20180104/从冰冻的多伦多闲聊天气中的那些效应

（图为冰镜之下的多伦多。摄影：捷克佳）

（星星生活/捷克佳）说起极端天气，人们最常提及的是体感之下的风寒效应和湿热效应，或者高大上的温室效应以及延伸至政经领域的蝴蝶效应。其实，有关天气的效应还有不少，大湖效应、狭管效应、热岛效应等。下面随大叔一起翻翻资料，聊一聊天气中的那些效应。

**风寒效应

人们常用“寒风刺骨”、“寒风凛冽”等来形容冬季。为什么温度计上的读数有时看起来不是特别低，而在户外却让人感觉到非常冷，这就是冷风带来的实际体感温度，这种现象可以用一个专业术语来解释——风寒效应。

风寒效应（Wind chill）是指因风所引起的使体感温度较实际气温低的现象。风寒效应会随着风速的增加而加剧。在冬季期间，持续的强风天气会令我们对冷的感觉来得更强烈。

个人的身体一直维持体温接近37℃，但空气的流动却会将身体的热量带走，由于空气是热的不良导体，在皮肤周围会形成一个比较稳定的保温层，以此实现身体与外界冷空气的自然过渡。但当风很大或保温措施做得不当时，这个保温层会被风吹走，结果导致身体中的热量又会向皮肤周围的空气传导，使体表温度降低，身体感觉冷。

风速越大，人体散失的热量越快、越多，人也就越来越感到寒冷。这就是在气温相同的条件下，刮风天比无风或微风时使人感到更寒冷的原因。

风寒温度是描述风寒因素的单位，也就是你皮肤的感知温度。大量实验表明，在0℃以上时，风力每增加2级，人的体温感觉会下降3-5℃；在0℃以下时，风力每增加2级，人的体温感觉会下降6-8℃。

（图：这个冬季，面条火啦）

注意，风寒效应只发生在暴露在衣物之外的皮肤上，所以只要挑选合适的衣物，尽量减少裸露在外的皮肤，就能将风寒效应降到最低。

加拿大最冷的记录是多少？据联邦环境与自然资源部网站介绍，1975年1月13日，在努勒维特库加鲁克（Kugaaruk, Nunavut）北部社区，气温为零下51℃，风速为56公里/小时，风寒效应之下的体感温度竟达到零下78℃。

简单地可以通过观察户外的树木和旗帜的摆动来估测风速。风速10公里/小时：脸上有风的感觉，或者风向标开始移动；20公里/小时：小旗伸展；30公里/小时：地面吹起之战，大旗飘动，小树枝晃动；40公里/小时：小树开始摇摆，大旗伸展并强烈振动；50公里/小时：大树枝晃动，电线鸣笛，很难使用雨伞；60公里/小时：树开始弯曲，逆风行走困难。

一旦知道了风速和户外的温度，就可以通过参考图表估算风寒温度。例如，当气温为零下20℃，风速为每小时20公里时，体感温度相等于在无风的日子时的零下30℃。

（图：不同气温及风速下的风寒温度。）

**湿热效应

与冰天雪地的冬季相类似，在热浪滚滚的夏季，人们的体感温度会出现高于实际气温的现象，酷热难熬，这个术语是湿热效应。本地新闻媒体中最常出现的是用湿热指数（Humidex）这一指标来预报盛夏的天气。

值得自豪的是，Humidex这一指标是由加拿大1965年首次提出并用于天气预报中。该指数基于使用当前空气温度和露点（水蒸气冷凝成液体的温度和气压）计算热量和湿度。尽管都与湿度相关，但与美国的酷热指数（Heat Index）不尽相同。酷热指数是综合空气温度和相对湿度来确定体感温度。

（图：加拿大独创的湿热指数）

在夏季，人体通过自身的调控系统对温度的感受与湿度密切相关。人体通过排出汗液来达到降温的目的，在这个过程里汗液中的水分得以蒸发并且从人体带走热量。但是当相对湿度较高时，水分的蒸发率就会降低，从身体中带走热量的过程变得缓慢，人体内就保留了更多的热量，因而感觉不舒服。

身体试图保持37摄氏度的温度。当一个人的体温上升，他们可能遭受一系列与热量有关的问题，从小热疹到可能致命的中暑。湿热指数与舒适度的关系：20到29℃，没有什么不适；30到39℃，有些不适；40到45℃，很不舒服，避免劳累；45℃以上，危险，有中暑可能。

安省南部城市温莎的湿热指数曾达到52.1℃（1953年6月20日），并获得了加拿大最湿热之都的声誉。该一纪录持续了半个多世纪。但据CBC报道，2007年7月25日，曼尼托巴省南部的一个小镇卡曼（Carman）的湿热指数创出破纪录的53℃新高。

**温室效应

温室效应（Greenhouse effect）一词多年来热度持续不减，但更多的用于政治上的博弈。温室效应是指是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，对地球而言，由于大气层因为吸收辐射能量，使得地球表面的升温。

据相关资料，太阳辐射主要是短波辐射，而地面辐射和大气辐射则是长波辐射。大气对长波辐射的吸收力较强，对短波辐射的吸收力较弱。白天时，太阳光照射到地球上，部分能量被大气吸收，部分被反射回宇宙，大约47%的能量被地球表面吸收。晚上地球表面以红外线的方式向宇宙散发白天吸收的热量，其中也有部分被大气吸收。

（图为温室效应。图源：百度百科）

如果没有温室效应，地球就会冷得不适合人类居住。据估计，如果没有大气层，地球表面平均温度会是−18℃。正是有了温室效应，使地球平均温度维持在15℃，然而，过多的温室气体导致地球平均温度高于15℃。

自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，其引发了一系列问题已引起了世界各国的关注。不少研究指出，人为因素使地球上的温室效应异常加剧，而造成全球暖化的效应。一些理论认为，由于温室气体的增加，使地球整体所保留的热能增加，导致全球暖化。

目前，人类活动使大气中温室气体含量增加，由于燃烧化石燃料及水蒸气、二氧化碳、甲烷等产生排放的气体，经红外线辐射吸收留住能量，导致全球表面温度升高，加剧温室效应，造成全球暖化。为了解决此问题，联合国制定了气候变化框架公约，控制温室气体的排放量，防止地球的温度上升，影响生态和环境。

**蝴蝶效应

“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。”这便是著名的蝴蝶效应（The Butterfly Effect）。由美国气象学家爱德华•罗伦兹（Edward Lorenz）1963年在一篇论文中最先以海鸥比喻，后在1979年他改用了更加有诗意的蝴蝶。

长时期大范围天气预报是对于地球大气这个复杂系统进行观测计算与分析判断，它受到地球大气温度、湿度、压力诸多随时随地变化的因素的影响与制约，可想其综合效果的预测是难以精确无误的、蝴蝶效应是在所难免的。

（图：蝴蝶效应）

蝴蝶效应产生的原因就是蝴蝶扇动翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并产生微弱的气流，而微弱的气流的产生又会引起四周空气或其他系统产生相应的变化，由此引起一个连锁反应，最终导致其他系统的极大变化。即在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。

不起眼的一个小动作却能引起一连串的巨大反应，这是一种混沌现象，也是蝴蝶效应的真实反应。任何事物发展均存在定数与变数，事物在发展过程中其发展轨迹有规律可循，同时也存在不可测的“变数”，往往还会适得其反，一个微小的变化能影响事物的发展，说明事物的发展具有复杂性。

现在的蝴蝶效应已不限于当初仅对天气预报而言，而是一切复杂系统对初值极为敏感性的代名词或同义语，在经济、政治、军事、社会生活中比比皆是。

**大湖效应

大湖效应（Lake-effect）指的是冷空气遇到大面积未结冰的水面（通常是湖泊）从中得到水蒸汽和热能，然后在向风的湖岸形成降水的现象，通常是以雪的形式出现。这情形以在美国东北部的五大湖岸的降雪最为著名。

（图：2014年纽约州水牛城暴风雪。图源：水牛城新闻网）

令人记忆犹新的是2014年11月中下旬，特大暴风雪袭击美国东北部地区，纽约州水牛城的积雪最深达2.5米。许多加拿大游客被堵半路，有家难回。

大湖可以说是个暴雪催化剂，冷空气本身是不会产生降雪的，一般都是与暖湿气流结合。冬季北半球气温降低，但大湖的湖水不会完全结冰。在冬季时，相比空气，湖水还是较为温暖的。冷空气在经过湖面时，从中得到水分和热量，然后冲向对岸。到了对岸后，气温迅速降低，空气承载不了这么多水分，就行成雪降下来。

（图：大湖效应形成降雪）

大湖效应降雪地点取决于使云移动风向和风速。风速决定了暴风雪行进的距离，风越强烈，其携带的水汽走得越远。降雪量取决于冷气团与水面的温差和冷空气在水面行进的距离，温差较大时，冷凝的水汽就越多，雪量就大，一般在12月和1月容易出现这种温差，也最容易产生暴风雪；冷空气与暖水面接触时间越长，气团就会携带越多的水汽。如果水面结冰，水汽供给停止，大湖效应就会停止。

其他水域如某些海和湖也会产生大湖效应，产生面积较小的雪带。比如美国东海岸的雪带，冬季，以魁北克为中心的高压区使大气顺时针环绕流动，使极地气团向南经大西洋到达北美海岸，其间穿越墨西哥湾流温暖水域，为美国东海岸带来降雪。雪虽是大西洋而非湖泊带来，也被称为大湖效应降雪。美国犹他州的大盐湖，加拿大的哈德逊湾和圣劳伦斯湾都会产生大湖效应暴风雪。

**狭管效应

很多人都有这样的感觉，地铁的出站口似乎一直冷风嗖嗖，在漫步城市街头，高楼间的狭窄地带风力也特强，甚至于去尼亚加拉大瀑布游览，岸边观景片刻也被吹个透心凉。这其实就是所谓的狭管效应 （Valley effect）。

（图：尼亚加拉瀑布冬日。摄影：捷克佳）

狭管效应亦称峡谷效应，在受限于地形与空气流动的影响，当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时，会透过山谷、鞍部等缺口通过，由于空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大，形成强劲的风口，因此气流扰动较为旺盛。当流出峡谷时，空气流速又会减缓。

气流在地面流经狭窄地形时类似液体在管中的流动，液体在管中流动，经过狭窄处时流速加快。而气体流速也会加快，并因气体具有可压缩性，密度也会增大。地球上山地的许多风口和许多地方出现的地形雨都与气流经过狭窄地形密切相关。

风在空中受凹凸不平的地表阻挡，风的流向和流速也会发生变化。城市中那些高大的建筑物，如众多的机械搅拌棒，搅动着城市上空的风。实际上被搅动的风在城市上空并不是平稳的流动，它毫无规则，起伏不定，科学家把这种气流的运动叫做湍流。这种湍流现象只有到达一定的高度，大约是在1000-2000米的上空，才能摆脱地形和建筑物的影响，还原成平稳状态的流动，融入到大气的洪流之中。

专家称，由于城市高层建筑间距极小，大风迎面吹来后无法顺畅通过，只能聚集在很小的空间内，高层建筑也会引起“狭管效应”。气象部门测试显示，在城市刮起六七级大风时，“狭管效应”能使通过高楼之间的瞬间风力达到12级。据专家介绍，是否出现“狭管效应”和其威力大小，是和一个城市高层建筑的数量、间距、建筑物的位置有着十分密切关系的。

**热岛效应

再回到夏天。有没有注意到，同样的一天，城里的温度明显比周边地区热不少，这就是城市热岛效应（Urban heat island）。热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市中的气温明显高于外围郊区的现象。

热岛效应是一个自1960年代开始，在世界各地大城市所发现的一个地区性气候现象。具体来说，无论从早上到日落以后，城市的气温都比周边地区来得高，并容易产生雾气。这个现象的发现，是由于人造卫星的出现，使人类得以利用人造卫星从高空以红外线拍摄地球。人们发现，在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。

（图：城市热岛效应）

城市异常温度上升的主要原因，来自于大楼和柏油对太阳光的蓄热和城市内部林立的大楼中的空调设备排出的热空气、树木减少所产生的城市圆顶效应等。由于气温高，所以会出现突然的降雨。近几年，大楼不断向高空发展，河流沿岸被建筑物覆盖，都遮挡着风的流动，加剧了城市内部的高温化。

形成城市热岛效应的主要因素有城市下垫面、人工热源、水气影响、空气污染、绿地减少、人口迁徙等多方面的因素。