略大环境的气压梯度问题,沿海海陆风的局地环流一般早上9时吹海风,下午5时转吹陆风,阴天风向变化滞后.但是海陆风环流的明显存在,前提是大环流环境气压梯度并不紧密,才可观察出来.个人认为在锋面横过的时候,局地风向变化很容易被遮蔽,顶多是下垫面因素产生湍流.山谷风也是一样的道理.(一楼上的图从时间看感觉像在两股不同性质气团影响下的情况)

香港打鼓岭虽是低地平原,不过其周边有山围绕的.当冷锋过后,由于地形影响使冷气团滞留,使该地空气平流运动减少,冷空气叠加,晚间辐射冷却进一步加深原地空气冷性.到了日间,由于地区巳明显受大陆反气旋支配,大环境气压梯度减缓,局地环流开始明显,谷风的流动和沿海的热量输送,加快这些地区空气温度性质的改变和流出.

在春秋时分,由于冷空气的强度和冷源不足,南方沿海低温在冷锋过后的首个或第二天晚上出现,这主要决定冷锋在什么时候横过.随后由于气团气压梯度的改变和局地变化出现,空气的热量输入将变复杂,空气温度日际变化和其性质会明显改变.只有隆冬冷源持续时低温才能有较强的持久性.

地形对下垫面冷空气囚锢是山间平原和沿海低山丘陵地区冷空气局地加强的原因之一.至于上海一带地区本人并未实地体现过,so不作评论了:lol

[ 本帖最后由 eoj329 于 2008-12-16 16:43 编辑 ]

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发表于 2008-12-17 11:19 | 显示全部楼层
原帖由 tom.hp 于 2008-12-14 21:28 发表
老将不妨可以查看一下澄海或者汕头的天气实况资料,看看那边有没有类似的现象 ...

没有。虽然逆升数值不好查,但按经历,逆升能达到2C已经很少见,广州也是,幅度比粤东沿海略大。

是否跟不同地理位置的海陆温差幅度有关?
 楼主| 发表于 2008-12-17 13:21 | 显示全部楼层
原帖由 将臣 于 2008-12-17 11:19 发表

没有。虽然逆升数值不好查,但按经历,逆升能达到2C已经很少见,广州也是,幅度比粤东沿海略大。

是否跟不同地理位置的海陆温差幅度有关?

       的确,由于上海3面环水,一般在秋冬时节水温比晚上的陆地气温高6度以上,所以存在一定的局地气压差,容易产生海陆偏转风,故陆地受不同的风向和风力影响气温会有较大幅度的波动。如果是平坦的内陆地区(不受焚风、热岛等其他因素),在这个季节的确很少出现晚上气温逆升的现象,尤其逆升2度以上的就更少了。

顺便提一下,对于夏天午后热雷雨过后的逆升则完全是另外的原因。是由于副高强大的下沉气流控制,大大削弱了辐射降温的效果,加上地热的存在(短暂的降水不能降低多少炙热的地面的温度)。

下面是奉贤昨天晚上到今天凌晨的整点温度实况,上半夜由于东南风比较大,逆升明显,其中21-22点逆升接近4度;由于1点-2点风小,辐射降温明显,一小时降低接近4度;3点-4点由于南风加大,气温马上一小时逆升2度;4点-5点由于风力减小气温又呈下降趋势。

2008-12-17 06:00   1.6   1020.8   234   1.5   93   0
2008-12-17 05:00   2.6   1020.8   237   0.0   93   0
2008-12-17 04:00   4.2   1020.7   209   1.7   94   0
2008-12-17 03:00   2.2   1020.9   195   0.3   90   0
2008-12-17 02:00   3.5   1020.9   150   0.4   88   0
2008-12-17 01:00   7.4   1020.8   150   0.3   85   0
2008-12-17 00:00   9.1   1020.7   156   1.6   84   0
2008-12-16 23:00   9.0   1020.9   150   2.1   83   0
2008-12-16 22:00   7.9   1020.8   128   1.3   93   0
2008-12-16 21:00   4.1   1021.0   130   1.1   88   0

为了带有普遍性,再看一下南汇的气温,风的改变时间不一样对应气温出现逆升的时间也不同:

2008-12-17 06:00   7.0   1020.8   268   0.4   97   0.1
2008-12-17 05:00   6.2   1020.7   260   0.9   98   0
2008-12-17 04:00   4.9   1020.8   192   1.4   97   0
2008-12-17 03:00   4.5   1021.0   203   1.0   97   0
2008-12-17 02:00   3.7   1021.1   113   0.0   95   0

[ 本帖最后由 tom.hp 于 2008-12-17 13:26 编辑 ]
 楼主| 发表于 2009-1-7 01:41 | 显示全部楼层
针对以上温差大的特点,还有一个特别的发现,就是出现这种天气现象的地区往往是在西风带主导控制下
    打个比方,如果当地处于西风带控制下(比如冬半年我国和美国大部基本都受到西风带的控制),尤其是平坦的地区西风带的主导会更加稳定,那么温差大的现象是普遍存在的,那么在沿海会形成这种小尺度气压差导致的最低气温较周围低的现象就会比较普遍。

    但是这种情况是有条件限制的,用例子来讲估计比较方便易懂。
    西风带在普通人的理解一般是大陆西岸暖湿的气流(比如欧洲),但是大家忽略了一点,由于西风带是全球性的环流,在深入内陆的过程中性质将会慢慢发生变化。由于大陆的干冷导致了西风带的逐渐变性,大气环流会变的不稳定。再加上亚洲中东部的远东有副极地低压带不时分裂南下的影响,西风带的方向逐渐由纬向变为经向(即阻塞容易形成),从而引导了冷空气南下,使得我们冬半年经常受到干冷的西北气流控制,而且由于强大的海陆差异性,因此冬季风(西风带)可以影响到我国20N甚至以南的区域。当冷气团刚刚离开的时候或者收到冷高压后部暖气团的影响(也就是大气——特指西风带比较稳定),最容易出现以上温差大和最低温偏低的现象(形成机制LS已经详细说明,故这边不重复叙述),所以这个就是以上的现象在我国沿海比较普遍的原因。
    在美国也是如此,由于西海岸直接就是高大的山脉阻挡西风带,所以即使大陆面积不是很大(和亚欧大陆相比),但是西风带更容易由于地形形成阻塞,由于中东部地势远比亚洲平坦,经向环流比中国更容易形成,而且幅度更大(冷空气南下没有阻挡),所以美国的冬半年的平均日温差比中国还要大。

    对于大陆暖高压也是同理,所以每当春天和初夏有暖气团(注意不是副高)影响的时候,也会出现温差大,沿海最低气温相对比较低而最高气温比较高的现象。

    因此对于这2种情况我们可以发现一个出现这种天气现象的必要条件,就是在大陆中东部的西风带控制——即没有下沉气流天气系统的影响下(因为下沉气流破坏辐射降温),而且天气比较稳定的正常情况下,地势平坦的地区温差总是比较大的(一般在15度以上),而且在其同纬度沿海地区相对来说温差还会更大一些(表现在最低气温可能略低,最高气温可能略高),所以这个前提决定了出现这种天气现象的地区大多分布在大陆东海岸。

    下面看2个美国东南部沿海的典型城市——杰克逊维尔和休斯顿的气候资料(图1-2:1961-1990),请注意观察月平均日温差变化,普遍维持在10度以上,冬半年温差尤其大。

    再看一下上海宝山国家站在冷空气影响以后的表现(图3)

[ 本帖最后由 tom.hp 于 2009-1-7 01:45 编辑 ]

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