冷氣墊

冷氣墊是指冬季在一些地勢比較低洼的山坳、盆地和河谷里，常常淤積一層淺薄而靜穩的冷空氣，我們稱之為“冷氣墊”。

基本介紹

• 中文名：冷氣墊
• 外文名：Cold air cushion
• 描述：淺薄而靜穩的冷空氣
• 套用：天氣預報
• 學科：氣象學

概念

在其它季節，由於夜間輻射冷卻或有冷空氣流過時，也會在這些地區形成或留下一個冷氣墊，不過變性較快，不如冬季穩定和持久。由於冷氣墊的存在，流入的空氣通常只能從上面滑過，我們稱之為“泛流”。

冷氣墊上的泛流與暖山溝里的漫坡風

冷氣墊的作用

（1）隔離作用

冷氣墊本身是個穩定層，它限制了熱量和氣溶膠的上下滲和。鋒面過境時，常使鋒面不及地(無腳鋒)，大風不到底，變溫也不顯著，此現象在冬季準噶爾盆地最為多見。在穩定層之下，常是陰霧沉沉，連日不開，而其上空則是晴空萬里，一望無際。

（2）填坑作用

當有強大冷空氣進入高原山區時，坑坑凹凹都為之填平，這時，如果高空槽落後，西南暖濕空氣就將沿著冷氣墊上滑，常常形成大片層狀雲和連續性降水。飛行其上，只見低的山頭全被雲海淹沒，高的山峰如孤島。但如果沒有冷空氣墊底，即使有暖濕空氣流入，一般只能形成分散的地形雲和陣性降水。

（3）湍流作用

由於冷氣墊比較靜穩，如果墊上有強風出現，風的垂直切變便大為加強，常使理查遜湍流參數R_i(以風的垂直切變和靜力穩定度表征的湍流參數，數值<0.6表示湍流作用加強)降到0.6以下，嚴重危害飛行起落。從下面實例可以說明：

圖1

圖1表示1963年9月19日08時烏魯木齊的風速垂直廓線和各高度上的R_i數，在60米以下，R_i≤0.2，一架飛機在300—600米高度上遇到強烈顛簸，兩次試降無效，後改降其他機場。

泛流的預報方法

假定大氣運動是絕熱的，換句話說，即是沿著等位溫面(等熵面)運動的。因此，頂報泛流能否發生，關鍵在於考察流入空氣的位溫是否高於當地地面的位溫。

冷氣墊的破壞與大風下傳

西北地區，溫度口變化顯著，冷氣墊有時在夜間建立而白晝又遭受破壞。在這種條件下，如果上空有強風，強風底的高度將隨著冷氣墊遭到破壞而逐漸下到地面，日落後，又隨著冷氣墊的建立而逐漸被抬升到上空。所以午後升溫，風速增大是一個帶有普遍性的規律。

圖2

圖2是1974年7月13日06時14分新疆某地的探空資料，在890毫巴以下有一冷氣墊，910毫巴高度上(260—270米)，風向280°，風速28米/秒；07點地面風向260°，風速4米/秒(含有山風成份)，可以看出強風層為冷氣墊所隔離。

從上升曲線的910毫巴(強風層高度)引乾絕熱到地面得到的參考溫度T_C=28℃，而地面當時溫度為25℃，表明強風層位溫較高，故不能下達到地面。但隨著地面溫度的增高，風速也逐漸增大，當地面溫度增至28℃時，即與強風處在同一等熵面上，這時，風速達到10—13米/秒，陣風14—15米/秒。

參考溫度T_C是預報大風能否及地的一個有用指標。如果預計地面溫度能夠升到T_C，則當天將會出現大風，不過由於地面摩擦、滲和與非絕熱效應的影響，地面風速通常約為強風層風速的3/4。

漫坡風的主要特性

如果在一些地勢比較低洼的山坳、盆地和河谷里為暖熱空氣所占據，這時，等嫡面的曲率方向與地形的曲率方向近於一致，如果外圍冷空氣的強度足以漫過山樑，漫過來的冷空氣將會順著山溝河谷下滑，直瀉山麓，迅猛異常，我們稱之為“漫坡風”，它是經常發生在大型山脈背風面的一種地方性風暴。

輪台位於帕米爾高原東麓，在過渡季節，特別是在夜間，因與山風結合常常颳起漫坡風。並且大風的軸線總是與山溝河谷的走向一致。岑參的詩把這種風發生的時間、地點和強度作了形象的描述。在喀什、庫車、吐魯番、七角井、哈密等地區也都有類似性質的大風。如位於喀什噶爾河谷的喀什市，1961年3月8日風速曾達到50米/秒，1962年3月8日吐魯番一次大風是從達板城山口漫越天山過來的，風速超過40米/秒。

發生漫坡風的必要條件是“上游是冷高，下游是暖低”。冷暖，高低差異愈大，矛盾愈尖銳，產生的天氣就愈劇烈。冬季，塔里木盆地常有冷氣墊存在，因此漫坡風較少，盛夏七、八月間，塔里木盆地雖為熱低所控制，但冷空氣活動不多，因此，真正的授坡風也比較少；唯有春秋過渡季節，冷空氣活躍頻繁而盆地內部又常為熱低控制，故出現漫坡風的機會較多由於漫坡風是冷而凝重的下山風，因而它必然要向地勢低洼的山溝河谷匯集，所以這些地方的風速最大。

漫坡風的日變化

風速日變化的一般規律是白晝加大，晚間減弱。但是漫坡風則是白晝減弱，甚至出現“午休”現象，夜間則加大。這可能是夜間冷空氣強度增強並與山風結合，故強度增大；晝間受谷風抵制，故強度減弱。

漫坡風的主要徵兆

（1）地面形勢：冷空氣深厚，山後等壓線密集，冷鋒有越山之勢，而山前奇暖。

（2）高空形勢：700毫巴冷槽南伸，槽前溫度梯度特大，有明顯冷平流。

（3）本站要素變化：大風到來之前連日降壓、增溫，氣壓高度表的“零點高度”反映最靈敏。大風到來之前，等熵面的高度也在逐日下降，位溫則逐日升高，這同樣也是升溫降壓的結果。

（4）指標站的反映：烏恰位於喀什西北方，地勢較喀什高757米，將烏恰溫度按乾絕熱訂正到喀什同樣高度約可增溫7.6℃。但考慮到出現漫坡風時，烏恰海平面氣壓恆較喀什為高，只訂正7℃然後再與喀什溫度比較，便可近似看出兩地的位溫差。

圖3

圖3為1961年3月16日烏恰、喀什演變曲線，圖中虛線為烏恰地面溫度加7℃的演變曲線，實線為喀什地面溫度演變曲線，各個時間的風向風速分別附在曲線的相應位置上。可以看出：在09時，烏恰風速雖已達到12米/秒，但由於其位溫高於喀什，故喀什風速不大(因為此時有冷氣墊存在)。10點，兩地位溫近乎一致，喀什風速也增大，12時以後，雖然日射很強，有非絕熱效應影響，但由於冷氣墊已遭破壞，而烏恰位溫又低於喀什，故喀什風速仍能維持，甚或增大。

冷氣墊與地面霧消的預報

冬季、地面低能見度直接威脅著航空器的起降安全、冷氣墊的存在與破壞、制約著晴空地面能見度，為此、對冷氣墊作一初淺的分析，提出簡單判斷冷氣墊存在與破壞的方法，進而定量地預報晴空地面能見度。

冷氣墊及其作用

冬季，在一些地勢比較低的地區，常常淤積一層淺薄而靜穩的冷空氣，稱謂“冷氣墊”。它本身是一穩定層，限止了熱量和氣溶膠的上下滲和。流入的空氣通常只能從上面滑過，導致大風不到底、變溫不顯著，冷氣墊起有隔離作用。圖4是杭州某年1月28日08時探空。可以看出，在950百帕以下是冷氣墊所在，當日機場陰霧沉沉，低雲和低能見度相繼出現，但起飛後的飛機均報告雲上能見飛行，可見到陽光。

圖4杭州某年1月28日08時探空

冷氣墊的判斷

（1）空氣基本是沿著等位溫面運動的，因此，判斷冷氣墊存在與否、關鍵在於考察流入的空氣位溫是否高於當地地面位溫。當地勢高低不一的“1”、“2“測站處於同一氣團，兩站相距50~300公里之間，高度差小於500米，由圖5可知。

圖5不同高度測站θ示意圖

如需比較兩站的位溫差，只需將地勢較高的測站溫度加上高差的百分數，再減去低地勢測站的溫度。如某年11月29日，02時大陳的氣溫為12.0℃，同一時刻杭州機場氣溫是4.3℃，機場(標高低於大陳)位溫比大陳位溫低，說明機場冷氣墊存在。結合當日天氣形勢、又分析了具體氣象要素，於4點30分發布機場約6點出現大霧的預報，結果，5點50分，機場大霧，能見度只有400米，預報正確。

圖6 機場11月地面溫度日變程平均曲線

（2）冷氣墊一般在夜間建立，日出後，隨地面增溫，熱力不穩定明顯而遭到破壞，所以，中午風速增大，能見度較好。因此，按地面溫度日變程製作地面溫度日變程平均曲線圖(圖6)以確定冷氣墊破壞的大致時刻，進而預報霧消時間。

研究結論

（1）以標高不同的測站氣溫差與高度差的百分數代數和、判斷冷氣墊存在，彌補了日常航空預報需要而探空次數少的不足。

（2）冷氣墊破壞時刻與冷氣墊下低能見度較好時刻基本是一致的。