揭秘冬季我國大氣的兩大主角

王奉安

在有關天氣形勢的播報中，我們常常會聽到“冬季我國北方大部分地區被強大的西伯利亞高壓控制，北太平洋上形成強大的阿留申低壓中心”。這兩個對應的氣壓中心是怎樣形成的？它們為什么會成為冬季我國大氣舞臺的主角？除了這兩個氣壓中心外，全球其他地方還有沒有這樣對全球有巨大影響的氣壓中心？

下面就讓我們從氣壓說起。

空氣不“空”

當人們談到某一件東西質量很輕時，常會說：“它輕得和空氣一樣。”這種說法其實是習慣性的錯誤。古希臘時，柏拉圖等一些哲學家就已經假定空氣是有質量的了，只不過他們并沒有找到令人信服的方法來證明。“空氣沒有質量”的錯誤概念一直延續至l7世紀，直到伽利略做了一個實驗才將其推翻：用氣泵向一個大玻璃瓶子里打足氣，然后用天平稱重。當天平平衡以后，再把瓶口打開，這樣，瓶子一側就變輕了；放砝碼那邊相對變重了。這是因為打進去的空氣逸出一部分，瓶子減輕的質量就是跑走的那部分空氣的質量。實驗足以說明，空氣不“空”，它是有質量的。

伽利略還曾做過測量空氣“相對體積質量”的實驗，測得單位體積內空氣的質量大約是水的質量的1/400。后來，人們進行了更加精密的測量，知道水與空氣的質量比是773∶1。

經過計算，一個普通房間里有幾十千克空氣，大的房間可達上百千克。北京首都體育館內的空氣重達500噸。由此說來，空氣的質量相當可觀，地面上每平方米面積上大約要承受10噸重的大氣壓力。人類生活在大氣的最底層，一個中等身材的人，表面積為1.5平方米，他要承受15噸的大氣壓力。可是我們為啥感覺不到這些大氣壓力呢？道理其實很簡單，因為人體內也有空氣，也受到同樣的大氣壓力，并且這個壓力和外面的大氣壓力一樣大，人體內的大氣壓力和外部的大氣壓力保持著平衡，所以人體能適應這樣大的大氣壓力。

大氣是否存在壓力這個問題曾是17世紀德國科學界爭論的中心。德國有名的自然哲學家格里克決心用一系列的實驗證明大氣壓力的存在。他制作了兩個堅固的銅半球，合起來成為一個空心銅球，其直徑為37厘米。這兩個銅半球做得很精密。格里克把銅球密封起來，并連接一根導管，通過導管用抽氣機把空氣抽出，使球內接近真空。球殼外面受到外界的巨大空氣壓力，兩個半球因此而被牢固地擠壓在一起，無法掰開。這個力到底有多大呢？

一天，格里克讓兩名身強力壯的馭手把兩匹馬分別拴在銅球兩邊。一聲令下，兩匹馬用盡力氣各自向前，力圖分開銅球，銅球卻安好無恙。緊接著，兩名馭手不斷增加馬匹數，希望拉開銅球，一直增加到16匹馬對拉，才把兩個銅半球分開。1654年5月8日，身為馬德堡市長的格里克在德國雷根斯堡首次表演了對抗賽式的馬拉半球實驗。人們從四面八方匯集過來，就連神圣羅馬帝國的皇帝也來觀看表演。人們終于信服了大氣壓力的存在。

對于氣壓，我們可以得出這樣一個定義：氣壓是作用在單位面積上的大氣的壓力，即在數值上等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱所受到的重力。氣壓的國際制單位是帕斯卡，簡稱帕，符號是Pa。氣象部門可以通過多種儀器準確地測出大氣壓力。

全球氣壓怎樣分布

我們知道，地球上不同緯度地區所得到的太陽輻射是不同的，因而氣溫的高低也隨緯度而變化，氣壓也同時跟著變化。風總是由氣壓高的地方吹向氣壓低的地方，從而在地球上形成不同的氣壓帶和風帶。地球上分布有7個氣壓帶，是根據其所在的地理位置命名的。西伯利亞高壓和阿留申低壓就分屬于這7個氣壓帶中“極地高氣壓帶”和“副極地低氣壓帶”的成員。這7個氣壓帶分別是：

第一，赤道低氣壓帶。在赤道及其兩側南北緯5°之間的地帶，是太陽高度角最大的地帶。這里接受的太陽光照最多，地面增溫也高，接近地面的空氣受熱膨脹上升，空氣減少，氣壓降低，這樣就形成了一個低氣壓帶。

第二，副熱帶高氣壓帶。由赤道低氣壓帶上升的氣流，因為氣溫隨高度升高而降低，空氣漸重，在距地面4～8千米處大量聚集后轉向南北方向擴散運動，同時它們還受重力影響，氣流邊前進邊下沉，各在南北緯30°附近下沉到近地面，使低空空氣增多，氣壓升高，形成了南北兩個副熱帶高氣壓帶，屬于暖性高壓。

第三，副極地低氣壓帶。這個氣壓帶在南北緯60°附近，處于副熱帶高氣壓帶和極地高氣壓帶之間，是一個相對的低氣壓帶。

第四，極地高氣壓帶。南北兩極及其附近是地球緯度最高的地區，這里的太陽高度角最小，接受的太陽光熱也最少，終年低溫，空氣冷重下沉，地面空氣多，氣壓較高，由此形成南北兩個極地高氣壓帶，它是由熱力原因形成的冷高壓。

上述7個氣壓帶是在假設地球不自轉的基礎上形成的；可是，地球一直在自轉和公轉，因此，這7個氣壓帶的形成過程中就伴隨著空氣的運動。空氣運動的方向總是從高壓指向低壓。大氣在從高壓區流向低壓區的運動過程中，也隨著地球自西向東轉動。這使得大氣還要受到一個由于地球自轉而產生的力的影響，這個力就是地球自轉偏向力，也叫科氏力，它在北半球總是使運動著的大氣向右偏斜，在南半球總是向左偏斜。這樣一來，風的運動方向就不是直接由高壓指向低壓，而是在北半球發生了右偏，北風變成了東北風；南半球發生了左偏，南風變成了東南風。

西伯利亞地區和西伯利亞高壓

一提起“西伯利亞”，你一定會聯想到“寒冷”二字。西伯利亞是俄羅斯境內北亞地區的一片廣闊地帶。西起烏拉爾山脈，東迄太平洋，北臨北冰洋，西南抵哈薩克斯坦中北部山地，南與中國、蒙古和朝鮮等國為鄰，面積1276萬平方千米，除西南端外，全在俄羅斯境內。

西伯利亞的氣候異常寒冷，北半球兩大“寒極”（上揚斯克和奧伊米亞康）均位于此。在奧伊米亞康曾經有過-71.2℃的低溫記錄，是現時人類居住的地點中所錄得的最低氣溫。在該地區其他沒有人居住的地方，氣溫甚至可低至-90℃。在這樣的低溫之下，所有的江河湖泊都會結冰。降水時空差異明顯，75%～80%的降水主要集中在夏季。這里的植被有苔原、森林沼澤、泰加針葉林、森林草原和無樹草原等，自然資源非常豐富。

西伯利亞高壓屬于前面提到的7個氣壓帶中北半球“極地高氣壓帶”的一部分，是在海陸熱力差異作用下形成的。每年秋季以后，日漸短、夜漸長，地面溫度和空氣溫度逐漸降低。西伯利亞地區有利的地理緯度和有利的地形條件及北冰洋冷空氣的侵入，導致該地區成為冷空氣的聚積地。因為冷空氣的密度大，使這個地區氣壓升高，形成了西伯利亞冷性高壓。西伯利亞冷性高壓是北半球最強、覆蓋面最廣的高壓，是亞洲季風環流的組成部分、冬季亞洲大陸大氣活動中心。高壓中心位置在西伯利亞和蒙古一帶，春季東移，盛夏時消失。受高壓控制的區域天氣晴朗、嚴寒。

西伯利亞高壓常常在高空氣流的引導下侵入我國。從秋季到冬季，影響的范圍自北向南逐漸擴大。冬季，勢力強大的西伯利亞高壓前沿可影響到南海、菲律賓和琉球群島；春季，其勢力漸弱，影響范圍又自南向北縮小；我國夏季很少受其影響。西伯利亞高壓從源地剛移出時速度較快，以后逐漸變慢。在山脈和丘陵地帶，其移動較慢；在平原和海上移動較快。我國氣象預報人員發現，當西伯利亞高壓南下時，沿海可先后出現3種天氣：首先來到的是前部的冷鋒天氣，然后是高壓中心天氣，最后，高壓的整體或分裂成幾個小高壓接連東移入海，沿海受高壓后部天氣控制。這時，新的西伯利亞高壓前沿的冷鋒天氣又將來到。西伯利亞高壓周期性的活動是冬春季天氣變化的主要特點。前后兩次冷鋒天氣的時間間隔為7～10天。

阿留申群島和阿留申低壓

阿留申群島位于太平洋和白令海之間，是分隔白令海與太平洋的火山島群，包括14個大島和眾多小島，屬于美國阿拉斯加州，面積1.8萬平方千米。群島多為荒蕪巖島，山嶺縱橫，地勢崎嶇，有三四十座火山，且多數是活火山。

阿留申群島四季溫差小，風大、雨多、霧重。群島上為叢生的雜草和許多開花植物所覆蓋，樹木極少。美國在阿留申群島的烏尼馬克島和阿圖島之間建有占地1.1萬平方千米的國家野生動物保護區。經過美國人的辛勤建設，本來一片荒涼的阿留申群島已呈現出一派繁榮景象：一座座新建的水產加工廠、一排排新建的碼頭、千噸級的現代化漁輪和萬噸級貨輪以及空中盤旋的飛機……體現了群島重要的軍事地位和巨大的經濟價值。

阿留申低壓是冬季位于阿留申群島地區的大范圍低氣壓中心，屬于前面提到的7個氣壓帶中北半球“副極地低氣壓帶”的一部分。阿留申低壓是由于海陸熱力性質差異而形成的。冬季，亞歐大陸比大洋冷卻快、氣溫低，形成西伯利亞高壓。副極地低氣壓帶被西伯利亞高壓切斷，只能待在海洋上，形成北太平洋上的阿留申低壓和北大西洋上的冰島低壓。

由于阿留申群島正處在東亞“高空大槽”的東邊，致使槽前的地面氣旋經常移到此處發展，導致低壓長期維持。冬季低壓中心氣壓可低到950百帕以下，幾乎和一般臺風中心的最低氣壓相似，其范圍擴及北太平洋的東西兩岸，南端可伸到副熱帶以北的洋面，是冬季西來氣旋的總匯。夏季，阿留申低壓幾乎消失。

阿留申低壓的強度及其位置的異常，對包括我國在內的北半球的天氣、氣候異常有重要影響。阿留申低壓中心東、西部的南北氣流的位置和強弱變化，直接影響著極地與溫帶太平洋之間的熱量交換，其中心南部西風氣流的強弱，會直接影響西風漂流的強度。

氣壓決定風云變幻

我們在天氣形勢預報中，常會聽到高壓、低壓、高壓脊、低壓槽等氣象名詞。假如某地區的氣壓比周圍地區的氣壓高，該地區就叫高氣壓地區；如果某地區的氣壓比周圍地區的氣壓低，這一地區就叫作低氣壓地區。這些名詞都是指的大氣壓在某一區域的分布類型，它們與天氣預報有密切的關系。

地球表面上的風、云、雨、雪等都與大氣運動有關系，造成大氣運動的動力就是氣壓分布的不平衡和氣壓分布的不斷變化。由于地球表面在太陽照射下受熱情況不同，各地的空氣溫度就有較大差別：溫度高的地方，空氣膨脹上升，空氣變得稀薄，氣壓就低；溫度低的地方，空氣收縮下沉、密度增大，氣壓就高。另外，大氣流動也是造成氣壓不平衡和經常變化的重要因素。這樣一來，在地理情況千差萬別的地球表面上空，就形成各種各樣的氣壓分布類型，如前面提到的7個氣壓帶；多種氣壓類型的組合就構成了一定的天氣形勢，決定著未來的風云變幻。

一定的氣壓類型往往導致一定的天氣現象出現。例如，在高氣壓控制的區域，由于低處的空氣不斷從高壓中心向外流散，上層空氣就要下沉填補。空氣在下沉過程中壓力增大、體積壓縮、溫度升高，原來空氣中的細小水珠就會蒸發消散，不利于云雨的形成。因此高壓中心附近地區常常天氣晴朗。在低氣壓控制區域，低層空氣從周圍流向低壓中心，使低層空氣堆積上升。空氣在上升過程中體積膨脹、溫度降低，空氣中的水汽凝結，容易形成云雨。所以低氣壓中心附近往往陰雨連綿。

當然，這些規律都不是絕對的，天氣和氣候的變化是受多種因素影響的。不過，氣象工作者只要掌握了大范圍內（一般包括整個歐亞大陸）的氣壓類型的分布，結合考慮其他一些因素，就可對本地區的風向、風力和晴雨等做出較為準確的預報。