王奉安

在有關(guān)天氣形勢的播報(bào)中，我們常常會(huì)聽到“冬季我國北方大部分地區(qū)被強(qiáng)大的西伯利亞高壓控制，北太平洋上形成強(qiáng)大的阿留申低壓中心”。這兩個(gè)對應(yīng)的氣壓中心是怎樣形成的？它們?yōu)槭裁磿?huì)成為冬季我國大氣舞臺(tái)的主角？除了這兩個(gè)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(dāng)人們談到某一件東西質(zhì)量很輕時(shí)，常會(huì)說：“它輕得和空氣一樣。”這種說法其實(shí)是習(xí)慣性的錯(cuò)誤。古希臘時(shí)，柏拉圖等一些哲學(xué)家就已經(jīng)假定空氣是有質(zhì)量的了，只不過他們并沒有找到令人信服的方法來證明?！翱諝鉀]有質(zhì)量”的錯(cuò)誤概念一直延續(xù)至l7世紀(jì)，直到伽利略做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)才將其推翻：用氣泵向一個(gè)大玻璃瓶子里打足氣，然后用天平稱重。當(dāng)天平平衡以后，再把瓶口打開，這樣，瓶子一側(cè)就變輕了；放砝碼那邊相對變重了。這是因?yàn)榇蜻M(jìn)去的空氣逸出一部分，瓶子減輕的質(zhì)量就是跑走的那部分空氣的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)足以說明，空氣不“空”，它是有質(zhì)量的。

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

經(jīng)過計(jì)算，一個(gè)普通房間里有幾十千克空氣，大的房間可達(dá)上百千克。北京首都體育館內(nèi)的空氣重達(dá)500噸。由此說來，空氣的質(zhì)量相當(dāng)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(gè)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?yōu)樯陡杏X不到這些大氣壓力呢？道理其實(shí)很簡單，因?yàn)槿梭w內(nèi)也有空氣，也受到同樣的大氣壓力，并且這個(gè)壓力和外面的大氣壓力一樣大，人體內(nèi)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(yīng)這樣大的大氣壓力。

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

一天，格里克讓兩名身強(qiáng)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(shù)，希望拉開銅球，一直增加到16匹馬對拉，才把兩個(gè)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?qū)嶒?yàn)。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(gè)定義：氣壓是作用在單位面積上的大氣的壓力，即在數(shù)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(zhǔn)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(qū)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(shí)跟著變化。風(fēng)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(fēng)帶。地球上分布有7個(gè)氣壓帶，是根據(jù)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(gè)氣壓帶中“極地高氣壓帶”和“副極地低氣壓帶”的成員。這7個(gè)氣壓帶分別是：

第一，赤道低氣壓帶。在赤道及其兩側(cè)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(gè)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?yàn)闅鉁仉S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(zhuǎn)向南北方向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，同時(shí)它們還受重力影響，氣流邊前進(jìn)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(gè)副熱帶高氣壓帶，屬于暖性高壓。

第三，副極地低氣壓帶。這個(gè)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(gè)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(qū)，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(gè)極地高氣壓帶，它是由熱力原因形成的冷高壓。

上述7個(gè)氣壓帶是在假設(shè)地球不自轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上形成的；可是，地球一直在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，因此，這7個(gè)氣壓帶的形成過程中就伴隨著空氣的運(yùn)動(dòng)?？諝膺\(yùn)動(dòng)的方向總是從高壓指向低壓。大氣在從高壓區(qū)流向低壓區(qū)的運(yùn)動(dòng)過程中，也隨著地球自西向東轉(zhuǎn)動(dòng)。這使得大氣還要受到一個(gè)由于地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的力的影響，這個(gè)力就是地球自轉(zhuǎn)偏向力，也叫科氏力，它在北半球總是使運(yùn)動(dòng)著的大氣向右偏斜，在南半球總是向左偏斜。這樣一來，風(fēng)的運(yùn)動(dòng)方向就不是直接由高壓指向低壓，而是在北半球發(fā)生了右偏，北風(fēng)變成了東北風(fēng)；南半球發(fā)生了左偏，南風(fēng)變成了東南風(fēng)。

西伯利亞地區(qū)和西伯利亞高壓

一提起“西伯利亞”，你一定會(huì)聯(lián)想到“寒冷”二字。西伯利亞是俄羅斯境內(nèi)北亞地區(qū)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(nèi)。

西伯利亞的氣候異常寒冷，北半球兩大“寒極”（上揚(yáng)斯克和奧伊米亞康）均位于此。在奧伊米亞康曾經(jīng)有過-71.2℃的低溫記錄，是現(xiàn)時(shí)人類居住的地點(diǎn)中所錄得的最低氣溫。在該地區(qū)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(huì)結(jié)冰。降水時(shí)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(gè)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?jié)u長，地面溫度和空氣溫度逐漸降低。西伯利亞地區(qū)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(dǎo)致該地區(qū)成為冷空氣的聚積地。因?yàn)槔淇諝獾拿芏却?，使這個(gè)地區(qū)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(qiáng)、覆蓋面最廣的高壓，是亞洲季風(fēng)環(huán)流的組成部分、冬季亞洲大陸大氣活動(dòng)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(shí)消失。受高壓控制的區(qū)域天氣晴朗、嚴(yán)寒。

西伯利亞高壓常常在高空氣流的引導(dǎo)下侵入我國。從秋季到冬季，影響的范圍自北向南逐漸擴(kuò)大。冬季，勢力強(qiáng)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?。晃覈募竞苌偈芷溆绊?。西伯利亞高壓從源地剛移出時(shí)速度較快，以后逐漸變慢。在山脈和丘陵地帶，其移動(dòng)較慢；在平原和海上移動(dòng)較快。我國氣象預(yù)報(bào)人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)西伯利亞高壓南下時(shí)，沿?？上群蟪霈F(xiàn)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(gè)小高壓接連東移入海，沿海受高壓后部天氣控制。這時(shí)，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(dòng)是冬春季天氣變化的主要特點(diǎn)。前后兩次冷鋒天氣的時(shí)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(gè)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(shù)是活火山。

阿留申群島四季溫差小，風(fēng)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(dòng)物保護(hù)區(qū)。經(jīng)過美國人的辛勤建設(shè)，本來一片荒涼的阿留申群島已呈現(xiàn)出一派繁榮景象：一座座新建的水產(chǎn)加工廠、一排排新建的碼頭、千噸級的現(xiàn)代化漁輪和萬噸級貨輪以及空中盤旋的飛機(jī)……體現(xiàn)了群島重要的軍事地位和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

阿留申低壓是冬季位于阿留申群島地區(qū)的大范圍低氣壓中心，屬于前面提到的7個(gè)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(zhì)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(jīng)常移到此處發(fā)展，導(dǎo)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(tái)風(fēng)中心的最低氣壓相似，其范圍擴(kuò)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(qiáng)度及其位置的異常，對包括我國在內(nèi)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(qiáng)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(fēng)氣流的強(qiáng)弱，會(huì)直接影響西風(fēng)漂流的強(qiáng)度。

氣壓決定風(fēng)云變幻

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

地球表面上的風(fēng)、云、雨、雪等都與大氣運(yùn)動(dòng)有關(guān)系，造成大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)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(dòng)也是造成氣壓不平衡和經(jīng)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(gè)氣壓帶；多種氣壓類型的組合就構(gòu)成了一定的天氣形勢，決定著未來的風(fēng)云變幻。

一定的氣壓類型往往導(dǎo)致一定的天氣現(xiàn)象出現(xiàn)。例如，在高氣壓控制的區(qū)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(bǔ)。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(xì)小水珠就會(huì)蒸發(fā)消散，不利于云雨的形成。因此高壓中心附近地區(qū)常常天氣晴朗。在低氣壓控制區(qū)域，低層空氣從周圍流向低壓中心，使低層空氣堆積上升?？諝庠谏仙^程中體積膨脹、溫度降低，空氣中的水汽凝結(jié)，容易形成云雨。所以低氣壓中心附近往往陰雨連綿。

當(dāng)然，這些規(guī)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(nèi)（一般包括整個(gè)歐亞大陸）的氣壓類型的分布，結(jié)合考慮其他一些因素，就可對本地區(qū)的風(fēng)向、風(fēng)力和晴雨等做出較為準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。