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“东方巨怪”——欧洲西伯利亚寒潮背后的科学

来源:环球科学

被称作东方巨怪的寒潮已抵达英国,并带来了极端的严寒天气——气温比历史同期低7℃。风寒(wind chill)使气温变得尤其寒冷。这股来自西伯利亚的冷风是如何吹到欧洲家门口的?

全球范围内的大气活动以及随之而来的天气,主要受三种因素的影响:重力、太阳和被称作科里奥利力的作用力。重力的影响很简单,就是不断地将空气拉向地球表面。

太阳的涨落决定了空气是否静止不动。白天太阳辐射会加热地表,使地表附近的空气升温并向上运动,导致地表附近出现一片低压区(空气粒子密度小)。空气向上运动时逐渐冷却并向四周扩散,这团空气比下方空气密度大,在重力的作用下下沉,自然地回到低压区,形成空气循环。这一空气循环模式存在于洲际范围内,在热带和两极间输送热量。

然而,由于科里奥利力的存在,会导致物体的直线运动由于地球自转而发生偏转,因此风向并不是正南正北的。为了理解这种力,可以想象一个正在旋转的陀螺。靠近陀螺轴的点旋转速度比离轴更远的点要慢,因为它们走完一个完整的圆经过的距离更短。相似地,当地球自转时,赤道上的点要比两极的点运动得更快。当空气从赤道向北运动时,与北面移动较慢的陆地相比,额外的动量会使它向东偏移,而向南运动的空气则向西偏移。

在北半球,这种科里奥利力与循环系统的相互作用导致了北极湍流的产生:高海拔的气流以每小时数百英里的速度向东移动,影响全球天气系统。英国因此盛行西风和西南风,这些风从温暖的大西洋而来,保护英国免受东部冷空气的影响。

北极湍流没有固定的形态,其运动轨迹蜿蜒曲折。有时候,北极湍流会形成环流,逆转盛行风的风向,使东部冷空气进入英国,这是一系列与平流层骤暖(Stratospheric Sudden Warming)相关的复杂事件所导致的最终结果。在随后的几天里,刺骨的冷锋裹挟着空气中的水蒸气,使英国全境白雪皑皑。

每晚日落之后,寒冷加剧。没有了太阳辐射,地表附近空气和较高层空气之间温差缩小,空气循环变慢。此时的平静是寒风中难得的片刻喘息。正因如此,航空旅客在夜间一般会有更好的飞行体验。

而不同居住地的居民对寒风的体会也不同。夜间持续产热的城市会有自己的微气候。这些人造热量使城市中的空气循环与白天相差无几,也让城市居民比乡村居民感觉更暖和。但与此同时,城市中有序的建筑群也形成了强大的风廊,在寒潮到来时更为不利。

不过无论你正在何处经历这种寒冷天气,至少还可以庆幸自己是在地球上。在其他行星上的大气循环模式中诞生的天气要比我们在地球上能经历的任何天气都更极端。例如,去金星旅客在着陆时将会经历严重颠簸,因为金星表面与大气层间的500°C温差会催生极端猛烈的气流。

然而,如果你顺利着陆并有幸从金星表面足以粉碎一切的压力中幸存,由于金星缓慢的自转、较弱的科里奥利力和致密的大气层,你只能感受到一阵微风。那时你还是会希望能寻求避难所,毕竟在460℃的高温中,突然的一阵冷风听起来也不那么糟糕了。

作者:Gareth DorrianIan Whittaker

(翻译:施怿 审校:马晓彤)

本文来自:环球科学
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