2015年5月9日

“地理效应”集锦

雨岛效应
      "雨岛效应"是如何形成的呢?专家解释称,大城市高楼林立,空气循环不畅,加之盛夏时节,建筑物空调、汽车尾气更加重了热量的超常排放,使城市上空形成热气流,热气流越积越厚,最终导致降水形成:"大城市大气环流较弱,由于城市热岛所产生的局地气流的上升有利于对流性降水的发生、发展,城区空气中凝结核多,大核(如硝酸盐)存在时有促进暖云降水作用,同时城市的下垫面粗糙度大使其降水雨系减慢,延长城区降水时间。以上因素共同作用,就会形成'雨岛效应'。" 
    美国方面的研究证实,大城市及其下风向"雨岛效应"明显。由于"雨岛效应"集中出现在汛期和暴雨之时,这样易形成大面积积水,甚至形成城市区域性内涝。
 雾岛效应
      现代城市被科学家称之为"气候岛",主要有"五岛效应",其中城市热岛效应为著名, 但"雾岛效应"、"雨岛效应"、"干岛效应"、"混浊岛效应"的影响也不容忽视。 
  所谓"雾岛效应",其原因主要是城市颗粒污染物增加,凝结核过多,引起雾日的增加。如伦敦为国际著名的雾都,重庆为我国的雾都,除了自然条件的原因外,城市雾岛效应也是重要因素。伦敦近年来进行了环境治理后,雾日大大减少,就是最好的证明。 
  此外,除了正常的雾外,有人把城市的"烟雾"也包含在其中,这样象洛杉矶著名的光化学烟雾事件也被视为城市雾岛效应的一个实例。
绿岛效应 
      "绿岛效应"是指在一定面积(约3公顷)绿地里气温比周边建筑聚集处气温下降0.5℃以上。
  森林是最高的植被。在成片的森林地区以及林冠层的下部能形成一种特殊的气候。森林可以减小气温的日变化和年变化,减低地表风速,提高相对湿度,增加降水,形成森林小气候。这就是森林的绿岛效应。由于森林能改变风向,减弱风速,阻滞沙土,起着防风、固沙、保土的作用,因此,大规模的植树造林往往成为改造小气候的有效措施之一。我国三北地区,风沙大,降水少,蒸发强,大规模的植树造林,建造防风林带,对于改变这些地区的气候,促进农牧业生产,起到很大的作用。
  绿化可以调节气温,起到冬暖夏凉的作用。在炎热的夏季,树木和草坪庞大的叶面积可以遮阳,能有效地反射太阳辐射热,大大减少阳光对地面的直射。树木通过叶片蒸发水分,可降低自身的温度,提高附近的空气湿度。因而夏季绿地内的气温较非绿地低3~5℃,较建筑物地区可降低10℃左右。所以,在绿化好的地方,人们会感到空气清新,可为人们提供消暑纳凉、防暑降温的良好环境。在寒冷的冬季,树木较多的绿地中,由于树木能减低风速,减弱冷空气的侵入,树林内及其背向的一侧,温度可提高1~2℃。
绿洲效应 
  在沙漠地区,因为无水又高温低湿,因此无动植物存活。但是沙漠地区只要有水源,水分与空气混合,降低空气温度,提高相对湿度。湿润的空气适合作物成长,形成人类可居住的条件。在气象学此种空气与水混合,空气的热量使得水分自液体转变为气体(蒸发作用),空气的热量被水分吸收因此减少。空气温度因此降低(冷却作用)。水分变成水蒸气又进入空气之内,因此空气内相对湿度增加。此种水与空气混合产生降温加湿的结果与沙漠中绿洲的形成十分相似,因此称为绿洲效应。此种过程也称为蒸发冷却作业。 

  在干旱或半干旱地区,进行大面积的人工灌溉可以引起气候变化,产生绿洲效应。经过灌溉的土地,土壤湿润,热容量增大,水份蒸发量也随之增加,土壤和近地面层气温的昼夜变化趋向和缓,相对湿度加大。就好比在沙漠中出现绿洲一样。大面积的灌溉可使局部范围内的气候相应改变,额外水份的蒸发将引起云、辐射和降水等气候变化。自20世纪30年代以来,美国在62000平方公里的土地上进行灌溉,结果使当地初夏增雨10%。有些科学家还曾设想建立半径达50米的巨型输水管道,横跨大西洋,将南美亚马逊河口的淡水输送至非洲撒哈拉沙漠灌溉,形成广阔的绿洲,以改良其极端干旱的气候状况。 
  作用条件
   绿洲效应来自水与空气的混合。因此绿洲效应的作用条件在于: 
    1.有足够的风量与风压, 
    2.有足够的水量, 
    3.有足够的时间使水与空气得以混合。
狭管效应
      地形的狭管作用,当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时,由于空气质量不能大量堆积,于是加速流过峡谷,风速增大。当流出峡谷时,空气流速又会减缓。这种地形峡谷对气流的影响;称为"狭管效应"。由狭管效应而增大的风,称为峡谷风或穿堂风。 
液体在管中流动,经过狭窄处时流速加快。气流在地面流经狭窄地形时类似液体在管中的流动,流速也会加快,并因气体具有可压缩性,密度也会增大。地球上山地的许多风口和许多地方出现的地形雨都与气流经过狭窄地形密切相关。 
    狭管效应"在城市随着高层建筑物越多、越宽、越近,其出现的概率比过去增加许多。据气象专家介绍,所谓城市的"狭管效应"就是由于城市高层建筑物间距极小,大风迎面吹来后无法顺畅通过,只能聚集在很小的空间内,有关科研部门测试显示,在城市6——7级大风时,由于"狭管效应",通过高楼之间的瞬间风力可达12级以上。
大湖效应
    大湖效应指的是冷空气遇到大面积未结冰的水面(通常是湖泊)从中得到水蒸汽和热能,然后在向风的湖岸形成降水的现象,通常是以雪的形式出现。这情形以在美国东北部的五大湖地区沿岸的降雪最为著名。其他水域,如某些海和湖也会产生大湖效应,产生面积较小的雪带。比如美国东海岸的雪带,冬季,以魁北克为中心的高压区使大气顺时针环绕流动,使极地气团向南经大西洋到达北美海岸,其间穿越墨西哥湾暖流温暖水域,为美国东海岸带来降雪。雪虽是大西洋而非湖泊带来,也被称为大湖效应降雪。美国犹他州的大盐湖,加拿大的哈德逊湾和圣劳伦斯湾都会产生大湖效应暴风雪。
成因
     以五大湖地区为例。在秋天到来时,五大湖区逐渐变冷,但冬季不会完全封冻。冬季气团主要从西向东穿越北美洲。当陆地将夏季吸收的热辐射掉,大陆气团变得很冷,极地气团南下到大陆上空,当气团经过湖面时,温度极低的空气与相对温暖的水面接触,气团下部温度升高,水汽进入气团。现在冷气团下部是一层温暖潮湿的大气。寒冷、密度较大的冷气团下沉,使暖空气上升,温度降低,水汽凝结,空气不太稳定,云开始形成,一般为层云,层积云或大片积云。一般冷气团在五大湖区上空行进一半时,就会形成云,并随气流向东漂移。之后,大气再次来到寒冷的大陆上空,与地面的接触减慢了大气的移动,从湖面飘过来的大气不断在沿岸聚集,暖气团不断上升,云层加厚,开始降水,由于下层空气温度很低,水汽以雪的形式降落下来。
降雪地点与降雪量
    降雪地点取决于使云移动风向和风速。风速决定了暴风雪行进的距离,风越强烈,其携带的水汽走得越远,晚秋与初冬时节,其行进的距离最远。 
降雪量取决于以下因素:冷气团与水面的温差,温差较大时,水温越高,冷气团温度越低,冷凝的水汽就越多,雪量就大,一般在12月和1月容易出现这种温差,也最容易产生暴风雪;冷空气在水面行进的距离,即吹程也会影响降雪量,冷空气与暖水面接触时间越长,气团就会携带越多的水汽。 
如果水面结冰,水汽供给停止,大湖效应就会停止。
 焚风效应
       气流翻过山岭时在背风坡绝热下沉而形成干热的风。当气流经过山脉时,沿迎风坡上升冷却,在所含水汽达饱和之前按干绝热过程降温,达饱和后,按湿绝热直减率降温,并因发生降水而减少水分。过山后空气沿背风坡下沉,按干绝热直减率增温,故气流过山后的温度比山前同高度上的温度高得多,湿度也显著减少。亚洲的阿尔泰山、欧洲的阿尔卑斯山、北美的落基山东坡等都是著名的焚风出现区。中国不少地区有焚风,比较明显的如天山南坡,太行山东坡,大兴安岭东坡的焚风现象,其增温影响甚至在多年月平均气温直减率上也可促使作物、水果早熟,强大的焚风可造成干热风害和森林火灾。冬季强焚风可引起山区雪崩等。 
       实际上在世界其他地区也有焚风,如北美的落基山、中亚西亚山地、高加索山、中国新疆吐鲁番盆地,甚至太行山东麓也曾出现过焚风
   是一种较为常见的地理现象,即山的迎风坡多雨,而相反达到同时,背风坡少雨干燥.这是因为山脉阻隔暖湿气流,把水汽集中在迎风坡,水汽聚集并到达一定强度时,就会下雨.同时背风坡常年不能接受水汽,以至于蒸发量相对跟大,使土壤相对干旱.这种现象被称为雨影效应
热岛效应
    一个地区的气温高于周围地区的现象。用两个代表性测点的气温差值(即热岛强度)表示。主要有两种:
一,城市热岛效应
  城市人口密集、工厂及车辆排热、居民生活用能的释放、城市建筑结构及下垫面特性的综合影响等是其产生的主要原因。热岛强度有明显的日变化和季节变化。日变化表现为夜晚强、白天弱,最大值出现在晴朗无风的夜晚,上海观测到的最大热岛强度达6℃以上。季节分布还与城市特点和气候条件有关,北京是冬季最强,夏季最弱,春秋居中,上海和广州以10月最强。年均气温的城乡差值约1℃左右,如北京为0.7~1.0℃,上海为0.5~1.4℃,洛杉矶为0.5~1.5℃。城市热岛可影响近地层温度层结,并达到一定高度。城市全天以不稳定层结为主,而乡村夜晚多逆温。水平温差的存在使城市暖空气上升,到一定高度向四周辐散,而附近乡村气流下沉,并沿地面向城市辐合,形成热岛环流,称为"乡村风",这种流场在夜间尤为明显。城市热岛还在一定程度上影响城市空气湿度、云量和降水。对植物的影响则表现为提早发芽和开花、推迟落叶和休眠。
  城市热岛效应是城市气候中典型的特征之一。它是城市气温比郊区气温高的现象。城市热岛的形成一方面是在现代化大城市中,人们的日常生活所发出的热量;另一方面,城市中建筑群密集,沥青和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的热容量(可吸收更多的热量),而反射率小,使得城市白天吸收储存太阳能比郊区多,夜晚城市降温缓慢仍比郊区气温高。城市热岛是以市中心为热岛中心,有一股较强的暖气流在此上升,而郊外上空为相对冷的空气下沉,这样便形成了城郊环流,空气中的各种污染物在这种局地环流的作用下,聚集在城市上空,如果没有很强的冷空气,城市空气污染将加重,人类生存的环境被破坏,导致人类发生各种疾病,甚至造成死亡。
二,青藏高原的"热岛效应"
  近代地理学的开创者之一、德国科学家洪堡1799-1804年间在南美洲安第斯山脉考察时发现,赤道附近的高山雪线,比中纬度的青藏高原许多高山的雪线低200米左右。例如:贡嘎山西坡雪线高5100米左右,而靠近赤道的厄瓜多尔基多附近的高山雪线仅约4800米多一些。这不符合常理:由于赤道地区热量较高,高山雪线通常应该从赤道向两极递降,到极地附近降至海平面。
  据此,洪堡提出了青藏高原的"热岛效应"理论:对流层大气的主要直接热源是地面,或称"下垫面",青藏高原由于下垫面大面积抬升,(相当于把"火炉"升高),故其热量较同纬度、同海拔高度的其它地区高得多,甚至比赤道附近的同海拔地区也要高得多。
  青藏高原的"热岛效应"对环境的多要素影响极大,如冰川、生物等。例如,贡嘎山南坡的垂直自然带和纬度相当的峨眉山相比丰富得多,许多树木的分布界线也设于峨眉山,就是这个原理。 
冷岛效应
    观测结果表明,绿洲农田上不同高度层的气温,昼夜均比附近的戈壁显著要低,最高气温甚至可低30℃左右,蒸发量约小一半。这说明绿洲在夏季相对于周围环境(戈壁或沙漠)是一个冷源和湿源,即相对独立的"冷岛"。 
    产生这种情况的原因,是由于戈壁沙漠较绿洲的比热小,在阳光照射下地面增温比绿洲快得多,戈壁沙漠上空被加热的暖空气,通过局地环流作用输送到绿洲上空,形成一个上热下冷的逆温层,使下层冷空气以保持稳定,于是形成了一个比较凉爽、湿润的小气候。这种特殊的气象效应,称为绿洲的"冷岛效应"。 
    绿洲上空的这种效应,使湍流发展较弱,抑制了植物的蒸腾和地面的蒸发,非常有利于植物的生长。这对于我国西北干旱地区的绿洲节约水源、种草种树和发展农业,是很有利的。


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