大气对流,是上升气流?还是上升+下沉?
大气对流,是上升气流?还是上升+下沉?
关于”对流“,以下两种说法,你觉得是一回事吗?
左:以水平运动为主的空气运动(羊羊制图)
其实,上图两句话中的“对流“有不同的含义。
左图是生活中较为口语化的表达,指水平方向上的空气流通。
右图是大气科学中的专业表达,指一团空气在热力或动力作用下的垂直上升运动,这一过程对热量和水分在垂直方向上的传输与分配起着重要作用。关于“大气对流”的概念,需要强调以下三点:
① 气流的运动方向是垂直方向,而不是水平;
② 气流的运动方向是上升方向,不是上升+下沉;
③ 造成气流上升的原因,有可能是热力因素(热胀上升),也有可能是动力因素。
今天我们就聚焦在“大气对流”上,把在试题里可能遇上的相关内容做一个简单梳理。
大气对流的成因
热力作用
空气受热膨胀上升,发生对流,易引起多变的天气,可能带来降水。
这里我们从不同的空间尺度去看相关案例。
大空间尺度:全球范围内对流层的基本特点
地球的对流层是最接近地球表面的一层大气,集中了约75%的大气的质量和90%以上的水汽质量。
对流层大气的直接热源是地面,气温(一般)随海拔升高而降低(下热上冷),再叠加下垫面(植被、地形、水域等)的影响,这一层大气会发生大量的对流现象,也就因此得名,被称为“对流层"。
某地对流运动的最大高度,即为当地的对流层顶。近地面温度越高,对流运动越显著,对流层顶越高。
因此,对流层顶在全球不同纬度的高度会有差异,年平均高度随纬度的变化规律一般为,由赤道向两极递减。
对流层顶年平均高度随纬度变化的示意图
当然,同纬度的两地之间,如果下垫面情况不同,对流层的具体高度也会有差异。比如,相较于同纬度地区,青藏高原的对流层顶高度更高。
而且即便是同一地点,在不同季节,由于近地面温度的变化,对流层顶的高度也会有差异。
小空间尺度:对流雨及其他一些强对流天气
对流雨的形成是典型的热力作用下的大气对流过程。
近地面通过吸收太阳辐射迅速升温,导致近地面空气因强烈受热而快速膨胀上升,伴随着上升,气块因压力降低而膨胀,气块为了克服膨胀而做功,消耗一部分内能,以致气块温度下降,逐渐冷却。
当空气上升到一定高度,温度下降到露点温度时,空气中的水汽开始凝结形成微小的水滴或冰晶;这些水滴或冰晶聚集在一起,形成云滴,随着云内的上升气流不断补充水分,云滴逐渐增大;当云滴变得足够大时,就会以雨、雪或其他形式从空中落下。
在空气中水汽充足的前提下,越热,对流越强,就越容易发生对流雨。所以,对流雨多见于赤道地区,以及中低纬度地区夏季的午后。而且对流雨发生时,常伴有雷电,如果强度够大,还可能发展为雷暴等强对流天气。
动力作用
因动力作用而形成的大气对流被称为动力对流。
当空气的水平气流(风)遇到地形阻挡或者与其他性质(风向、风速、温度、密度等)不同的气流相遇时,就可能发生气流在垂直方向上的抬升,出现对流现象。如果抬升的气流较湿,就有可能带来降水。
地形因素带来的气流上升
较湿气流被地形阻挡,在迎风坡一侧被抬升,随着气流上升,空气温度下降,水汽达到露点温度并凝结成云滴,通过聚合云滴逐渐变大,就可能以雨、雪或其他形式落下,这种类型的降水就是地形雨。
不同性质气团相遇,带来的对流现象
冷、暖气团相遇会形成锋面,如果暖气团势力较强,则暖气团会主动爬升到冷气团之上,形成暖锋;如果冷气团势力较强,则暖气团被迫抬升,称为冷锋。
两种情况都会导致暖气团出现向上的对流运动,达到凝结高度产生的降水,便被称为锋面雨。
关于对流,我们最后再做个简单总结。
大气对流是空气在垂直方向上的运动,上升气流强,则对流强,也更容易产生降水;如果某地以下沉气流占主导(如副高、背风坡),对流较弱,就不易产生降水,而上升气流的产生和强弱,会受到热力或动力因素的影响。
- 热力
空气热胀上升,近地面气温度越高,上升速度越快,越剧烈。但要注意,如果在对流层中出现了逆温现象,即“下冷上热”的情况,这时大气结构稳定,对流就会被抑制。 - 动力
上升气流的强弱,由空气的水平气流强度(风力)及地形或锋面的陡缓决定。一般情况下,风力越大,地形或锋面越陡,上升气流可能更强烈。
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