“历史罕见”的华北极端大风,究竟是怎么吹起来的(图)

因为大风预警,昨天的北京,菜市场瞬间被扫货,电商配送预约到了半天以后,园林部门抓紧砍伐枯树,那些长树枝被修剪掉,很多商场的地下停车场免费停车。这感觉,堪比南方沿海城市台风登陆前的临战状态。

根据之前京市气象台发布的大风橙色预警信号,平原地区阵风 9 至 11 级,西部、北部阵风 11 至 13 级,山区局地阵风可达 13 级以上。而中心风力达到12级就是台风了。这是近10年北京首个大风橙色预警。河北山西等地区也发布预警,内蒙古中西部、山西、河北西部局地阵风风力可达12~13级。中小学提前放学,居民无必要不外出,户外施工全停止,汽车尽量停在开阔地带,应急部门严阵以待。

人们在不安中等风来,开始苦等不到,但后来,暴风果然还是呼啸而至。印象中,北方春天虽然风沙普遍,冬天春天也常有寒流长驱直入,可很少有构成风灾程度的大风。这真是让人紧张的一个迹象,未来在众多的防灾项目中,我们是否又多了一项防风灾。如果是那样,真是不堪设想。



2025年4月11日,北京,因预报大风,大学生提前将电瓶车放倒。(图|视觉中国)


不妨从大气环流图上,看看这次大风是如何发展的。4月11日上午,看5500米高度的高空风力图(专业词汇为500百帕等压面),中国北方上空的空气流动真是乱了套:因为不同纬度的温度差异,我国中西部的上空有一个西风带,原本冷空气是自西向东流动,这次却彻底转为从北向南,又在青藏高原边缘受到阻挡,受到西风带原本方向的纠偏,改为向东北流动,于是在图像上整体形成了一个巨大的“V”型折弯。



4月11日上午,500百帕等压面的风力图


在天气系统中,这种情况原本并不罕见。地球自转时,在不同纬度和高度上的角速度不同,会在大气中形成一种非常缓慢的、大尺度的波动,称为罗斯贝波。而罗斯贝波在西风带,经常表现为以上情况的高空槽。

不过,这次的“V”型高空槽,转弯转得太过极端,引导其下方的空气流动形成了闭合,也就是西风不再西流,而是如漩涡一样逆时针流动,这便是冷涡。果然,700百帕,也就是平均约3000米高度的空气动力图上,一个长轴的大气漩涡形成了,已经逼近了华北上空。查天气预报得知,这个冷涡是4月10日白天在蒙古国上空生成的,一路加强,向东南移动。

今天再看空气动力图,冷涡已经移动到北京上空。仔细看的话,约1500米,约3000米,约5000米高度的气流,全都闭合了,甚至对流层顶端,也就是海拔约7000至12000米的高空,大气流动也接近轻微闭合了。这意味着,从1500米到1多万米的高空,一个极端强悍的大气漩涡已经雄踞华北上空,像怪兽一样俯视着我们。

冷涡和台风有着相似之处,它们都是具有一定尺度的环流系统,都有闭合的环流结构,中心气压都相对周围较低,都有较强的风场。不同之处在于,形成机制不同。台风形成于热带海洋上,是海水蒸腾引发周围空气向中心聚集的结果;而冷涡,是由高空西风带里面的冷性低涡系统发展形成,一般是由冷空气在高空堆积,形成冷性低涡中心,带动着低空气体流动。

冷涡和台风的另一个不同之处是,台风直接扫过地面,冷涡则是在高空旋转,并不直接扫过地面。所以台风一般都更可怕,摧房毁屋,连根拔树,而冷涡的危害理论上应该远不及台风。可这次,为什么冷涡这样厉害,在远离南方沿海的华北,我们也不得不像提防台风一样提防冷涡呢?



4月12日早晨风力情况(图源|北京门头沟气象局)


这自然离不开我们最近经常提到的忽冷忽热,极端冷极端热的天气。这次大风前,中国北部有明显的升温过程,如4月10日北京最高气温达到了27℃。这既是源于太阳曝晒,也因为冷空气南下,挤压了本地气团,空气密度骤然增加,就像被子盖得厚了,有锋前增温效应。

所以我们这次面临的情况就是,一方面,一个巨大且寒冷的冷涡来到了头顶,另一方面,冷空气还在持续输入,两者深度耦合,地面的我们,就要面对一个空中怪物的各种“作妖”了。这颇有台风向着我国沿海狂奔而来,我们要不停地观察台风的路径,判断它在哪里登陆的即视感。

这次的冷涡和冷空气分别有多强呢。先说冷涡,和台风一样,冷涡是低压中心,它对应的地面气压也比较低。冷涡向前移动,与前面的暖气团形成锋面交接,很容易形成低压气旋。列几个数据,比如通常海平面的气压为1000百帕,冬天亚洲腹地的气压为1030百帕,台风眼的气压为950百帕以下,而这次华北的温带气旋气压,只比台风眼稍高,约在985百帕。

另一方面冷涡后面,持续冲入冲入华北的冷空气,中心气压可能达到1040百帕,与前方的低压区,在几百公里内形成了50百帕的气压差,气压梯度达 15 百帕/百公里。也难怪几乎所有的气象大模型都预测到极端大风天气,人们要像对待台风一样重视这场罕见的风灾。

除了水平梯度上巨大的气压差催动的大风,这次冷涡的狰狞之处,还在于它是一团飞速旋转着的巨厚实的冷空气,冷空气比暖热空气更重,它还会向下俯冲,在与暖空气的交接中形成莫测的湍流。



4月13日08时-14日08时全国大风预报图(图源|中央气象局)


北京之所以是这次大风的核心区域,还离不开一个“致命助攻”,就是地形放大效应的。即便是大风天,身处小区中心的低层楼房和外围的高楼感受也是不一样的。这就是狭管效应,又称峡谷效应,意思是气流从开阔区域流到狭窄区域,会加速,导致风速增大。北京西北高、东南低,是一个天然 “风洞”。冷空气通过南口、古北口等山口时,受燕山、太行山挤压,风速会骤增,所以延庆佛爷顶、昌平虎峪等风口区域,实际风速会比平原地区高 2-3 级。

更大的地理背景上,北京正处于内蒙古高原到华北大平原的节点区域,京西的太行山背后,正是西北风南下的“风口”。从北京的大平原穿越南口翻过八达岭长城,你本以为会是山连着山,很快会“爬”上内蒙古高原。其实不然,居然是一马平川。延庆盆地、怀来盆地、阳原盆地、大同盆地、乃至更为靠南的蔚县盆地、灵丘盆地和涞源盆地,几乎所有这些盆地都是连接着、交叠着的,似乎是大自然这位巨人不经意地在山峦之间“踩”出一个个长条形的“脚印”,散布于内蒙古高原和太行上燕山之间。这些巨大的长条形盆地,正是冷空气南下要借助的重要通道。

平时,当冷空气南下还未构成风灾的时候,我们不会注意到北京位置上的的风口效应,可一旦风大到构成了危害,地形上的叠加效应就需考虑到了。尤其是,冷风翻越太行山,冷空气趁势下沉,又增加了风势。



极大风速实况(图源|中国天气)

台风在沿海地区翻江倒海,龙卷风在内地毁坏房舍家园,春夏之际飑线带来的疾风暴雨也让人猝不及防。现在,当全球变暖气候变化越来越极端,很少达到灾害水平的大风也在北方大地上咆哮了。在谈论全球变暖的时候,科学家们更多地谈论气候变化了,因为动态的变化太过叵测了。

大自然面前,唯有加倍小心警惕。