科普看台上半年代表作（2020年6月5日） 

　　气象学上的“神奇效应” 

　　编者按： 

　　在气象学中，温室效应和蝴蝶效应可能是最大众化的术语了，前者普及率极高，老少都能说上一两句；后者受到文化艺术乃至社会学青睐，外延极大丰富。但其实，气象学中的“效应”除了这两个以外，还有不少值得了解的，远的不说，近期社会热点中珠峰测量、南方暴雨等就能见到不少“效应”的身影。 

　　本期特别策划，带您一起做这几道“填空题”，开启新知识答卷。 

　　效应1▼名中带车 

　　天气事件： 

　　5月30日，特大暴雨突袭珠海、香港、澳门等地。 

　　猜效应： 

　　暴雨云团一个接一个地经过珠海，____效应发威。 

　　（答案见下文第一段划线处） 

　　事后证实，这次过程是一次典型的“列车效应”发威所致。 

　　当日凌晨，珠江口出现暴雨云团，覆盖珠海、澳门、中山、香港多地，并延伸到惠州、汕尾、汕头沿海海面。珠海发布暴雨红色预警，香港发布红色暴雨警告……实况显示，在这次暴雨过程中，珠海市区局部一小时降水量接近100毫米，一些地区累计降水量超过250毫米，达到特大暴雨量级。而和5月22日东莞、广州的特大暴雨不同的是，此次珠江口暴雨的雨势猛烈程度稍逊一筹，但范围更大，持续时间更长。从云图和雷达图上看，暴雨云团像列车一样一个接一个地经过珠海，形成了列车效应，而这也是大暴雨和特大暴雨的典型象征。 

　　那么，何为列车效应？它的威力又如何呢？ 

　　试想，当一个人站在铁轨旁边，一列列火车经过时，会有什么感受？火车有很多节车厢，当其经过时，肯定是很多节车厢一节一节地经过，而此时，站在铁轨边的人会接连不断地感受到一节节车厢经过时带来的巨大声音和冲力。一列火车尚且如此，连续不断的火车经过则更是“变本加厉”了。 

　　现在，将列车效应与降水相联系，就如同排列成串的对流云降水，每一朵对流云（被称为对流单体）都会产生短时强降水。而当多个对流云团依次经过某一地区的上空时，其所产生的降水量累计起来，就会导致大暴雨甚至特大暴雨，这就是降水列车效应的通俗解释。 

　　值得一提的是，列车效应在引发短时强降水和暴雨方面也有所不同。 

　　其实，列车效应是短时强降水与暴雨之间重要的联系桥梁。从暴雨和短时强降水之间的区别看，短时强降水强调的是强度，暴雨则强调累计值，即累计降水量，而二者之间又是紧密相连的，这其中就有列车效应的贡献，可以说，短时强降水不一定形成暴雨，但在列车效应下的短时强降水过程往往导致暴雨，甚至特大暴雨。 

　　如今，汛期已至，我国多地强降水陆续登上天气舞台，下一个列车效应会出现在哪里？我们密切关注。 

　　效应2▼名中带谷 

　　新闻事件： 

　　5月27日，中国2020珠峰高程测量登山队成功登顶。 

　　猜效应： 

　　5月25日，在海拔7500米的大风口，由于____效应，风力加大，登山队只能在路线上匍匐爬行。 

　　（答案见下文第一段划线处） 

　　风力为什么在“大风口”会突然加大？其实，这正是受到了“狭管效应”（也称“峡谷效应”）的影响。狭管效应，又称峡谷效应，当气流由开阔地流入峡谷时，由于空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大，但当流出峡谷时，空气流速又会减缓。说回到珠峰上的狭管效应，在北坳营地往上的7500米左右，受到地势狭窄的影响，通过这里的风会明显加大，风速最大可达12级。 

　　除了珠峰，狭管效应在我国广袤的山河大川中其实并不少见。其中一个比较经常产生狭管效应的地区就是河西走廊。 

　　河西走廊位于我国西北地区，其长度约1000公里，而宽度仅数十公里，南边有祁连山、阿尔金山东段，北边有部分阿拉善高原及北山（马鬃山、合黎山和龙首山），南北山之间形成较窄的狭管。地形的狭管效应对局地风速的突然加强是河西走廊多大风的重要原因。当冷空气由新疆入侵并经过塔克拉玛干等沙漠地带，冷锋后的大风进入河西走廊，由于南北山区地形的狭管效应，风速不断加强。以1977年4月22日、1993年5月5日、2009年4月29日和2010年4月24日共4次历史上罕见的、横扫河西走廊全境的大风过程计算，大风只需13小时就能跑完全境。 

　　当把镜头再拉回我们日常的工作生活中，夏天穿裙子的女生同样会遇到狭管效应带来的烦恼：当走在两栋建筑物之间、路过地铁出入口，总要提前提防迎面扑来的“贼风”。这“小贼”十分狡猾，喜欢躲在建筑物之间或通道里搞突袭，甭管别处空旷之地如何风和日暖，只要一个转角进入它的地盘，就能被它召唤出的阵阵“贼风”吹起裙角、打翻遮阳伞。这个“小贼”对女生裙子的影响究竟有多大？石家庄铁道大学团队曾经在风洞试验室里做过一个城市街道宽度对街区通风影响的试验，在进入街道前风速比基本上在1左右,进入街道后风速急剧增大，在距离街道入口100米左右风速最大，宽度40米、80米、120米、200米的街道在此处的风速比分别是1.4、1.23、1.22、1.17。可见狭管效应还真是不得不防。不过有意思的是，也正是因为这一效应，才有了玛丽莲梦露裙角飞扬的经典镜头。细看之下，她正是站在地铁通风口处，而通风设施本就需要狭长的通道输送空气。 

　　当然，合理利用狭管效应，也可以实现经济效益和社会效益的双丰收。在台湾海峡，由于特殊地理环境形成的狭管效应，福建沿海成为我国风能资源最丰富的地区之一。我国东南沿海首个海上风电场——六鳌海上风电场的建设规划便是利用了这一地理优势。 

　　效应3▼名中带风 

　　天气事件： 

　　5月1日至10日，海南全省共12个市县出现1-9天的高温天气过程，多地最高气温均突破当地5月历史极值。 

　　猜效应： 

　　每年4月下旬到5月，海南本就受副热带高压控制，再加上____效应影响下西南季风翻过中南半岛下沉形成的干热风推波助澜，“蒸笼”的“火”简直越烧越旺。 

　　（答案见下文第四段划线处） 

　　这边北京慢吞吞刚刚入夏，那边海南几乎提前一个月就送出了自己的第一个高温三级预警。 

　　热！热！热！无疑是这个5月椰城百姓谈论最多的字眼。5月6日，昌江县七叉镇更是记录到43.4℃的高温，真是名副其实的“空调续命”。 

　　在海南4月至5月的高温预报中总有这么一句“受西南气流影响”，但“西南气流”不是在季风低压与太平洋高压牵引下裹挟着来自印度洋、南海水汽的暖湿气流吗？怎么到了海南倒像是火场里吹出的热风？ 

　　这就不得不提到“焚风效应”。 

　　普遍认为，焚风是一种由地形动力强迫引起的过山气流下沉造成的干热风，中纬度相对高度不低于800-1000米的任何山地都可能出现。早期理论认为，气流越过山脉时在迎风坡上升冷却，空气逐渐达到饱和状态，当其中水汽大部分或全部凝结并降落在山的迎风面以后，气流就像一团被挤干了水的海绵一样变得无比干燥，并在山脊的背风面随着下沉不断增温。但也有人指出，有些气流原本就来自高纬内陆，水汽含量较少，并不会形成降水，1984年发表的一个统计表明，在阿尔卑斯山脉10% 的焚风没有降雨伴随。事实上，气流在升降过程中是否发生水蒸气相变仅仅关乎焚风温度估算是否引入不同公式，并不动摇其暖性机制的核心要素：当空气块从地面上升时，理想状态下虽然没有得到或失去热量，但上升后气块因压力降低而膨胀，消耗内能导致温度下降；当气块下沉，外界气压逐渐增大，气块体积被压缩，内能增加，温度也随之升高。要是实在难以理解，不妨换位思考，一座高山，在不补充水分的情况下，谁翻过去时还不是两颊通红、全身脱水只剩伸着舌头喘气的份呢？当然，体温再怎么飙升也比不上这种地形影响所带来的温度增量。1956年11月13日、14日，太行山东麓石家庄气象站曾观测到在短时间内气温升高10.9℃；1966年，加拿大阿尔伯达省平切尔克里克曾记录到4分钟21℃的升温，强焚风时升温之猛烈程度可见一斑。再回看海南，每年4月下旬到5月，当地本就受副热带高压控制，再加上西南季风翻过中南半岛下沉形成的干热风推波助澜，“蒸笼”的“火”简直越烧越旺。且由于中部山区阻隔，往往西北部市县的气温要明显高于东南部市县，也更易造成极端天气。 

　　效应4▼名中带雨 

　　气候景观： 

　　从美国蒙大拿州翻越落基山脉，在西侧，你会看到绿色的山麓，巨大的黄松和落叶松，还有翱翔的白头鹰、鱼鹰；到了东侧，你看到的景象变成了草原、鼠尾草、鹿和叉角羚。 

　　猜效应： 

　　当盛行风从海洋吹向陆地，且沿海地区高大山脉的走向和盛行风风向角度较大，甚至呈垂直状态时，受____效应影响，山地迎风坡一侧降水丰富，而距离很近的山地背风坡一侧却降水稀少，因此产生了完全不同的景观。 

　　（答案见下文第二段划线处） 

　　温暖潮湿的空气从海洋登上陆地，却被迎面而来的高大山脉挡住去路。它随着山的高度不断攀爬，途中遇冷凝结，降下雨雪。当终于越过山巅俯身向下时，它却发现自己变成了被拧干的毛巾，不能再给山的这一侧带来丰富的降水。 

　　科学家将这样的现象形象地称为“雨影效应”。当盛行风多从海洋吹向陆地，且沿海地区高大山脉的走向和盛行风风向角度较大，甚至呈垂直状态时，山地迎风坡一侧降水丰富，而距离很近的山地背风坡一侧却降水稀少。这种降水的显著差异，让背风坡看上去就像是降雨区的“影子”，也被称为“雨影区”。 

　　满足雨影效应条件的地方不少。那些叫得上名字的著名山脉，如南美洲南部安第斯山脉、北美洲落基山脉、欧洲阿尔卑斯山脉，以及我国的天山山脉、喜马拉雅山脉都有此类现象。 

　　雨影效应产生了截然不同的气候生态景观。如果你热爱旅行，自驾从美国蒙大拿州翻越落基山脉，在西侧，你会看到绿色的山麓，巨大的黄松和落叶松，还有翱翔的白头鹰、鱼鹰；到了东侧，你看到的景象变成了草原、鼠尾草、鹿和叉角羚。两个看似全然不同的世界在落基山脉山顶相连。 

　　在澳大利亚，东部新南威尔士州以北山脉和高原直接被称为“大分水岭”。它的走向与海岸线大致平行，从东部海洋吹来的湿润气流在东侧降下丰富地形雨，在西侧则气流下沉、降雨稀少，干旱的墨累-达令盆地正处在这一区域。为此，澳大利亚政府在雪山河及其支流修建水库，通过自流或抽水，经隧洞或明渠，将南流入塔斯曼海的雪河水调入墨累-达令盆地，建成了闻名世界的雪河调水工程。东水西调大大促进了该盆地农牧业发展。 

　　当然，除了干旱，不少雨影区还是世界上优质的葡萄产区，比如智利和阿根廷安第斯山脉东部、我国天山山脉南麓等雨影区。这里的葡萄生长期长，生长期间昼夜温差较大，葡萄园通风性良好，还能使葡萄园避免遭受到湿冷空气的影响。这些条件使葡萄在成熟时获得了恰到好处的糖分，因此风味十足，成了高品质的酿酒葡萄原料。有些酒评家甚至把雨影区称为“酿酒师的天堂”。 

　　微话题1： 

　　蝴蝶效应，最出圈的科学理论 

　　“可预测性：巴西某只蝴蝶闪动一下翅膀会引发美国得克萨斯的一场飓风吗？” 

　　——1972年第 139届美国科学促进会年会上，在气象学家爱德华·洛伦兹打算以“可预测性”为题发表一次演讲之前，他的同事菲利普·梅里莱斯建议将题目换成这样一个浪漫主义风格。 

　　当然，世界上并不存在这只真正的蝴蝶掀起风暴。这只是一个精妙无比的比喻而已。 

　　追溯到十几年前，1961 年，洛伦兹想利用当时的计算机进行有关天气预报的一系列计算。当时计算机原始而缓慢，第一次计算结束后，洛伦兹改从程序中间开始执行第二次计算。在楼下喝了一杯咖啡后，洛伦兹回到工作中，却被计算结果所震惊：第二次计算产生的结果跟第一次完全不一样。也就是说，一个初始值的极微小的扰动就会造成系统巨大变化。 

　　两年后，1963年，他将研究成果写成论文《决定性的非周期流动》提交到纽约科学院。在最初的比喻中，“蝴蝶”尚未出现，洛伦兹形容是一只海鸥扇动翅膀足以永远改变天气的变化。 

　　而1972年这次演讲，富有诗意的“蝴蝶”意象的比喻，将混沌学理论从专业小圈子推向了社会公众。巧合是，洛伦兹用来模拟气象变化的图形出现混沌现象时，看起来就十分像一只蝴蝶张开双翅。 

　　事实证明，一个富有戏剧性的名称或者故事对于科学理论的传播也有巨大加持，诸如牛顿的苹果、薛定谔的猫，洛伦兹的蝴蝶也表现优异，人们很容易就会想象到那个画面，比茫茫的“混沌”要好理解得多。笔者在某论文库检索这个词语，会发现其应用已经扩展到了社会学、教育学、心理学、经济学、传播学、文学、医学等领域，甚至某个城市旅游品牌打造也与此相关。当然，随着理论的传播，误解也随之扩散，比如有人将其与“骨牌效应”等同。 

　　微话题2： 

　　都叫“温室”，它俩有啥区别？ 

　　温室效应，如今已是一个常识。大气如同玻璃温室一样遮盖住地球，吸收来自太阳热量的同时，阻挡热量回到宇宙，为地球表面营造了合适的温度环境。这样生动形象的比喻让很多人理解了温室效应的重要作用。但你知道吗？如果细究起来，地球的温室效应，与真正玻璃温室的工作原理并不完全相同。 

　　先从温室效应讲起。假设地球没有大气层，会直接吸收来自太阳的能量，但也会不受阻挡地释放热量，表面温度约为-18℃。当地球有了大气，大气吸收短波辐射的能力弱，而吸收长波辐射的能力强。但太阳辐射是短波辐射，地球辐射是长波辐射。这样一来，大气虽然会反射掉来自太阳的一部分能量，但会截留很多本来要“逃离”地球的能量。此外，大气本身吸收的热量还会辐射回地表。一来二去，地表平均温度就上升到了14℃，这要比没有大气层的地球高出32℃。 

　　而玻璃温室则不然。玻璃不是大气，它能让来自太阳的热量长驱直入，但并不能阻挡地面辐射的热量逃离。玻璃温室之所以温暖，是因为它相对密闭，室内热量无法通过对流方式逃离。若将温室的一个小窗户打开，室内温度会快速下降。在1909年的一项实验中，人们用石盐建造温室。石盐可以让红外线长波辐射通过。如果温室玻璃无法让红外线通过是室温升高的原因，那么用石盐建造的温室应该没有这样的效果，不过实验结果是石盐温室室温和玻璃温室类似。