本文并非“志怪”“猎奇”。而是从气象学角度将众奇分门别类,揭其科学奇因。
不过,本文所集之奇,并非一般气候之奇。因为一般气候之奇,是大范围的,规律性的,且多为公众所周知。本文专说由于下垫面,即海拔、地形、海陆等自然原因,加上非自然的人类活动,共四个方面造成的奇异气候。由于这种局地性因素造成的气象矛盾更尖锐,变化更急剧,因此下垫面造成的气候之奇,一般比大范围造成的更奇。
从《大林寺桃花》、“五月天山雪”到孔子的《小儿辩日》:海拔高度制奇
在平原上,一马平川,周围气候相差不大。可是进了山区立马就不同了,因为海拔每升高百米气温平均会降低0.6 ℃左右。其中,最著名的莫过于唐代白居易的《大林寺桃花》,他从山麓海拔32米的九江,登上1165米的庐山,竟然从山麓花落春归的夏天,回到了桃花怒放的春天,这在古代岂不是件大奇事!
再往高去,天气更凉冷,李白说,“五月(阴历)天山雪,春色未曾看”。2018年冬季奥运会能在亚热带的俄罗斯索契举行,就是海拔高度这个原因。
再往高去,到了四五千米的青藏高原,奇事就更多了。例如高原气压低,水到80℃以上就开了。因此如果没有高压锅,食堂大师傅蒸出来的馒头总欠火(中心仍有浆),“生米煮成熟饭”也是不可能的,因为煮软了仍是夹生的。2002年,青藏铁路开工不久,高压锅只够供应开水,饭菜是从山下海拔2800米的格尔木送上来。当年国庆节,青藏铁路风火山工地上举行了一次“世界上最高的婚礼”,新房陈设简单,最大的家具就是两个氧气瓶。因为高原上最缺的是氧气。高原上人、马、机器、汽车,一律都有“高山反应”。
高原上还有一件奇事,就是青藏铁路工地一律规定,为了防止强烈的紫外辐射(高原上藏族同胞眼睛白内障高发,颧骨上半部被晒得黑红黑红的,都是这个原因),出工时必须带上太阳镜,涂防晒霜和唇膏等。高原上男人要做平原上女人做的事,也不能不说是个大奇事。
但是实际上高原上最令人惊奇的还是大气光像。2007年7月1日,青藏铁路正式通车。电视屏幕上,天上阳光灿烂,地面上影子黑白分明,如果侧光下人脸几乎半黑半白。这一切都是因为,高原上大气稀薄,大气散射光极弱的缘故。所以高原上,天色蓝中带黑,天上日月可以并照;夜空中繁星无数,但个个“不眨眼睛”。
高原上还有一件奇事,就是晨昏天边太阳不红也不大,也和中午天顶太阳一样强热。所以,孔子如果有机会登上高原,《列子》中就不会再有《小儿辩日》的故事。
其实,在一定高度以下,随着高度上升,除了气温降低外,雨量反而是随之上升的。降温加上增湿,因此可以造成山麓荒漠而山腰出现林带的奇迹,我国西北干旱地区山区都有这样的怪事。特别是,天山南北坡的林带,从西到东,数千里蜿蜒,风光极为美丽,已入联合国世界自然遗产名录。
从“天府之国”“香格里拉”、拉萨“夜雨、日光城”到“珠峰旗云”“魔鬼城”:地形制奇
但是制造我国气象奇迹更多的还是地形。例如由于山脉对冷空气的阻挡,四川盆地冬季中霜雪罕见,作物几乎全年生长,因此号称“天府之国”。四川盆地因而成为中亚热带气候,而同纬度东部地区因冬天寒冷却仍是北亚热带气候。历史上暖期时盆地中还可生长南亚热带水果荔枝,唐代杨贵妃吃的荔枝,就是从四川盆地中运去的,这在苏轼的诗中都有记载。
其实,山脉造成的四川盆地的冬暖,与川西南、云南的“大温室”相比,又是小巫见大巫了。因为川西高原东缘和云南高原东缘山脉海拔都在三四千米,足以阻挡从北方南下西进的冷空气。所以尽管昆明海拔1892米,但仍冬暖(暖得竟和同纬度桂林一样,而桂林海拔仅162米),加上地高夏凉,因而昆明四季如春,素有“春城”之誉。
更典型的是,由于冷空气的影响,东部大陆即使南海之滨的香港、澳门(约北纬22度),也都只是南亚热带气候,而云南怒江河谷中海拔820米的怒江州驻地六库(约北纬26度),竟仍是热带气候,怒江大桥西端一颗菠萝蜜树(当地称“牛肚子果”)十多米高,年年结五六十颗果。怒江河谷中还有我国最北的热带作物农场,我下午在农场喝的著名小粒咖啡,到深夜两点都没能睡着。还有,我国云南素有“云南十八怪”之说,其实大部分怪也都是因为冬暖造成的。
我国著名景区“香格里拉”:雪山、绿地、蓝天、峡谷……那神话般的美景,实际上也主要是地形制造的。因为云南高原东缘乌蒙山脉高达3000米左右,基本阻挡了北方南下西进的冷空气,冬季得以沐浴在西南亚来的干暖气流之中,因此虽比昆明更高而不冷,又和昆明一样有晴朗蓝天(乌蒙山脉以东的贵州则是“天无三日晴”了);加上峡谷顶部4000米以上的皑皑雪山相映,香格里拉美景就这样诞生了。
山区地形造成的奇异气象故事,除了气温方面,还有降水。主要有两种影响:迎风坡增雨和背风坡减雨。迎风坡增雨的原因是,气流在抬升过程中气温不断降低,因而水汽凝结致雨。我国年雨量最多的地方就在台湾岛的东北角、中央山脉北端东北坡上一个叫火烧寮的地方,海拔380米,这里冬半年面迎旅海登陆的东北季风,平均年雨量6557.8毫米,是我国年雨量最多的地方,火烧寮北侧的基隆市还有“雨港”之称。世界上各大洲年雨量最多的地方,也都在迎风坡上,都多达一万毫米以上。更奇的是,由于这里地形增加了冬雨,冬雨量比雨季中的夏雨量还多,即地形把这里变成了台湾地区、也是我国的唯一冬雨(季)区。
但是,当气流从迎风坡越过山顶以后,由于气流中失去了大量水汽,背风坡上雨量便大大减少,背风山麓甚至出现焚风效应(干燥气流使庄稼植被如同被火烤过,发黄)。焚风效应的结果,甚至可使当地雨季变成干季。例如,中南半岛中部夏季盛行西南季风,背风的长山山脉东坡越南中部沿海地区夏季就从雨季变成了干季,越南人还把从老挝吹过来的这种干燥的风叫“老挝风”。这种焚风效应还使柬埔寨金边地区附近的树木夏季不得不落叶以渡过干旱的长夏,因此,这里的落叶季节不是在冬季(因为这里热带冬暖),而是有趣地发生在夏季。
几条山脉焚风效应叠加的结果,还可使当地出现干旱地区的雨量。例如,我国云南金沙江大拐弯区的附近,由于怒山、云岭等高大山脉焚风效应的叠加,年雨量只有二三百毫米,相对于周围2000毫米左右的多雨地区,被称为我国“西南干旱中心”。在美国西海岸山脉中部,还有森林区包围的真正盐湖城沙漠。
其实地形不仅能改变一个地方的雨季,也能改变一个地方的雨时(一日中多雨的时间)。其中最典型的可以说是兼有“日光城”和“夜雨”的拉萨了。拉萨位于较深、较典型的拉萨河谷的底部。这种山谷中每逢晴日就会有山谷风出现,在谷底上空,白天是下沉气流,夜间是上升气流,每逢夏季空气比较湿润,夜间上升气流中就会水汽凝结,成云致雨,白天下沉气流中则晴天烈日。这就是拉萨夏雨季同时具有白天“日光城”和夜间“拉萨夜雨”奇事的气象学原因。我国典型的河谷夜雨,如四川西昌、西藏日喀则、云南河口等地都有。
地形影响雨量的事,最后讲一件干旱地区发大水造成洪灾的奇事。那是吐鲁番盆地中西部的托克逊地区,年雨量只有几毫米,为全国最少。1996年7月20日,托克逊本站降水量7.1毫米,一场普普通通的小雨,可是各河谷山洪汇合后,河流总流量1570米3/秒,托克逊出现百年不遇的大洪水,冲毁农田10万余亩(1亩≈ 666.67平方米)、房屋20万余间,受灾人口2万余,总损失5.1378万元。这是因为,干旱地区中较高的山上,雨量还可以是比较大的。
地形影响造成的奇异风灾,多是在小风的盆地中发生狭管大风。可以举出三例。
一是,吐鲁番盆地北部通向准噶尔盆地的峡谷中达坂城附近,大风曾多次吹翻火车,死伤旅客,惊动全国。因此,铁路部门在当地风速最大的地区造了多段挡风墙,我就曾去达坂城火车站和南端小草湖参观过,这是世界铁路史上的特殊建筑。为利用当地大风风力,我国在达坂城附近建设了全国第一个风力发电场。
二是,吐鲁番盆地西部托克逊地区,因为从北方达坂城峡谷吹来的北风狭管大风到此并未停息,使这里年平均大风日数仍高达108.2天(以东仅50千米的吐鲁番因不在风道上,便只有26.8天)。大风吹刮地面的结果,使地面出现了风蚀波浪地貌;大风挟沙石击打电杆的结果,木电杆很快就烂了,水泥电杆也不消一二年就露出了卵石。所以,不得不在水泥电杆迎风面下部,加装半圆形的“铁马甲”。这种新鲜事,我过去也没有听说,但2008年却看到了。最有趣的是,在吐鲁番盆地东北部狭管效应造成的“百里风区”中,为了大风天气预报专设的气象站,也因实在风太大而不得不搬到5千米外的相对小风区去了。
三是新疆克拉玛依“魔鬼城”,狭管地形大风造成的风成地形奇观中,规模最大的、最令人惊奇的,要算是“魔鬼城”了。1996年12月8日,为了庆祝中央电视台天气预报节目开播15周年,中央电视台播出了《正大综艺》气象专集,我作为该集的科学顾问,专门考察了新疆克拉玛依“魔鬼城”。“魔鬼城”就是大风吹蚀成的,只是为什么“魔鬼城”只出现在盆地中一条孤零零的向南延伸山脊上,原因不明。我还是在我们的返程中车驶到和西方老风口连线上时突然发现的。因为狭管大风在低空中是可以数十千米不停的(因为没有地物摩擦)。“魔鬼城”的高度和宽度,决定于老风口峡谷狭管的高度和宽度。
从《登州海市》、南方冰雪灾害、“宁夏地腾”到世界上最奇的“纳米布气候”:海洋制奇
这些都是海洋影响造成的气象奇迹。
第一件是《登州海市》。登州,即今山东蓬莱;“海市”即气象学中的“上现蜃景”(俗称“海市蜃楼”)。苏轼曾在此观看一整天,写出《登州海市》诗,诗中说海市奇景“重楼翠阜出霜晓”。海面上出现蜃景的条件是,冷凉海面上有温暖的大气,并基本无风。因为这样的大气温度层结才能使远处本在海平面以下的景物,通过向上折射而上升到海面上而能被看见。登州海市很罕见,有时许多年不见。登州海市罕见的原因,还在于它既需要暖气流增加海气温差,但又不能有风,因为风会使大气上下对流,减小海气温差。这是个矛盾。
登州海市出现在春末夏初的原因,是此时海水尚凉而南方暖气流开始增强;登州海市不出现在初冬的原因主要是此时南方暖气流少能到达北方。可是,苏轼就是初冬到达登州,并在停留的5日内看到了海市,因此历史上多被质疑造假。为此我从气象学进行分析,并为之在《中国科学报》上撰文鸣冤,指出科学证据就在诗中,“相与变灭随东风”。因为冬季中当强冷高气压东移入海时,当条件合适,高压南部的东风可以把同纬东方温暖黄海上的暖空气源源西输蓬莱,并在东风间歇时出现上现蜃景。
这里顺便提到黄海北岸的另一件奇事。1965年我在辽宁丹东地区参加“四清运动”,这里冬季滴水成冰,可是一旦南风强劲,却经常会下大雨(北方仅有),因为黄海冬季温暖。这时路面泥泞,穿雨鞋冻脚,穿皮鞋湿透更冷。因此当地都有棉胶鞋卖。
2008年2月南方冰雪灾害也是一件奇事。因为南方冬暖,北方冬冷,而寒冷的冰雪灾害却恰恰发生在温暖的南方,何故?
原来,冰雪灾害的主角是冰。因为雪密度小,积厚点也没什么;冰的密度大,压塌了铁架断了电,深山中又不易修复,这才会造成社会上重大经济损失。北方天寒,从地面到高空温度都在零下,降下来的都是雪。而南方,由于靠近南海和印度洋,低空暖湿空气可以到达,在暖湿气流中形成的都是雨滴,在降到贴地气层中由于气温在零下,而变成过冷却雨滴,最后再下到温度零下的地面上,便立刻形成冻雨(雨凇),即透明的冰层。这就是冬季北方没有,而南方反有冰雪灾害的原因所在。
其实,海洋不仅在沿海地区,而且海洋气流也可深入陆地制造奇异气象。可举两例。
非洲撒哈拉沙漠最东部,号称“非洲之角”的地方。这里虽然年雨量不多,但因东近印度洋,偶尔还能下大雨,这里许多地方都曾有过日雨量超过100毫米的大暴雨、特大暴雨。这种低纬热带地区,热量丰富,有水即有生命。雨水刚过,大地就会泛出青绿色,生存能力极强的草类以放电影般的速度生长,一片绿色的“春天”就会代替原先的枯黄。因此这里的沙漠里一年可以有好几个“春天”,这就要看下几场雨了。当然,连续几年一个“春天”也没有的事,亦常常发生。
但是,在我国西北内陆干旱地区,沙漠中的雨小多了。不可能发生“一场雨一个春天”,因为地很快就干了。但却还可能形成另一种气象奇观,我国新闻界称之为“宁夏地腾”。
宁夏地腾实际上是白日晴空下的贴地面的“雾”。它形成的必要条件是:一是要一场稍大的雨,这是发生地腾(雾)的物质来源;二是要求白天有强热的阳光,这是发生地腾(雾)蒸发水汽的能源;三是要求同时气温较低且无风或小风,以使阳光蒸发出来的水汽能迅速凝结成雾。三者缺一不可,所以才是小几率事件。宁夏地腾季节上以晚春出现几率相对稍大,地区上以西北地区中,尚能受到海洋(湿润)气流影响、因而能有较大雨的最东部,这就是发生在宁夏的原因所在。
至于“宁夏地腾”不称雾的原因,乃是因为其密度较小,且浓淡不匀,高度常不及2米,关键是能见度常大于1千米,不够雾的标准。因此称“地腾”倒也形象、贴切。
但是,海洋制造的世界上最奇气象奇观,还是出现在南极冷洋流(本格拉寒流)向北流到了热带的非洲西岸那里,所制造出来的。例如,一是,在非洲热带纬度的西海岸,因受本格拉寒流影响竟变成了温带气候;二是,由于本格拉寒流的降温,使纳米比亚西岸气层稳定,年雨量少到和世界上最干旱的沙漠中一样,从而在紧邻印度洋边上出现了纳米布沙漠;三是,低温的本格拉寒流和从内陆高原流出的“堡风”(一种焚风)相配合,使这里冬季中大片地区可以出现30 ℃以上高温,全年极端最高气温(41.8 ℃)竟然出现在冬季!
从“吉林雾凇”“蓬莱阁无风亭”到武当“金殿”、五台山“滴水檐”:人工制奇
以上奇事都完全是大自然的杰作,但是以国人之智慧,也可以在较小范围内制造出人工气象奇迹。举四例。
一是“吉林雾凇”。“吉林雾凇”素与“长江三峡”“云南石林”“桂林山水”并称我国“四大自然奇观”,其实,“吉林雾凇”乃是人工仙境。因为在吉林市小丰满水库建成发电以前,这里并无吉林雾凇,当地雾凇情况和周围地区一个样。主要是因为1958年小丰满水库建成,冬季放水发电时,库底零上4 ℃温水与大自然零下20 ℃以下的低温大气瞬间接触,形成过冷却水滴大雾,大雾气流在随松花江水西流时,气流中过冷却雾滴在沿岸树木等地物上撞冻的结果。在高纬度地区,一般没有0 ℃以上的温水,所以也就不会有吉林雾凇。
二是山东蓬莱的蓬莱阁无风亭。传说蓬莱阁是古代“八仙过海”的地方,是山东省著名景区。蓬莱阁是观北方海景和“登州海市”(蜃景)的好地方。但是因为临海且位于陡崖之上,风常很大,不利观赏。因此有人在蓬莱阁东部建造了一个无风亭,亭子东、西、南三面都加密封,唯北侧全敞设计。我曾亲见,即使北风呼呼,亭内火柴火焰也不摇不灭。原来,关键是设计者在阁前约10米处的悬崖边上,建造了约1米多高的导风墙,与悬崖浑然一体。每当风从海上吹来,遇到悬崖和导风墙被迫上升,形成一股强大的上升气流正好越亭上方而过。风越大,越亭上方的风也越大。这种以风挡风的无形挡风墙设计,智慧非凡。
三是避风建筑,有点和无风亭类似,叫作武当山金殿。金殿位于天柱峰顶,海拔1600米。金殿北、西、南三面均临千丈悬崖,唯东面是一条人工开凿的300级磴道。如此地形当可知金殿风速之大。奇怪的是,金殿内的神灯就是不摇不灭。原来,金殿其余三面窗户均和蓬莱避风亭一样,堵死封严,只留一个朝东的大门,以避开当地的盛行强风风向(西北风和北风)。这样,即使东风吹来,亦因金殿中充满空气,外面的风也很难吹进殿来,从而使“神灯”长明不灭。
四是山西五台山的“滴水檐”。滴水檐位于五台山菩萨顶的第二进殿,即文殊殿。此滴水檐奇在不仅雨天滴,晴天也滴。所有有关五台山的主要著作中对此都有记载,但科学原因均不详。我从气象学分析,认为除了可能内有一般的储存雨水的设计外,应还有把空气中的水汽不断冷凝成水以供晴天滴水的设计,因为五台山地高天凉,又多雨,大气湿度是比较高的。不过,这个装置在1982年翻修殿顶时,因无专家指导而受到破坏,长达300年的奇观遂从此消失。不过檐下相应石阶上的滴水坑仍在,这是我亲眼所见。
实际上,我国人工制造的气象奇观很多,例如,山西恒山悬空寺和云冈等能避千年风雨的许多石窟,江西某地造塔时塔身预向西北倾斜,以对抗当地冬季常有的西北大风,甚至希望千年后自动扶正,等等。篇幅所限,就此打住。
文/林之光 图/余华君