5 .1  厄尔尼诺现象

　　厄尔尼诺现象通常指太平洋海温异常升高，引起全球气候异常并造成鱼类大量死亡的现象。在一般情况下，热带西太平洋的表层水温较高，而东太平洋的海温较低。这种东、西太平洋之间海表温度梯度变化和信风一起，构成了海洋-大气耦合系统的准平衡态。每隔2-8年，这种准平衡态就要被打破一次，西太平洋的暖气流东移，使得整个太平洋水域的水温变暖，气候出现异常，其持续时间为一年或更长时间。厄尔尼诺在西班牙语中的意思是“圣婴”。该现象首先发生在南美洲的厄瓜多尔和秘鲁太平洋沿岸附近，多发生在圣诞节前后，因此得名。

　　厄尔尼诺现象发生时，位於西太平洋地区的国家如印尼和澳大利亚易出现旱灾，而南美沿岸国家如秘鲁、厄瓜多尔则有暴雨发生。厄尔尼诺是一种不规则重复出现的现象。一般而言，厄尔尼诺现象发生时，全球平均温度会升高。最近10年发生厄尔尼诺现象的频率加快，已造成近百年来平均温度最暖的三年都在1990年以后，其中1998年是1861年以来最暖的一年。

　　5 .2  拉尼娜现象

　　拉尼娜的字面意义是女孩，它也被称为反厄尔尼诺现象。拉尼娜是赤道附近东太平洋水温反常变化的一种现象，其特征恰好与厄尔尼诺相反，指的是洋面水温反常下降。拉尼娜与厄尔尼诺现象现在都成为预报全球气候异常的最强信号。

　　拉尼娜现象是由前一年出现的厄尔尼诺现象造成的庞大冷水区域在东太平洋浮出水面后形成的。它的典型特征是中、东太平洋赤道地区海表温度距平降至-0.5℃以下。因此，拉尼娜现象总是出现在厄尔尼诺现象之后。但是，并不是每次厄尔尼诺以后都会出现拉尼娜。，据统计，大约不足一半的厄尔尼诺年之后会出现拉尼娜现象。80年代以来，先后在1984-1985年、1988-1989年和1995-1996年出现过拉尼娜现象。

　　拉尼娜现象对气候的影响很难预测，因为它比厄尔尼诺现象更复杂，而且出现的次数又比厄尔尼诺现象少得多。但有一点可以肯定，它对气候正常变化会产生影响。不过，有关专家认为，拉尼娜现象对气候的影响不会有厄尔尼诺现象对气候的影响那样大。

　　5 .3  云的形成

　　人们的生活、国民经济的发展都会受到天气变化的影响，而天气的变化又总是与云紧密联系的。细心的人都有过这样的经验：天空云量增加，云层降低，天气可能会转坏；相反，云量减少，云层升高可能是天气好转的预兆。可是你知道云是怎么形成的吗？天上那些姿态万千的云彩又预示着会发生什么样的天气过程呢？下面让我们一起来揭开这些秘密吧。

　　云的成因和成分

　　人们常常看到天空有时碧空无云，有时白云朵朵，有时又是乌云密布。为什么天上有时有云，有时又没有云呢?云究竟是怎样形成的呢?它又是由有什么组成的？

　　漂浮在天空中的云彩是由许多细小的水滴或冰晶组成的，有的是由小水滴或小冰晶混合在一起组成的。有时也包含一些较大的雨滴及冰、雪粒，云的底部不接触地面，并有一定厚度。

　　云的形成主要是由水汽凝结造成的。

　　我们都知道，从地面向上十几公里这层大气中，越靠近地面，温度越高，空气也越稠密；越往高空，温度越低，空气也越稀薄。

　　另一方面，江河湖海的水面，以及土壤和动、植物的水分，随时蒸发到空中变成水汽。水汽进入大气后，成云致雨，或凝聚为霜露，然后又返回地面，渗入土壤或流入江河湖海。以后又再蒸发(升华)，再凝结(凝华)下降。周而复始，循环不已。

　　水汽从蒸发表面进入低层大气后，这里的温度高，所容纳的水汽较多，如果这些湿热的空气被抬升，温度就会逐渐降低，到了一定高度，空气中的水汽就会达到饱和。如果空气继续被抬升，就会有多余的水汽析出。如果那里的温度高于0°C，则多余的水汽就凝结成小水滴；如果温度低于0°C，则多余的水汽就凝化为小冰晶。在这些小水滴和小冰晶逐渐增多并达到人眼能辨认的程度时，就是云了。

　　5 .4  雨的形成

　　我们已经知道，云是由许多小水滴和小冰晶组成的，雨滴和雪花就是由它们增长变大而成的。那么，小水滴和小冰晶在云内是怎样增长变大的呢?

　　在水云中，云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大的。因此，在水云里，云滴要增大到雨滴的大小，首先需要云很厚，云滴浓密，含水量多，这样，它才能继续凝结增长；其次，在水云内还需要存在较强的垂直运动，这样才能增加多次碰撞并合的机会。而在比较薄的和比较稳定的水云中，云滴没有足够的凝结和并合增长的机会，只能引起多云、阴天，不大会下雨。

　　在各种不同的云内，其云滴大小的分布是各不相同的，造成云滴大小不均的原因就是周围空气中水汽的转移以及云滴的蒸发。使云滴增长的因素是凝结过程和碰撞并和过程，在只有凝结作用的情况下，云滴的大小是均匀的，但由于水汽的补充，使某些云滴有所增长，再加上并和作用的结果，就使较大的云滴继续增长变大成为雨滴。雨滴受地心引力的作用而下降，当有上升气流时，就会有一个向上的力加在雨滴上，使其下降的速度变慢，并且一些小雨滴还可能被带上去。只有当雨滴增大到一定的程度时，才能下降到地面，形成降雨。

　　5 .5  天气变化的原因

　　一个地方的天气变化，是由于其中一个个移动的大大小小的系统（高压、低压等）引起的，这些系统称为天气系统。气象卫星观测资料表明，大大小小的天气系统是相互交织、相互作用着、在大气运动过程中演变着。最大的天气系统范围可达2,000公里以上，最小的还不到1公里。尺度越大的系统，生命史越长；尺度越小的系统，生命史越短，较小系统往往是在较大尺度系统的孕育下形成、发展起来的，而较小系统的发展、壮大以后，又给较大系统以反作用，彼此相互联系，相互制约，关系错综复杂。

　　各类天气系统，都是在一定地理环境中形成、发展和演变着，都具有一定地理环境的特性。比如极地和高纬地区，终年严寒、干燥。这一环境特性成为极地和高纬地区的高空极涡、低槽和低空冷高压系统形成、发展的必要条件。赤道和低纬地区，终年高温、潮湿，大气处于不稳定状态，是对流天气系统形成、发展的重要基础。中纬度处于冷暖气流交汇地带，不仅冷、暖气团频繁交替，而且锋面、气旋系统得以形成、发展。天气系统的形成、活动，反过来又会给地理环境以影响。因而，认识和掌握天气系统的结构、组成、运动变化规律以及同地理环境间的相互关系，了解气候的形成、变化和预测地理环境的演变都是十分重要的。

　　5 .6  寒潮的概念

　　大气中冷高压的活动相当频繁，就东亚地区来说，大约每3-5天就有一次。但是冷高压的强度在不同季节相差很大，夏季一般强度很弱，地面团上冷高压中心气压值仅有1010-1020毫巴，冬季强度可达1060一1070毫巴，甚至有的在1070毫巴以上。强烈的冷高压活动带来强冷空气侵袭，如同寒冷的潮流滚滚而来，给我国广大地区带来剧烈降温、霜冻、大风等等灾害性天气。这种大范围的强烈的冷空气活动，称为寒潮。寒潮天气过程是一种大规模的强冷空气活动过程，它能导致河港封冻、交通中断；牲畜和早春晚秋作物受冻，但它也有利于小麦灭虫越冬，盐业制卤等。

　　我国中央气象台规定，由于冷空气的侵入使气温在24小时内下降10℃以上，最低气温降至5℃以下，作为发布寒潮警报的标准。但实际上，这个标准太高，尤其在南方，有时虽然24小时内气温下降10℃以上，而最低气温降至5℃以下，也会对农作物造成很大危害，但这个规定并未说明气温下降10℃的范围大小。为此中央气象台又对上述标准作了补充规定：长江中下游及其以北地区48小时内降温10℃以上，长江中下游最低气温Tmin≤4℃，陆上三个大区有5级以上大风，渤海、黄海、东海先后有7级以上大风，作为寒潮警报标准。如果上述区域48小时内降温达14℃，其余同上时，则作为强寒潮警报标准。

　　5 .7  冷空气的源地和路径

　　影响我国的冷空气的源地：第一个是在新地岛以西的洋面上，冷空气经巴伦支海、俄罗斯欧洲进入我国。它出现的次数最多，达到寒潮强度的也最多；第二个是在新地岛以东的洋面上，冷空气大多数经喀拉海、太梅尔半岛、俄罗斯进入我国。它出现的次数虽少，但是气温低，可达到寒潮强度；第三个是在冰岛以南的洋面上，冷空气经俄罗斯欧洲南部或地中海、黑海、里海进入我国。它出现的次数较多，但是温度不很低，一般达不到寒潮强度，但如果与其它源地的冷空气汇合后也可达到寒潮强度。

　　冷空气从关键区入侵我国有四条路径：

　　(一)西北路(中路)冷空气从关键区经蒙古到达我国河套附近南下，直达长江中下游及江南地区。循这条路径下来的冷空气，在长江以北地区所产生的寒潮天气以偏北大风和降温为主，到江南以后，则因南支锋区波动活跃可能发展伴有雨雪天气。

　　(二)东路冷空气从关键区经蒙古到我国华北北部，在冷空气主力继续东移的同时，低空的冷空气折向西南，经渤海侵入华北，再从黄河下游向南可达两湖盆地。循这条路径下来的冷空气，常使渤海、黄海、黄河下游及长江下游出现东北大风，华北、华东出现回流，气温较低，并有连阴雨雪天气。

　　(三)西路冷空气从关键区经新疆、青海、西藏高原东南侧南下，对我国西北、西南及江南各地区影响较大，但降温幅度不大，不过当南支锋区波动与北支锋区波动同位相而叠加时，亦可以造成明显的降温。

　　(四)东路加西路东路冷空气从河套下游南下，西路冷空气从青海东南下，两股冷空气常在黄土高原东侧，黄河、长江之间汇合，汇合时造成大范围的雨雪天气，接着两股冷空气合并南下，出现大风和明显降温。

　　5 .8  寒潮活动的一般概况

　　我国冬半年的全国性寒潮平均每年约有3-4次，还有约2次仅影响长江以北的北方寒潮或仅影响长江以南的南方寒潮。但各年之间差异很大，全国性寒潮多者达五次，少者一次也没有。但是一般强度的冷空气则活动十分频繁，冬半年平均每3-4天就有一次冷空气活动。

　　寒潮活动的年变化也很明显。3-4月是寒潮活动额数的最高峰，11月是次峰。这是因为春秋两季是过渡季节，西风带环流处于转换期内，调整和变动都很剧烈，特别是春天，低层比高层增暖大得多，有助于地面低压强烈发展，从而促使风力增强，温度变化也剧烈。隆冬季节，虽然冷空气供应充足，活动频繁，但是天气形势变化较小，因而南下的冷空气往往达不到寒潮的强度。

　　全国性寒潮一船于9月下旬开始活动，一直到第二年5月才结束。每一次寒潮从爆发到结束(移出我国)，约需要3-4天，但也有一些寒潮，待冷锋过后，北方又有一股更冷的冷空气补充南下，气温持续下降，这样总的历时可达7-10天。

　　寒潮冷空气堆的厚度可达7-8公里，向东南或南方爆发时，冷空气堆就以扇形向东南或南方扩展。

　　寒潮是大规模的强冷空气活动，因而寒潮侵袭时，引起流经地区剧烈降温、大风和降水天气现象。在不同季节、不同地区寒潮天气也有不同。冬半年，寒潮天气的突出表现是大风和降温。大风出现在寒潮冷锋之后，风速一般可达5-7级，海上可达6-8级，有时短时出现12级大风，大风持续时间多在1-2天。大风强度以我国西北、内蒙古地区为最强，在我国北方为西北风，中部为偏北风，南方为东北风。

　　寒潮冷锋过境后，气温猛烈下降，降温可持续1天到几天。西北、华北地区降温较多，中部、南部由于冷空气南移变性，降温有所减少。降温还可引起霜冻、结冰。

　　降水主要产生在寒潮冷锋附近。在我国淮河以北，由于空气比较干燥，很少降水，有时偶有降雪。淮河以南，暖空气比较活跃，含有水分较多，降水机会增多，尤其当冷锋速度减慢或在长江以南准静止时，能产生大范围的时间较长的降水。春、秋季时，寒潮天气除大风和降温外，北方常有扬沙、沙暴现象，降水机会也较冬季增多。

　　5 .9  河水是如何结冰的

　　我们在课本上学到，当温度降到0℃时水就会变成冰。但实际情况并非如此简单。一方面自然界中的水不是纯净的水，里面溶解了很多物质，水的凝固点降低，水需在0℃以下才能冻结；另一方面，当温度刚好由零度以上降到0℃时，水是不会结冻的，因为结冰时放出的潜热很大，如果正好是冰点，刚生成的冰晶又会很快融化掉。所以，一般温度在零度以下河水才出现冻结现象。

　　静水结冰需要较甚的过冷，实验室里曾经记录到蒸馏水过冷到-20℃还不见冰晶出现的数据。一般静水冷却到4℃后，水面继续降温，仅能使表层发生冷却，底层在较长时间里还是维持在4℃的温度，所以静水冻结是从水面开始的。

　　初冬时节河流淌凌是河流开始结冰的最初阶段。河水是汹涌流动的，流水结冰过程与静水很不相同。流水由于处在流动状态，紊流扰动强，不仅表层冷却迅速，就是底层也同时降温，水面和水内几乎可以同时结冰。大多数研究者认为，河流结冰是同时在水面和水中发生的。理由是河流混合作用强，在结冰前河水上下都能达到大体相同的温度，只要有结晶核，就可以在任何地方开始结冰。底冰的存在证明了这种理论的可能性。

　　河流封冻有二种情况。一种是从岸边开始，先结成岸冰，向河心发展，逐渐汇合成冰桥，冰桥宽度扩展，使整个河面全被封冻。还有一种是流冰在河流狭窄或浅滩处形成冰坝后，冰块相互之间和冰块与河岸之间迅速冻结起来，并逆流向上扩展，使整个河面封冻。