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寻秋之迹 探索天气与气候的奥秘

作者: 来源:中国气象报社 时间:2024-09-02

编者按:未觉夏已尽,时序已新秋。此时,蝉鸣渐散,秋风渐起,浓云渐淡。凉风有信,弱冷空气拂去夏燥,细雨如丝,暑热渐消凉而不寒,秋高气爽,天高云淡景致清新。而在我国南方,“立秋处暑正当暑”,“秋老虎”正大肆发威。如此不同的感观究竟为何?让我们跟随秋季的脚步,一同探索天气与气候的奥秘。

    专家顾问:

    中央气象台首席预报员 马学款 牛若芸

    中国气象局气象宣传与科普中心特聘专家 朱定真

    在雨中体验“秋凉”

    常言道:“一场秋雨一场寒,十场秋雨要穿棉。”

    秋雨,不似春雨那般温柔细腻,也不似夏雨那般狂放热烈,它是季节更迭的使者,带着一丝凉意,悄无声息地降临在这片渐显萧瑟的大地。秋雨纷纷,丝丝凉意,似乎应验了这句谚语,其中蕴含着怎样的科学道理呢?

    从天气层面来讲,“一场秋雨一场寒”是由于北边的冷气团向南移动,与我国南方相对较暖的气团交汇,产生降水,并引发气温下降。当冷空气逐渐控制局地时,温度下降便尤为明显。

    从气候角度分析,夏至过后,太阳直射点由北回归线逐步向南移动,北半球的日照时间缩短,太阳向北半球投射的光线愈发倾斜,使得北半球高纬度地区接收到的热量持续减少。同时,地面辐射冷却也日益显著,使得北半球高纬度地区的冷空气逐渐积聚并加强,这导致来自西伯利亚或蒙古地区的冷空气南下的频率增加,强度也逐渐增强。在此过程中,我国南方的暖湿气流随着太阳辐射逐渐向南半球偏移而减弱。当不断增强的冷气团与南方逐渐减退的暖湿空气相遇时,暖湿空气逐步退却,冷空气的影响范围随之向南扩展,气温随之下降。

    此外,当某区域被冷空气控制后,晴朗夜间较强的辐射冷却作用,叠加冷平流的影响,人们对于“一场秋雨一场寒”的感受便会更明显。

    然而,“一场秋雨一场寒”这一说法存在一定的地域性。对于华北、东北和江淮地区的居民来讲,这句谚语极为贴切。但在华南地区,立秋后气温变化较缓,距离明显降温尚有一段时间。(穆俊宇)

    秋高何以气爽?

    随着“一场秋雨一场寒”而来的,还有碧空如洗、秋高气爽。诗人杜甫在《崔氏东山草堂》中记录下天空高远、空气清新的秋季场景,“爱汝玉山草堂静,高秋爽气相鲜新。”此后,“秋高气爽”一词成为描述秋季天气的代表性词语。

    “秋高”主要是因为大陆高压逐步控制了大部地区,凉、干的气团带来了凉爽和干爽,冷高气压气团带来了不易形成对流的天高云淡、云雨少的天气。

    而感到“气爽”,最主要的原因是空气中水汽含量减少。夏秋季多雨,大量雨水使大气中的尘埃杂质颗粒沉降,大气更为干净。当秋季高层大气出现冷空气时,低层大气的温度已降低,很难出现下暖上冷的不稳定状态,此时对流云较少出现,整层大气的水汽含量少,因此,给人以“干爽”之感。另外,降水使空气中的负氧离子增多,也使人感到空气清新。前期的秋雨,更是洗刷了空中的尘埃。

    从环流来看,夏季过后,南方暖湿气流减弱,大陆上的气压由低值系统向高值系统转变;而高空副热带高压的南撤往往缓于地面高值系统南移,使高低空同时受高气压控制,整个大气表现为下沉运动,加之大陆高压阻挡,南方的水汽很难向北输送,进而天空由水汽凝结成云的情况也相应减少。因此,秋季的晴天总是天高云淡。

    此外,晴空辐射也是让公众在秋季感到舒爽的重要原因。晴朗的秋季,地面白天受太阳照射迅速升温,夜晚天空中没有云层遮挡,地面热量向大气中散失,出现明显降温,导致昼夜温差较大。这在秋冬季节尤为明显,此时昼短夜长,太阳辐射较强,而云层较薄,无法有效阻挡地面的热量向大气中散失。(李悦)

    为何“猛虎下山”高温依旧?

    当夏日的炎热渐渐褪去,人们满心欢喜地迎接秋日的凉爽时,“秋老虎”这位不速之客总爱在这时造访。

    “秋老虎”,指的是立秋后天气并不会马上变凉,反而还会有一段时间日射强烈、气温回升、酷热难耐,民间把这种天气形象地比喻为“秋老虎”。

    每年“秋老虎”盘踞的时间长短不一,可能是半个月,也可能长达两个月,有时可能去而复返。最早出现在8月底至9月初夏秋交替时节,最晚则会在9月中下旬至10月初冒头。需注意的是,不同年份受大气环流等因素影响,“秋老虎”出现的范围和强度可能会有所不同。

    那么,是谁在助“秋老虎”之威呢?我国位于东亚季风区,秋季正是东亚夏季风环流向冬季风环流转变的过渡期,此时,西北太平洋副热带高压(以下简称“副高”)原本应南落东撤。但如果出现以下几种情况,使副高强度偏强、西伸北抬,其控制区域内的下沉气流会抑制对流活动,导致空气中的热量无法有效散发,使地表温度进一步上升,就可能出现“秋老虎发威”的情况。

    首先,西太平洋暖池升温,给副高持续提供能量,成为“秋老虎”的“饲养员”。其次是北方冷空气较弱,中纬度的西风急流又较强,环流呈纬向,冷空气在极地堆积,不易南下。另外,大气环流和气候系统的调整具有一定滞后性,虽进入秋季,但前期积累的热量仍未完全消散。全球气候变暖也在推波助澜,大气层保温效应显著,使高温天气更易形成,且持续时间更长。

    一般来说,“秋老虎”更喜欢出现在长江中下游及江南、华南北部等地。有时,黄淮地区等地也能觅其踪影。不同地区,“秋老虎”的表现也有所不同。南方的“秋老虎”相对凶猛,高温天气持续时间长、强度较大;而北方的“秋老虎”相对温和,早晚较为凉爽,主要体现为“闷”。

    有研究统计了过去四十年秋季副高特征的演变情况,结果出现副高面积增大、西伸脊点西进的趋势。这意味着,“秋老虎”影响我国的区域有扩大的可能。(黄琬婷)

    立秋之日凉风至?

    8月7日8时9分,我国迎来立秋节气。北方人开始普遍感受到宜人的凉爽气息,纷纷感叹古人的智慧。民间谚语亦有“立秋之日凉风至”,便是精准概括了这一现象,即立秋后,早晚与午间温度差异逐渐明显,人们的体感温度也随之发生显著变化。

    随着立秋的到来,北方地区最为显著的季节转换特征,莫过于早晚温差的日益扩大。

    温差变化的背后,是多重因素综合作用的结果。首先,太阳直射点的南移,直接导致北半球接收到的太阳辐射逐渐减少。在傍晚至夜间,地面迅速释放白天积累的热量,温度急剧下降,尤其在没有云层遮挡、水汽含量较低的晴朗秋夜,辐射降温效果尤为显著;而清晨时分,地表尚未被太阳充分加热,因此,会相对凉爽,加之秋夜渐长,为这一过程提供了更充足的时间。

    此外,地理位置与海洋的调节作用同样重要。在华北、东北等地区,纬度较高,日照时间缩短,使这些地区的温差变化更为明显。而在长江流域以南,尤其是华南等沿海地区,虽然立秋已至,但受副热带高压控制,高温高湿的天气仍将持续一段时间。

    面对如此显著的温差变化,人体需要做出相应的调整以适应不同的环境温度。早晚虽然凉爽宜人,但也可能因疏忽保暖而导致公众出现健康问题,特别是老年人、儿童及患有慢性病的人群要加以注意与防护,防范因温度大幅波动诱发的呼吸道疾病和心血管疾病等风险。我们建议采用“洋葱式穿衣法”,即通过多层衣物的叠穿,使人们在面对温差变化时能灵活调整着装,既保证了舒适感,又避免了因过度或不足着装而带来的不适。同时,保持室内通风、合理安排作息与饮食、关注天气预报等,也是应对温差变化的重要措施。(李倩)

    打卡秋日限定美景

    晚霞:

    落霞与孤鹜齐飞,秋水共长天一色。秋季傍晚,晚霞常常是人们拍照记录的对象。

    秋季大气环流形势发生变化,天气晴朗少云,大气透明度高,阳光更直接地穿透大气层,这为晚霞的形成创造了有利条件。

    此外,秋季气温逐渐降低,大气垂直运动相对较弱,空气较为稳定,有利于尘埃、水汽等微粒在大气中停留,为晚霞的形成提供了必要的散射介质,同时,云层的形态也相对稳定,更易形成色彩斑斓的晚霞。

    冷涡蓝:

    在秋季,天空经常呈现出一种特别的蓝色,被网友形象地称为“美颜蓝天”,这种蓝天也被不少人称为“冷涡蓝”。

    冷涡,是在对流层中高层存在的具有冷中心的低气压系统,通常形成于西风带高空槽中。当冷平流加强并深入高空槽内时,有可能切断槽线,进而形成闭合的低压系统,这便是冷涡。

    “冷涡蓝”的形成,主要归功于冷涡带来的冷空气和晴朗天气。冷涡作为一个逆时针旋转的闭合环流,其后部的偏北风会携带一股股冷空气,吹散空气中的污染物,并使大气中的水汽含量减少,抑制了云层的形成,从而呈现出清澈的蓝天。冷空气还会使气温降低,一扫夏日的高温闷热。

    秋叶:

    陈绿向参差,初红已重叠。入秋后,层林尽染。

    秋叶变色是气温变化与植物叶片内色素种类变化的共同作用引起的。进入秋季后,昼短夜长,昼夜温差大,叶绿素合成变慢、分解加快,而耐低温的类胡萝卜素分解减缓,相对含量增加,因此叶片显现出黄色。

    红叶树种多是因为花青素与叶绿素的含量发生变化而变色。影响红叶变红的主要气象因素包括最低温、最低温出现的时间、气温日较差、日照时数、降水量等。其中,温度是最主要的因素之一,当连续5日滑动日平均气温降至14℃以下,日最低气温降至4℃以下,红叶树种进入变色初期。气温日较差连续大于当地秋季月平均日较差30%以上时,红叶树种叶片细胞内两种色素对比显著,色彩艳丽。当日最低气温小于或等于4℃的有效积温达9℃时,红叶树种进入最佳观赏期;当最低气温降至0℃及以下,出现明显霜冻后,红叶树种会迅速进入最佳观赏期。(李悦)

    责任编辑:曹锐怡