问题

高山对大气中水汽的影响,是山体冷却形成非气态水的作用大,还是山体阻隔水汽的作用大?

回答
高山对大气中水汽的影响,是一个复杂而迷人的课题,涉及到物理学、气象学以及地理学等多个学科的知识。要深入探讨这个问题,我们需要拆解开来,分别审视“山体冷却形成非气态水”和“山体阻隔水汽”这两种机制,并分析它们各自的作用强度和影响方式。

一、 山体冷却形成非气态水的作用:湿润的源泉与云雾的摇篮

当温暖湿润的空气被高山阻挡,被迫抬升时,会经历一个被称为“地形抬升”的过程。随着海拔升高,大气压力降低,空气会发生绝热膨胀。绝热膨胀意味着空气在不与外界发生热量交换的情况下体积增大,但体积增大必然导致其内部温度下降。这就是我们所说的“山体冷却”。

这种冷却作用对大气中的水汽产生了至关重要的影响:

露点降低与凝结: 大气中的水汽含量是相对的,我们通常用相对湿度来描述。相对湿度是水汽含量与同温度下饱和水汽量之比。当空气冷却时,其容纳水汽的能力(饱和水汽量)会随之下降。一旦空气冷却到其露点温度(即水汽开始凝结的温度),水汽就会从气态转变为液态或固态,形成我们所见的露、霜、雾或云。
地形雨与地形雪: 在湿度较高的上升气流中,随着空气持续冷却,水汽会凝结形成微小的水滴或冰晶,这些微小颗粒碰撞、合并,最终长大到一定程度,就会因重力作用从空中落下,形成地形雨或地形雪。这是高山对降水形成最直接、最显著的影响。高山迎风坡往往降水量远高于背风坡,这正是由于地形抬升带来的强烈的冷却和凝结作用。
云雾的形成与滞留: 山体冷却最直观的体现就是山区常常被云雾笼罩。这些云雾就是悬浮在大气中的微小水滴或冰晶,它们是水汽在冷却过程中凝结的产物。在某些特定条件下,即使气温没有达到凝结点,但由于空气的饱和度极高,或者有凝结核存在,也可能形成雾。山体特殊的地理环境,如峡谷、山谷,会形成有利于雾气集聚和滞留的微气候。
对河流和地下水的影响: 山体形成的降水是河流的主要补给来源,而山体吸收的降水和融雪水也会渗入地下,成为地下水。因此,从长远来看,山体冷却形成非气态水的过程,直接影响着一个区域的水资源总量和分布,滋养着下游的植被和生态系统。

总结一下,“山体冷却形成非气态水”这个过程,可以说是高山“制造”湿润的直接动力。 它将原本可能只是空气中相对干燥的水汽,转化为可见的、能够影响地表、甚至形成降水的液态或固态水。

二、 山体阻隔水汽的作用:天然的屏障与水汽的“拦截器”

山体并非只是一个被动的冷却发生器,它本身也是一个巨大的物理屏障,对大气中的水汽流动具有显著的阻隔作用。

物理性阻挡: 巨大的山体结构,如同天然的堤坝,会有效地阻止或改变大范围的空气流动。当含有大量水汽的盛行风吹向高山时,大部分空气会被迫抬升(如前所述),但同时,有一部分水汽和空气也会被山体“挡在外面”,无法越过高山。
风向和风速的改变: 山体的存在会改变风场的结构。迎风坡会经历空气加速上升、减速下沉的过程,而背风坡则可能出现下沉气流,气流会绕过山体,形成复杂的三维运动。这种运动的变化会影响水汽在山体两侧的分布和输送。
水汽的“蒸馏”效应: 在某些情况下,山体可以起到类似“蒸馏”的作用。当湿润空气被迫抬升,水汽在迎风坡凝结成雨雪落下后,越过山顶的空气相对就变得干燥了。这种现象被称为“雨影效应”。这意味着山体在一定程度上“过滤”了水汽,将湿气留在了迎风坡。
对局部水汽循环的影响: 山体可以形成局部的水汽循环。例如,山谷中的湿气可能因为山体的阻挡而难以扩散到开阔地带,从而在山谷内形成相对湿润的环境,促进局部的凝结和降水。

总结一下,“山体阻隔水汽”这个过程,更侧重于高山作为一个物理实体的“控制”作用。 它决定了水汽能够到达哪里,以及在何处停留或被“截留”。

那么,哪个作用更大?

答案是:两者作用同等重要,并且是相互依存、相互促进的。

没有山体抬升,就没有显著的冷却和凝结: 如果山体不具备抬升空气的能力,即使空气中有水汽,其冷却和凝结的程度也会非常有限,也就不会形成显著的地形雨、地形雪和云雾。也就是说,阻隔是前提,抬升是机制。
没有冷却,阻隔本身并不能直接产生非气态水: 如果空气只是被阻隔而没有被冷却到露点以下,那么阻隔作用本身并不会直接导致水汽的凝结,也就无法形成雨雪和云雾。冷却才是将气态水汽转化为非气态水的关键。

我们可以这样理解:

山体阻隔水汽,为“冷却”创造了条件。 它是将大量含有水汽的空气“引导”到高处,使其有机会经历冷却过程。
山体冷却,将阻隔的“水汽”转化为“湿润”的现实。 它使被阻隔和抬升的空气中的水汽变成了可以被感知、被利用、或者说是“有形”的水。

更深入的比较:

如果非要区分哪个“作用”更大,我们可以从“改变水汽形态”和“影响水汽分布”两个维度来看。

从“改变水汽形态”的角度看,山体冷却形成非气态水的作用“更根本”。 它直接改变了水汽的物理状态,从看不见的、分散的气态,变成了看得见的、聚集的液态或固态。这是从无到有、从虚到实的质变。
从“影响水汽分布”和“控制水汽总量”的角度看,山体阻隔水汽的作用“更宏观”。 它决定了水汽的“去向”,是让它继续前进,还是让它在山体一侧“滞留”。这种宏观上的控制,同样对区域气候和水文产生决定性影响。

举个例子:

想象一个装满水的碗,碗壁就是山体。

碗壁(山体)阻隔水: 如果碗很深,水就装得多,这些水就是被“阻隔”在碗里的。
碗壁(山体)冷却: 假设我们对碗进行加热,然后突然冷却(就像空气抬升遇冷)。如果碗里的水足够多,并且冷却到一定程度,水表面就会结出一层薄薄的冰(非气态水)。
哪个作用“更大”? 如果没有碗的阻隔,我们无法将足够多的水聚集起来,也就无法通过冷却让它结冰。但如果仅仅是阻隔,而没有冷却,水也还是液态。

所以,两者是“缺一不可”的。高山通过其巨大的物理体量,一方面“拦住”了含有水汽的空气,另一方面又通过其高度形成的冷空气,促使这些水汽凝结。

最终结论:

高山对大气中水汽的影响,是山体冷却形成非气态水的作用和山体阻隔水汽的作用共同作用的结果,并且两者在影响强度和重要性上同等突出,相辅相成,难以简单地说哪一个“作用更大”。

山体阻隔是物理条件,它创造了水汽被集中和抬升的局面。
山体冷却是物理过程,它将聚集起来的水汽转化为具有实际影响的非气态水(雨、雪、雾、云)。

可以说,正是由于山体的存在,才使得本可能分散在广阔大气中的水汽,得以在一个相对集中的区域,通过冷却过程,以非气态的形式释放其能量和作用,从而塑造了高山及其周边地区独特而重要的气候和水文特征。

网友意见

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你去观察珠峰极冷,风极大的时候的现象,顶端会持续的形成螺旋云,那就是顶端发出的寒气,凝结出来的肉眼看得见的水汽。但如果山体过低,水汽就不容易被凝结,或者凝结的很少。所以这是一个包括冷却和阻隔以及包容其他一些因素在内的综合因素导致的。不能说那个作用更大。

这个东西,可能普通人学了物理也是无法解释的清,一定要观察思考到极点才能明白是怎么一回事。

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