編者按：地形對氣候的影響，是極其顯著的。僅以降雨而言，地形不僅以海拔高度、坡向等一般規(guī)律影響降水，而且還可通過天氣系統(tǒng)的移動，局地性天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展和消亡來影響降水，出現(xiàn)風格迥異的地形降水分布。
地形，如何“重塑”一場雨？我國又有哪些受地形影響的多雨地區(qū)？本期科普看臺，帶你深入了解。
本版策劃 ：
文科?苗艷麗
專家顧問 ：
中國氣象科學研究院研究員?孫繼松?
中國氣象科學研究院研究員?陳昊明
因何觸發(fā)？地形降水形成之多樣性
從巍峨挺拔的山脈到廣袤無垠的平原，從深邃幽暗的峽谷到波光粼粼的湖泊，形態(tài)各異的地形不僅塑造了美輪美奐的景觀，更是影響大氣環(huán)流與降水分布的重要“推手”。
首先需要明確的是，地形對降水的觸發(fā)過程并不是只有一種機制在起作用，氣象上通常將其作動力機制和熱力機制區(qū)分。在動力影響機制下，三種常見的典型地形降水為：迎風坡降水、山前平原降水，以及翻山或繞流降水。
簡單來說，迎風坡降水就是暖濕氣流遇到山脈抬升，進而成云致雨的現(xiàn)象。進一步解釋，就是當穩(wěn)定持續(xù)的暖濕氣流遇到山脈，受到阻擋，暖濕氣流隨地形被迫抬升，空氣溫度下降，導致水汽凝結(jié)成云，進而形成降水。這一過程在山脈的迎風坡尤為顯著，因為暖濕氣流在山前的抬升凝結(jié)易形成云層并導致降水。
迎風坡地形降水示意動畫
中國氣象局氣象宣傳與科普中心 （中國氣象報社）氣象媒體融合創(chuàng)新團隊制圖
我們熟知的喇叭口地形降水，便喜歡與這一動力影響機制相“結(jié)合”。喇叭口地形，通常是指逐漸收緊的河谷地形。當多股氣流進入喇叭口地形時，氣流一方面在此會迅速產(chǎn)生匯流輻合效應，另一方面匯合的氣流又沿著地形形成較強的爬升氣流。若暖濕氣流持續(xù)輸送至喇叭口狹管地形中，此處便容易產(chǎn)生強降水。
喇叭口地形降水示意動畫
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山前平原降水則是，當氣流通過山脈，有時并不會嚴格沿著地形的起伏前進，反而會受地形阻塞和地面摩擦影響，形成風速很小或者靜風區(qū)域。這一區(qū)域會產(chǎn)生類似于氣墊的作用，使得山前較遠距離處氣流還未到山跟前，便開始不同程度地上升。當氣流足夠濕潤，且具有不穩(wěn)定層結(jié)等其他有利條件時，就會在山前出現(xiàn)云量增加或降水現(xiàn)象。
山前平原降水示意動畫
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此外，氣流受到山脈屏障阻擋，在水平或垂直方向也會產(chǎn)生局部逆流，在逆流與大尺度氣流間又可能形成局地輻合線。只要氣流足夠濕潤，輻合強度足夠大，也會在山前引起降水。
翻山或繞流降水，則主要表現(xiàn)為強降水中心在山后，山前降水反而不強。這常與氣流的穩(wěn)定度有關。如果氣流相對穩(wěn)定，當遇到山巒起伏時，會直接翻山而過，并在山后產(chǎn)生背風重力波，進而下沉，在一段時間后又繼續(xù)上升。同時，氣流的強度也決定了迎風坡的動力屬性，如果氣流相對較弱，在面對尺度較大的高山時，可能無法翻越地形，便會出現(xiàn)繞山而行的情況。如青藏高原長期出現(xiàn)的南北兩支繞流，正是因為高原高大地形的影響。
繞流降水示意動畫
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除了上述動力機制影響降水外，熱力機制也會影響降水。以山谷風為例，白天，山坡上近地面空氣與同一高度山谷中的空氣相比，增溫多，于是山坡上暖空氣不斷上升，并在上層由山坡流向山谷，谷底的空氣則沿山坡向山頂補充，這樣便在山坡和山谷間形成了一個熱力環(huán)流，下層風由谷底吹向山坡，成為谷風。上坡風使得暖濕的空氣上升并在山頂或山后形成云層從而導致降水。夜間，山坡上的空氣受山坡輻射冷卻影響，空氣降溫多，而谷底上空同高度空氣由于離地面較遠，降溫較少。山坡上的較冷空氣密度大，順山坡流入谷底，形成山風。山區(qū)空氣下沉、平原空氣上升形成溫度梯度，通過大氣熱成風作用，增強低空急流，進而有利于谷地夜雨的產(chǎn)生。
差異如何？地形降水分布之復雜性
不同的地形會造成降水分布差異，這聽起來似乎很簡單，但實際上卻是一個極其復雜的過程。地形本身特征、所處緯度位置、多地貌之間的嵌套等都會對降水產(chǎn)生深遠影響，因此，實際的地形降水往往比理論模型更為復雜。
我國地形分布示意圖
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當?shù)匦蜗鄬π∏夜铝r，會影響其周邊局地降水的分布；而當?shù)匦纬叨群艽髸r，則會改變更大范圍的天氣系統(tǒng)背景。青藏高原是典型的大尺度地形，它直接影響了整個緯度帶上全球降水的分布。例如冬天時，青藏高原作為冷源，其南側(cè)的溫度梯度加強，導致南支的西風急流加強，在我國的昆明、貴陽與南下的冷空氣相遇，形成昆明準靜止鋒，進而使得四川、云南、貴州一帶更容易出現(xiàn)降水。
昆明準靜止鋒降水示意圖
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實際上，地形降水并不由單一過程發(fā)揮作用?，F(xiàn)實生活中，我們可能會看到繞流后的空氣又遇到小山坡，再次發(fā)生抬升作用。
緯度也是影響地形雨分布的重要因素。同樣高的山，如果位于不同的緯度帶，迎風坡降水就會不同。比如，云南大理著名的旅游勝地蒼山與洱海，兩者的相對高度差約2100米，在年降水量方面，蒼山頂部可達洱海的兩倍；而在華北地區(qū)，太行山一帶與華北平原的相對高度差約1500米，這里的降水卻只集中在太行山東側(cè)300米到500米高的山坡上，山頂?shù)慕邓坎⒉淮?。這是因為水汽在大氣中的分布并不均勻，通常越接近地面，水汽含量越高。在低緯度地區(qū)，由于溫度較高，蒸發(fā)作用強，更多的水汽進入大氣中，在相同的海拔高度，低緯度地區(qū)大氣中的水汽含量就會比高緯度地區(qū)更多。因此，位于較低緯度的蒼山，其頂部也能夠出現(xiàn)豐沛的降水。
自然界往往是多種地形地貌并存，當不同地形對氣流的影響疊加在一起時，也增加了地形降水的復雜性。例如，在江西省與湖北省的分界處，自北向南坐落著幕阜山和九嶺山，二者之間有一片溝谷，它們的西邊是洞庭湖，東邊是鄱陽湖。多樣的地形組合對周邊降水影響非常大。一方面在山和谷之間存在日夜循環(huán)的山谷風環(huán)流，另一方面在湖泊與陸地之間還存在湖陸風環(huán)流。湖陸風和海陸風的原理類似，由于地表和水面加熱效率不同，白天陸面溫度高于湖面，風從湖面吹向陸面（湖風）；夜晚陸面溫度低于湖面，風從陸地吹向湖面（陸風）。因此在夜晚，當陸風和山風相疊加，從山上吹向湖面的風將大大加強，在山腳下形成很強的輻合抬升，從而有利于對流性降水的產(chǎn)生。
另外，華北地區(qū)在冬天容易出現(xiàn)回流降水現(xiàn)象。這是因為，冷空氣從西北方向南下到太行山時，當?shù)蛯拥睦淇諝膺€堆積在山前時，高層的天氣系統(tǒng)已經(jīng)移過了山頂。高層的冷空氣隨之越過山后下沉，在地面形成一個高壓，產(chǎn)生與原先冷空氣方向相反的氣流，同時帶動渤海灣的水汽輸送，形成降水，稱之為回流降水。
難點何在？地形降水預報之挑戰(zhàn)性
當前，地形強降水預報面臨多重挑戰(zhàn)。首先，由于數(shù)值預報模式的時空分辨率有限，制約了地形降水預報能力。如中小尺度地形的高度、坡度及下墊面等細微差異往往以百米級甚至米級變化為單位，而預報業(yè)務中使用的主流數(shù)值模式水平空間分辨率最高在1千米至3千米左右，難以精細刻畫中小尺度地形的百米級變化，而這些變化恰恰是降水精細化時空分布的關鍵因素，也就限制了地形降水預報的精確度。
其次，地形區(qū)有限的觀測站網(wǎng)以及站點代表性受限也會導致降水資料缺失。再加上降水過程本身復雜多變，地形不僅通過抬升作用促進云雨形成，還可能觸發(fā)并影響對流系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是在對流系統(tǒng)與地形影響交織時，預報偏差顯著增大。
極端降水事件與地形降水緊密相關，其背后隱藏著諸多未解的物理過程，如地形區(qū)邊界層內(nèi)的復雜相互作用、云物理過程等，這些均是當前預報中的難題。（穆俊宇 李倩 王曉凡?黃琬婷）
“雨城”雅安
提起四川“雅安”，很多人會不由自主地聯(lián)想到“雨城”“天漏”。的確，“雨城”“天漏”不僅是對雅安獨特氣候現(xiàn)象的生動描繪，也蘊含著深厚的自然與文化底蘊。
雅安市氣象臺臺長周學云介紹，雅安的雨有三大顯著特點。其一，降雨天數(shù)多，全年365天中，部分地區(qū)超過230天被細雨或輕霧所籠罩，夏季6至9月份平均雨日基本超過20天，遠超國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)；其二，雨量充沛，年均降水量為1649.2毫米，全省國家氣象站年雨量排名第2；其三，降水時數(shù)長，平均年降水累計時數(shù)1416小時左右，在全國范圍內(nèi)處于較高水平。
雅安的降雨還展現(xiàn)出高度的季節(jié)性和地域性差異。春季，隨著印度洋暖濕氣流的逐漸增強，雅安迎來了一年中的第一個降水高峰，細雨綿綿中萬物復蘇，生機勃勃；夏季，則是東南季風與高原下沉氣流最為活躍的時期，頻繁的降水不僅為農(nóng)作物提供充足的水分，也促進了森林植被的繁茂生長；秋季，隨著氣溫的逐漸下降，降水有所減少，但仍然是濕潤宜人；而到了冬季，雖然降水總量相對較少，但細雨或輕霧依舊時常籠罩，為雅安增添了幾分靜謐與神秘。
雅安之所以有如此獨特的降雨模式，主要得益于得天獨厚的地理位置與復雜的地形條件。雅安位于青藏高原與四川盆地的過渡地帶，這一特殊位置使其成為多種氣流的交匯點。青藏高原的下沉冷空氣與四川盆地的暖濕空氣在此相遇，加之印度洋南支西風帶來的大量水汽，在雅安上空產(chǎn)生強烈的對流與抬升作用，促進了云層的形成與降水的發(fā)生。雅安北、西、南部地勢較高，東部較低的地勢特征，如同一個天然的“水汽陷阱”，使得暖濕氣流在此滯留并抬升，進一步增強了降水效應，尤其是在夏季東南季風強盛時，這一效應尤為顯著。
當然，除了自然科學的嚴謹解釋外，雅安“雨城”之名還承載著一段美麗的文化傳說。相傳在古老的神話故事中，女媧為拯救蒼生，不辭辛勞地煉石補天。當她飛至雅安上空時，不慎遺落一塊五彩神石，于是乎，雅安的天空便留下了一道未及修補的縫隙，成了傳說中的“天漏”。（周雯）
“雨都”墨脫
青藏高原，高寒缺氧、凍土廣布、自然環(huán)境惡劣，可偏偏在西藏東南部、雅魯藏布江下游有個例外，那就是西藏林芝的墨脫縣。
墨脫縣地勢北高南低，平均海拔只有1200米，屬于喜馬拉雅山東側(cè)亞熱帶濕潤氣候區(qū)。與西藏其他地方相比較，墨脫縣氣候條件獨特，四季如春，是氣候最溫和、降水量最充沛的縣城。
墨脫縣東、西、北三面環(huán)繞高山，雅魯藏布江自北向南穿越全境，形成特殊向南開口的“馬蹄形”地勢。根據(jù)林芝市氣象局監(jiān)測的氣象數(shù)據(jù)顯示，墨脫縣平均每年會有260天的雨天，全年三分之二的時間都在降雨，墨脫縣年均降水量能達到2084.6毫米，成為西藏的多雨中心，降水量可以和其他沿海城市的年降水量相比肩，也被人們稱為西藏的“雨都”。
墨脫縣降雨多的原因在于受地形影響。三面環(huán)山的地形為水汽的強迫抬升提供了非常有利的地形條件。印度洋的濕潤氣流順著布拉瑪普特拉河及雅魯藏布江與北方寒流在墨脫一帶匯集，受地形抬升影響引起氣流輻合上升，產(chǎn)生局部熱力對流，形成降雨。其次則在于有水汽通道的存在。墨脫南部常年存在阿拉伯海和孟加拉灣北部來向的兩個水汽通道，當以上兩個海面上有熱帶風暴等低值系統(tǒng)時，系統(tǒng)外圍云系先沿布拉瑪普特拉河向東北方輸送水汽，后沿雅魯藏布江下游向北輸送到林芝東部墨脫一帶。此外，墨脫暴雨的形成原因跟阿拉伯海和孟加拉灣的水汽匯合存在很大關系，墨脫巨大的海拔差也為氣流抬升提供了動力條件，所以豐富的水汽條件、深厚的天氣系統(tǒng)以及地形共同造就了西藏“雨都”墨脫。
此外，墨脫還有豐富的林業(yè)資源、生物資源以及水力資源，更有獨特的文化和旅游資源，其茶葉、香蕉、橘子等產(chǎn)物也因為雨，有了獨特的味道。（次旦久美）
“雨極”火燒寮
說到世界“雨極”，很多人都知道是印度的乞拉朋齊，而說起中國的“雨極”，你是否又知道在哪？
中國的“雨極”在我國臺灣的火燒寮?；馃?，位于臺灣省新北市平溪區(qū)東勢里火燒寮溪上游。據(jù)1906年至1944年38年資料統(tǒng)計，火燒寮多年平均降水量為6557.8毫米，1912年的降水量達8409毫米，長期保持中國年平均降水量的最高紀錄。此外，火燒寮的降水日數(shù)也多，年均降水日數(shù)能達214天。
能有如此驚人的降水量，地形地勢是其重要影響因素?；馃嘉挥谂_灣中央山脈的東北坡，夏季受東南暖濕氣流影響，冬季受東北季風的影響，一年四季都有較強的降雨。尤其是在夏天，受臺風影響降暴雨的天氣很多，降水量非?？捎^，而冬半年中，火燒寮又面迎海上來的東北季風，潮濕氣流在迎風坡上被迫抬升，因而常常也是大雨滂沱。（文科）
（責任編輯：曹銳怡）
