中南阿拉斯加大气环流模式分析

大卫·卡尔·施耐德著;戴长雷，杨朝晖译

(1.阿拉斯加大学安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508;2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，

黑龙江 哈尔滨 150080；3.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)



中南阿拉斯加大气环流模式分析

大卫·卡尔·施耐德1著;戴长雷2,3，杨朝晖1译

(1.阿拉斯加大学安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508;2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，

黑龙江 哈尔滨 150080；3.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

摘要：大气的循环是影响地貌景观的重要系统，通过研究该系统及和其他系统的相互作用，有助于弄清楚中南阿拉斯加的地貌成因。在梳理全球大气环流模式的基础上，对阿拉斯加中南部地区的大气环流模式特征进行了分析。指出副极地低压带和极地高压带是影响阿拉斯加的两个主要的气压带。极地高压系统直到春季都统治着阿拉斯加的内陆地区，内陆地区因此要经历炎热的夏季和寒冷的冬季，当阿留申低压抵达时，如果极地高压北退，中南阿拉斯加就会出现稍微温暖一些且多雪的天气。夏末的时候夏威夷高压取代阿留申低压，夏威夷高压除了能给中南阿拉斯加带来炎热的天气之外，还会给夏季的后半段带来更多的降雨。

关键词：大气环流模式；副极地低压带；极地高压带；地貌景观；中南阿拉斯加

本文是在大卫·卡尔·施耐德教授所著的《中南阿拉斯加自然地理探索》(云杉地理学出版社，2013)汉译稿的基础上节选修订而成的。

大卫·卡尔·施耐德出生成长于阿拉斯加州安克雷奇市，硕士毕业于威斯康星大学麦迪逊分校地理系，在阿拉斯加大学安克雷奇分校讲授自然地理学与人文地理学课程的同时长年从事地理信息系统相关领域的工作，《中南阿拉斯加自然地理探索》是同领域集学术性与趣味性于一体的著作，为关心和从事相关工作的人员提供了许多重要的参考信息。

本文节选的内容主要为关于阿拉斯加大气环流模式相关的分析与论述，可供想了解阿拉斯加气候气象特征的中国同行参鉴。

1大气环流模式背景分析

如果没有对全球大气环流模式的必要认知，就很难弄懂阿拉斯加的天气模式。空气团并不是完全随机地在全球乱窜。实际上，全球的天气系统是有一些规律的，如果能从一个较大的尺度来观察的话，这些规律也并不复杂。既然太阳的热能是空气环流的首要驱动力，那么就从全球接受太阳热量最多的赤道地区开始关于大气环流模式的探讨。

1.1赤道低压

与大家通常认为的不一样的是，空气极少会直接接受太阳光的热量。空气热量的绝大部分来自于地面的红外辐射。当太阳光持续地直射到赤道地区时，它会加热当地的土壤。土壤在吸收太阳热量的同时会释放出红外辐射，这种红外辐射会使离地面最近的空气变热。由于热的空气能比冷的空气持有更多的水分，所以，随着空气受热变暖，它会通过蒸发等方式获取更多的水分并保持在自身之中。同时，还由于热气团的密度比冷气团的密度低，所以，这些变暖且增持水分后的气团就会上升[1]。

热气团上升后，它会基于下述两个原因而开始冷却下来。第一，它迅速离开了地表热源。第二，由于上方空气稀薄，上升后的气团就会扩散，而当气团扩散时，它就会变凉。由于冷气团不能像热气团那样持有那么多的水汽量，所以水汽会从冷却后的空气中释放出来。如果释放出的水汽较少，就会凝结成云朵。如果释放出的水汽较多，则会凝结成水滴以雨或者雪的形式降落下来。

空气的持续上升也会导致地表气压的降低。正常情况下，空气会在重力的作用下重新沉降到地表，并使地表维持一个19 P/in2平均气压。但实际情况是，由于赤道地区持续接受到太阳稳定的辐射，所以当地地表的空气一直上升而没再沉降下来，并造成当地气压较平均气压低。环绕全球的这一低压区就是所谓的赤道低压带。在持续上升并冷却的湿润空气的作用下，赤道低压带雨量丰沛，南美洲、非洲、印度尼西亚等地的世界上大型热带雨林都位于这一地带[2]。

1.2副热带高压

赤道地区的空气不断地失掉水分并升高到高空大气中。它们会渐渐冷却，空气密度会渐渐变大，并通常在南北纬30°的地方重新开始沉降到地面上来。在这些干燥空气沉降的过程中，当它们向地表接近时，会被红外辐射再次加热。我们知道，热空气比冷空气能保持更多的水分，所以，这些下沉的气团会从它们所遇到的任何物体上获取水汽。正基于此，我们可以看到，副热带高压作用下的全球南北纬30°左右的地区有许多沙漠。诸如索诺兰沙漠、撒哈拉沙漠、澳大利亚大沙漠、喀拉哈里沙漠等多数世界著名的大沙漠都位于这一地带[2]。

这些干热的空气在到达地表之后，可能向极地方向流动，也可能向赤道方向流动。赤道低压像一个世界级别的吸尘器一样，将副热带高压区的部分空气吸向赤道地区。信风就这样形成了，它们在北半球自东北方向吹向赤道，在南半球自西南方向吹向赤道。

1.3副极地低压

那些自副热带高压带向极地方向流动的空气，由于接近地表，会再次变暖并升上高空，以45°~60°纬度的地区为中心，形成副极地低压区。副极地低压区温暖多雨，孕育出一些世界上最好的农业区，比如美国中西部农业区、欧洲北部农业区、南美洲南部农业区、以及中国东部农业区等[3]。

在副极地低压的吸引下，副热带高压区的部分空气，自副热带高压区流向副极地低压区，并形成了自西向东吹的西风带。

1.4极地高压

当副极地低压的空气上升且失水后，它们或者沉降回流到副热带高压区，或者以更寒冷更干燥的空气形式沉降流向两极地区。尽管随着季节的不同，极地高压区自两极向外拓展的范围会有所变化，但是，位于很高纬度地区的南北极地荒漠区一直几乎没有任何降水。在这种极地荒漠区存在冰雪的唯一原因就是，那里确实偶尔会出现难得一见的降雪，而极低的气温又会使这些不能被融化的降雪一点一点累积起来。

由极地高压区流向副极地低压区的空气自东向西吹，形成极地东风[4]。信风、西风、极地东风没有直接南北向吹，而是以东北-西南方向或者西北-东南方向吹拂，是一种被称为科里奥利效应的复杂现象。一切运动的物体都有保持自身方向的惯性(牛顿第二定律)。同理，对于南北方向运动着的气团来说，它们也有保持自身方向的惯性。但是，如果站在自西向东不停自转的地球表面，地面之上的气团相对于地球的运动方向，就会由南北方向发生变化。对于由两极向赤道方向运动的物体，在北半球看起来向右偏，在南半球看起来向左偏，如图1所示。

在地球表面和大气层中水平/垂向环流的冷暖气流借助大气将热量带到阿拉斯加。在气团南北流动的大格局之下，中南阿拉斯加常因太平洋暖气流而保持温和。图1　大气环流示意图

2阿拉斯加中南部地区的高压和低压

同地球上的其他地方一样，阿拉斯加也深受高压带和低压带之间持续不断的相对运动的影响。塑造天气状况的正是这些暖气团和冷气团、干气团和湿气团之间不停的交互作用。副极地低压带和极地高压带是影响阿拉斯加的两个主要的气压带。

图2—图5标示了一年中的4个月份里正常情况下的气象特征。当然，这仅仅是通常情况下气象特征的示意。实际情况下，气象特征可能一日与另一日之间差异巨大，也可能在某些年与图示特征完全不同。这4张图(图2—图5)可以更好地说明，当阿拉斯加因季节的更替而发生冷热变化时，所在区域的高压系统和低压系统是如何发育形成及相互作用的。

来自东亚的暖流在北太平洋阿留申群岛附近与来自北冰洋的寒流相遇。东亚暖流使上覆空气变暖并上升到与北冰洋寒流相伴的冷空气之上。这些上升的气团促成了阿留申低压，一个持续给阿留申群岛带来毛毛细雨的半永久型低压系统。西风将阿留申低压系统向东推移，所形成的风暴给阿拉斯加南部地区以及北美洲的其他地方带来大量降水。

极地高压系统直到春季都统治着阿拉斯加和加拿大的内陆地区。这是由于大陆内部干燥的空气比沿海地区湿润的空气在冷热变化方面要迅速得多的缘故。内陆地区因此要经历炎热的夏季和寒冷的冬季，而沿海地区冬夏季气温变化要温和得多。冬天的时候，南侵到中南阿拉斯加的极地高压经常带来寒冷晴朗的天气。当阿留申低压抵达时，如果极地高压北退，中南阿拉斯加就会出现稍微温暖一些且多雪的天气。四月份和五月份成为中南阿拉斯加一年中最为干燥的月份，主要有下述两个原因。首先，冬季的时候，不断拓展的高压气团将低压气团向南排挤，使阿拉斯加州的大部分地区都处于高压气团的笼罩之下。其次，四、五月份是大洋水体一年中最凉的时候，降水所需的水分不能从洋面蒸发获取。

北冰洋冷气团使阿拉斯加内陆地区变冷，并将温暖湿润的气团排挤出阿拉斯加大陆。期间以晴朗寒冷的天气为主导。当极地高压变弱而阿留申低压向前推进的时候会有暴风雪。气压等势线越密，从高压区吹向低压区的风力越强劲。图2　阿拉斯加二月份气压系统态势图

尽管北太平洋水体开始变暖，极地高压系统开始变弱，但阿拉斯加的大部分地区仍在高压笼罩之下。压差较小使得阿拉斯加大部分地区少风少雪，阳光明媚。图3　阿拉斯加五月份气压系统态势图

已经变暖的阿拉斯加内陆地区与阿留申地区的气压等同起来。局部阵雨时有发生。层积云也很常见。潜伏在南的夏威夷高压偶有北进。图4　阿拉斯加八月份气压系统态势图

阿留申低压给中南阿拉斯加带来了多雨(雪)的天气。内陆地区的高压还没有强大到可以将这种雨(雪)天气赶走的程度。锋面降水很常见，从阿拉斯加人的冷暖标准来看，气温不算太冷。图5　阿拉斯加十一月份气压系统态势图

尽管阿留申低压在冬季的大部分时候是存在的，但是在夏末的时候它会变弱并在中南阿拉斯加消失。取代阿留申低压的是由主导北太平洋的副热带高压的北缘演化而来的夏威夷高压。夏威夷高压除了能给中南阿拉斯加带来炎热的天气之外，还会给夏季的后半段带来更多的降雨。

中南阿拉斯加夏季的后期之所以能有更多的降雨，原因之一就在于，那个时段极地高压在内陆地区完全消失，海洋湿气可以乘势向东吹过整个阿拉斯加。原因之二在于，初秋是海洋水体一年中最为温暖的时候，轻易就能从洋面上蒸发的水汽促成了更多降水的发生[5]。

3结论

副极地低压带和极地高压带是影响阿拉斯加的两个主要的气压带。极地高压系统直到春季都统治着阿拉斯加的内陆地区，内陆地区因此要经历炎热的夏季和寒冷的冬季，当阿留申低压抵达时，如果极地高压北退，中南阿拉斯加就会出现稍微温暖一些且多雪的天气。夏末的时候夏威夷高压取代阿留申低压，夏威夷高压除了能给中南阿拉斯加带来炎热的天气之外，还会给夏季的后半段带来更多的降雨。

致谢

本文的翻译整理工作主要由黑龙江大学寒区地下水研究所的戴长雷、美国阿拉斯加大学的杨朝晖完成，黑龙江大学寒区地下水研究所的学生王思聪、赵伟静在文稿修订过程中付出了心力，谨致谢意。

本译稿的出版得到了中科院寒旱所冻土工程国家重点实验室开放基金项目“冻结土壤孔隙特征对冻土层渗透系数的影响研究(NO.SKLFSE201310)”、国家自然科学基金青年基金项目“寒区地下冻土层水理性质及其对融雪水入渗的影响机理研究(NO.1202171)”和黑龙江省水文局项目“寒区春季产流时冻土背景下融雪水入渗机理试验与分析((NO.2014230101000411)”的支持，特此致谢。

参考文献：

[1]Western Regional Climate Center. Alaska Climate Summaries[EB/OL]. http://www.wrcc.dri.edu/summary/climsmak.html.

[2]Green, Jim. Alaska Cloud and Weather Field Guide[M]. Anchorage:Williwaw Publishing Co,2000.

[3]Mann, Daniel H., Crowell, et al. Holocene Geologic and Climatic History around the Gulf of Alaska[J]. Arctic Anthropology, 1998,35(1): 112-131.

[4]Crowell, Aron L. and Mann, Daniel H. Archaeology and Coastal Dynamics of Kenai Fjords National Park, Alaska[R]. Anchorage: Alaska Support Office, 1998.

[5]Ager, Thomas A. Holocene Vegetation History of the Northern Kena Mountains[R]. Washington: Geological Survey Professional Paper,1999.

Analysis of atmospheric circulation pattern in southcentral Alaska

Written by David K.Snyder1;Translated by DAI Changlei2,3,YANG Zhaohui1

(1.theUniversityofAlaska-Anchorage,Anchorage99508,USA;2.InstituteofGroundwaterinColdRegion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Abstract：The atmospheric circulation is one of the important systems affecting the geomorphologic landscape.It helps to understand the morophogenesis in Southcentral Alaska through the study of the system itself and interaction with other systems.This paper analyzes the atmospheric circulation patterns’ characteristics in Southcentral Alaska on the basis of combing the global atmospheric circulation patterns.The Subpolar Low and the Polar High are Alaska’s two main pressure belts.Polar high system affects Alaska’s inland areas until spring,where goes through hot summer and cold winter.When the Aleutian Low arrives,Southcentral Alaska will appear a little warmer and a more snowy weather if the Polar High moves to the north.The Hawaiian High replaces the Aleutian Low in late summer.Not only the Hawaiian High can bring hot weather to Southcentral Alaska,but also it will bring more rainfall to the second half of the summer.

Key words：atmospheric circulation pattern;the Subpolar Low;the Polar High;geomorphologic landscape;Southcentral Alaska

中图分类号：P448

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)01-0019-06

作者简介：大卫·卡尔·施耐德(1969-)，男，美国阿拉斯加州安克雷奇市人，助理教授，主要从事自然地理及地理信息系统方向的科研和教学工作。