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暴雪催化剂——大湖效应

 hjh2004 2021-01-11

烟台暴雪

“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)从中得到水蒸气和热量,然后在向风的湖岸形成降水、降雪、雾气等现象。在我国,类似的效应通常被称作冷流降雪

冷流云涌入我国黄渤海海域

通俗来说,冬季北半球气温降低,大湖的湖水可能不会完全结冰,此时的湖水相较于空气较为温暖,当冷空气在经过湖面时,从中得到了水蒸气和热量,到达大湖对岸陆地后,气温迅速降低,空气承载不了过多水分,形成雪降下来。大湖产生的“大湖效应”发挥了催化剂的作用,促使了暴雪的形成。美国东北部五大湖岸的降雪最为著名。大湖效应在相对温暖地区的冬季会带来降水而非降雪,如伊朗里海沿岸的安扎利港

“大湖效应”降雪示意图

“大湖效应”降雪条件

“大湖效应”形成降雪需要以下特殊条件:足够开阔的水面。水域面积越大,空气经过的距离越大,产生的对流作用也就越大;未结冰的水面。如果水面结冰,通过的空气就不能吸收水分,“大湖效应”随即停止;水陆温差大。温差越大,冷空气从水面吸收的水分就越多;微风。如果风力太强,则不利于水分进入经过的冷空气。

五大湖“大湖效应”降雪与冬季风风向

除此之外,社会经济因素也会加剧“大湖效应”降雪。以五大湖为例,五大湖沿岸的城市群加剧了暴雪的形成:城市热岛效应。由于城市热岛效应,使冷空气在城市上空被加热,加剧了空气中的冷热对比,促进暴雪的形成;工业基地。五大湖地区是世界主要的钢铁制造中心之一。像钢铁厂这样的工业向大气中释放粒子,充当成冰核助长暴风雪;汽车尾气。五大湖地区人口稠密,汽车保有量大,汽车尾气中的铅与空气中的天然碘结合,形成铅碘化合物,使冰晶的生长成为可能。

美国十一大主要都会区

“大湖效应”降雪过程

下面将具体解释冷空气与相对温暖的水体如何相互作用,产生“大湖效应”降雪。

低于冰点的冷空气穿过温暖的水面。一部分水分蒸发到冷空气中,冷空气变暖并吸收水分,变得更加潮湿当冷空气变暖时,它的密度变小,开始上升随着冷空气上升,温度开始下降当冷空气在水面上移动一段距离时,冷空气内部的水分就会凝结并形成,可能会降雪。当冷空气移动到岸边时,由于摩擦力增加,空气由于在陆地上比在水上移动的慢,便开始“堆积”,从而导致冷空气进一步提升。相对于水面,陆地的海拔相对要高,也会迫使冷空气上升,造成冷空气进一步冷却,促进云的形成和更大的降雪。最后水汽以大雪的形式降落。

日本海沿岸1月积雪平均覆盖度
五大湖“大湖效应”降雪
随着秋天的到来,五大湖区逐渐变冷,但直到冬季也不会完全封冻。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,极地气团南下到北美大陆上空,当气团经过五大湖湖面时,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,水汽进入冷气团。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,云开始形成,并随气流向东漂移。经过五大湖湖面,大气再次来到寒冷的北美大陆上空,与地面的接触减慢了大气的移动速度,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。
五大湖周围厚度150厘米以上雪带分布
“大湖效应”降雪分布地区
“大湖效应”降雪可以发生在任何条件合适的地方,但就世界范围来看,有三个地方最为典型:北美五大湖地区、哈德逊湾东岸、日本本州岛和北海道的西海岸。在我国山东半岛北部也会有“大湖效应”降雪,但是比以上三个地区都要弱。冬季,来自西伯利亚的冷空气经过相对温暖潮湿的海面抵达山东半岛北部,在山东半岛丘陵地形抬升的作用下,使其北部沿海降雪加强,引发暴风雪,山东半岛北部素有“雪窝子”的称呼。
山东省平均降雪日统计(1951-1980年)
类似的情形在其他湖泊也会发生,如里海、美国大盐湖、我国的青海湖和赛里木湖
里海上空的云层

参考资料:
暴雪催化剂——大湖效应.CCTV-13.
Lake-effect snow.weatheronline.co.uk.
Teaching Great Lakes Science: Lake Effect Snow.
www.michiganseagrant.org/lessons/lessons/by-broad-concept/earth-science/lake-effect-snow/.
What Is Lake Effect Snow? www.thoughtco.com/lake-effect-snow-3444384.

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