二、气候形成因素

北美洲气候特征的形成,决定于大陆的位置、面积、形状、大气环流、洋流、地形结构等多种因素,它们相互作用,共同影响北美洲气候。

(一)大陆位置、面积和形状

北美洲南北延伸很广,几乎穿越了北半球除赤道带以外的所有气候带,地面受热状况有很大差异,这是决定北美洲气候类型多样性的基本因素。例如大陆西南部所获取的太阳辐射总量高达180kcal/cm2·a,而大陆北部仅80kcal。北美大陆形状北宽南窄,大部分面积位于30°—70°N,其中50°—70°N最为宽广,因此北美洲主要属温带和亚寒带气候型,尤以亚寒带大陆性气候占优势,这是大陆性气候特征最显著的一种气候类型。30°N以南大陆面积不大,热带气候型所占面积也就相应缩减。

北美洲与亚洲纬度位置大致相当,但北美洲西临浩瀚的太平洋,亚洲西部则与欧洲大陆相连,西南部又与非洲紧邻。其结果是,北美大陆西岸气候类型完整而有规律地南北更替,热带干旱与半干旱气候限于西岸,而亚洲则缺失温带海洋性气候,热带干旱与半干早气候的范围广大。北美大陆面积比亚欧大陆小得多,因此冬夏海陆热力差异的程度不如后者,使北美大陆东部不具备亚洲东部那样典型的季风型气候。同时,也使北美洲的温带大陆性干旱与半干旱气候不如亚洲广阔,最终导致北美洲气候的大陆性不如亚洲极端。当然,两洲在季风型气候的发育和温带大陆性干旱与半干旱气候范围,以及气候的大陆性程度等方面的差异,还应包括大气环流、地形结构等因素的影响。

(二)洋流

在太平洋,日本暖流黑潮的延续北太平洋暖流,至哥伦比亚河口附近分为两支:北支,称阿拉斯加暖流;南支,称加利福尼亚寒流。40°N以北,处于西风带的太平洋沿岸,深受阿拉斯加暖流温湿的影响,但是强度和影响范围,比起北大西洋暖流影响欧洲来,均相形见拙。这一方面是因为黑潮弱于墨西哥湾暖流;另一方面,也与大陆西部的海陆轮廓、地形等因素有关。北美大陆西部山地逼近海岸,阿拉斯加向西伸出,迫使阿拉斯加暖流转向西流;而欧洲大陆西部,地势平坦,海岸曲折,且大西洋与北冰洋畅通,北大西洋暖流得以径直北流,从而扩大了影响范围。加利福尼亚寒流主要影响40°N以南的太平洋沿岸地区气候,它使该地区气温,尤其是夏温下降,估计每年丧失60kcal/cm2·a热量,约相当于所获取的太阳辐射总量的一半,同时也使该地区降水减少以及夏季多雾。

在大西洋,北有拉布拉多寒流,它自巴芬湾南流,并携带北冰洋冰块,表水温度小于10℃,使拉布拉多半岛沿海地区夏季很凉。墨西哥湾暖流从佛罗里达海峡流出向北,在30°N、79°W附近又与安的列斯暖流汇合,成为地球上一支最强劲的暖流。但是在冬季,它对北美东岸影响并不大,因为暖流离海岸向右偏开,它与大陆间隔有一股逆向寒流,水温低于湾流5—8℃,形成所谓“冷墙”,加之冬季北美东岸风向为离岸风,所以更难受暖流之惠。夏季,东南风越经暖流登陆,气团更趋湿热和不稳定,对北美大陆东部气候具有重要影响。墨西哥湾暖流流至纽芬兰岛外侧与拉布拉多寒流相遇,使寒流所携冰块溶化,并提供了气旋活动和成雾条件。墨西哥湾暖流由此偏向东北,流往欧洲西北海岸。

北美大陆北部濒临的海域,如哈得孙湾、巴芬湾、波弗特海以及北极岛群之间诸海峡,表层水温很少超过10℃,一年中大部分时间冰封,甚至在夏季也产生雪暴和强雾。南部的墨西哥湾则属亚热带和热带暖水域,并且几乎与外洋隔绝,水温相当高,夏季达29℃,冬季也在18—24℃。南北属性不同的海域及大陆中部平原地带相互接近,这二点对于北美大陆的气候具有重要意义。

(三)大气环流

1.气压与风向  北美大陆的气压配置图式与亚欧大陆相似,具有四大活动中心,即两副极地低压中心——北大西洋冰岛低压和北太平洋阿留申低压,两副热带高压中心——北大西洋亚速尔高压和北太平洋夏威夷高压。另外,在大陆内部还有一冬高夏低冬夏交替的气压活动中心,因北美大陆冬夏海陆热力差异不如亚洲显著,高、低压的强度相对较弱。上述四大气压活动中心的强度和中心位置也因季节而变动。

冬季时,两大洋副极地低压势力增强,两大洋副热带高压中心南移,强度减弱。大陆上则为高压笼罩,其中心位于西北部一带,它与两大洋副热带高压连为一体,其北缘呈舌状向北部伸展,隔断了阿留申低压与冰岛低压系统。但是北美大陆高压远不如亚洲蒙古-西伯利亚高压强大,且常受气旋活动干扰,实际上低压与高压在不断交替着,天气不稳定。上述气压配置图式,决定了冬季北美大陆各地的风向。太平洋沿岸主要吹海风,其中40°N以北多西南风,40°N以南为西北风和北风,至30°N以南转为东北风。整个大陆冬季基本上吹陆风,所以大西259洋沿岸盛行西风和西北风,皆为离岸风。大陆东南部(密西西比河下游以东)另有一局部高压,故在阿巴拉契亚山、密西西比河和五大湖之间,有时吹南风和西南风,墨西哥湾沿岸吹偏北风。佛罗里达半岛南部、中美和西印度群岛处于信风带,盛行东北风。

夏季时,大陆增热,在西南部形成大陆低压中心,副热带高压破裂,其中心位置向北部扩张,势力增强。如北大西洋亚速尔高压中心移至35°N附近,其控制范围可伸展到大陆东南部;北太平洋夏威夷高压远在40°N,它控制着整个西岸的天气。此时,冰岛低压和阿留申低压向北退缩,势力减弱。在这样的高低压布局之下,风向大致与冬季相反,整个大陆以吹海风为主,大西洋与墨西哥湾沿岸盛行东南风,大平原为南风。在太平洋沿岸,50°N以北吹西南风,50°—40°N之间由西风转为西北风,40°N以南转为北风和东北风。墨西哥南部和中美的太平洋沿岸则吹南风和西南风,这是由于夏季热赤道北移,南半球的东南信风越过赤道形成的变向信风。

北美东部冬夏风向虽也随季节更替,具季风性质,但远不如东亚发达和恒定,其原因除前述面积因素外,还由于北美大陆无纬向山脉障壁,易使来自南北属性不同的气团交绥,气旋活动频繁,季风环流遭到破坏。

2.气团和锋  影响北美气候的气团有冰洋气团、极地加拿大气团、极地太平洋气团、极地大西洋气团、热带墨西哥湾气团、热带大西洋气团、热带太平洋气团和热带大陆气团。它们的源地不同,对北美气候影响的程度也有差异。

冰洋气团形成于北冰洋上和大陆北缘,秉性寒冷而稳定,水汽含量很少。冬季较活跃,控制范围较广,其南界在大陆西部达60°N,东部可达55°N。夏季时,冰洋气团北退。

极地加拿大气团(极地大陆气团)是影响北美冬季气候的最重要气团。冬季,50°N以北的北美大陆气温极低,地面冻结,并有积雪,加之西有落基山阻挡着极地太平洋气团的侵入,因而成为干冷的极地加拿大气团源地。它主要是向东、南运行,由于落基山的阻挡,很少西去。在南移途中,可能吸取的水汽和热量很少,气团变性不大,呈稳定状态,天气晴朗。当侵入到墨西哥湾沿岸时,由于吸取了较多的水汽和热量,呈现不稳定状态,可产生对流性阵雨。极地加拿大气团急剧南下时,气团属性来不及迅速改变,常使落基山以东地区发生强大寒潮;如气团南下缓慢时,则会产生变性,温湿度增加,给五大湖地区带来大风雪,抵达阿巴拉契亚山西坡,气团被迫上升,也往往造成大量降雪。

极地太平洋气团源于白令海和阿拉斯加附近海域,系由亚洲的极地西伯利亚气团变性而成,比湿较极地加拿大气团高。冬季,极地太平洋气团对北美大陆西部影响很大。当它从源地向大陆西岸侵入时,经过一段暖流洋面,气团下层增温,渐趋不稳定,登陆后遇高山或冷气团,发生动力上升,在迎风坡形成丰沛降水。该气团越过沿海山脉,比湿便显著降低。夏季极地太平洋气团北退,由于陆地温度高于洋面,当它侵入到大陆西岸时,相对为凉而稳定的气团,但在北部山地迎风坡仍有一定降水。

极地大西洋气团源地在格陵兰、拉布拉多以东的洋面上,水温较同纬度的太平洋低,所以气团属性较极地太平洋气团干冷稳定。冬季因西风强盛。一般不能登陆,故对大陆影响不大,但如果在俄亥俄河上游有气旋向东北方向通过时,还可以摄引一部分极地大西洋气团登陆,给五大湖以北地区带来雨雪交加或浓雾天气。夏季时,极地大西洋气团对东北沿海一带影响较大,使夏季凉爽并带来一定降水。

热带墨西哥湾气团和热带大西洋气团对北美洲夏季气候影响较大。前者源于墨西哥湾和加勒比海,后者源于15°—20°N的北大西洋,气团秉性湿热,为大陆重要的水汽来源。冬季时,因大陆为高压所控制,这两个气团的影响范围仅限于大陆南部。当它们由源地侵入大陆时,与冷地面接触,增加了稳定度,往往产生浓雾;但若与南下的极地加拿大气团相遇而滑行其上或受山脉所阻而被迫上升时,则易造成大雨、雪。夏季时,气压梯度由海洋倾向陆地,同时极地加拿大气团北退,落基山以东广大地区主要受这两个气团的控制,降水丰富。

热带太平洋气团源于25°—35°N的北太平洋上。该气团因来自副热带高压东缘,在其向南移动中又经加利福尼亚寒流,故暖湿程度远不如热带墨西哥湾气团和热带大西洋气团。它的影响主要在冬季,但范围仅限于西南沿海一带,在与极地太平洋气团相遇或因地形而上升时,有一定降水。夏季北太平洋副热带高压强盛,该气团的影响较小。

热带大陆气团是北美的次要气团。北美大陆在热带纬度面积不大,地势又高,不利于热带大陆气团的形成,仅夏季存在于西南部一带。该气团秉性干热,在它控制下的天气状况是气温高、降水少。

由于以上各气团的季节位移,所产生的锋面以及温带气旋和热带气旋,也有明显的季节变化。冬季北美大陆主要有两种锋面,即冰洋锋和极锋。冰洋锋位于60°—55°N之间,呈向南弯曲的弧状,东西横贯大陆,它是冰洋气团和极地气团之间的不连续面。极锋由于地形的阻隔而被分为东、西两个锋带。西部的极锋位于 30°—60°N之间的太平洋沿岸;落基山以东的极锋,西南起自23°N,东北达40°N左右,大致呈西南-东北向穿过大陆中东部。夏季,冰洋锋北移至极圈附近,西部的极锋移位不大,而东部的极锋北移至40°—50°N之间。

北美的气旋活动对气候影响相当大,其中尤以温带气旋为甚,它不仅数目多,活动频繁,而且冬夏皆有。温带气旋的活动冬季最盛,其活动范围除30°N以北的太平洋沿岸外,遍及落基山以东至大西洋沿岸广大地区,它们最后均趋向东北发展。气旋活动带来降水,以致在大陆东部出现冬雨占优势的地区。

热带气旋发源于加勒比海及其以东的大西洋面上,自东向西发展,形成一种破坏力极大的飓风(Hurricane),成因与东亚的台风相似,主要发生在夏秋之际,带来狂风暴雨,西印度群岛、中美和大陆东南沿海地区首当其冲受到影响。此外,北美洲夏季还有两种突发的灾害性风——钦诺克风(Chinook)和托那陀风(Tornado),前者是一种干风,具焚风性质,发生在落基山东麓的大平原一带,引起极为干热的天气;后者即龙卷风,伴有冰雹和倾盆大雨,常见于美国中西部和东南部,这里是全世界陆上龙卷风发生最频繁之区。

(四)地形结构

北美洲以三大南北纵列带为特征的地形结构,对于大陆气候的分异有特别重要意义。影响最显著的是西部科迪勒拉山系,它由三重山脉和一系列山间高原、盆地组成,不仅高度相当大,宽度也很大,沿海又缺乏深入大陆的海湾。因此,科迪勒拉山系一方面成为极地太平洋气团向东侵入的重重障碍,使温和湿润的海洋性气候仅局限于40°N以北的西岸,处于背风位置的山间高原和山间盆地已属半干旱和干旱气候;另一方面,又阻挡着极地加拿大气团和热带墨西哥湾、大西洋气团西去,使之盛行于大陆的中、东部。只有在西风最强(50°N)和海拔相对较低的地段(哥伦比亚河谷-斯内克河谷-怀俄明盆地山口和美、墨交界处),太平洋气团才能越山东侵,但至落基山东坡气团已变性,暖而干燥,且受南、北气流的约束而变成一楔形气流,尖灭于五大湖以南地区。所以,科迪勒拉山系的东带落基山构成大陆东、西部之间气候上的重要分界线,它不仅导致东、西部的降水巨大差异,对气温也有一定影响。一般来说,落基山以西,除40°N以北的沿海和迎风山坡外,年降水量均在500 mm以下,冬季降水占优势,冬季气温高于同纬度东部各地。落基山以东,除高纬度的北部地带以及紧靠落基山的大平原部分地区外,年降水量都在500mm以上,夏季降水比率增高。当然,造成这种差异还包括大气环流、洋流等因素的综合影响。

落基山以东为中部平原地带,地势低平坦荡,无东西向山脉,南北开敞,并有哈得孙湾、五大湖、密西西比水系,墨西哥湾等水域相互贯通。这样的地形条件有利于南北秉性不同的气团畅行无阻。冬季,干冷的极地加拿大气团可径直南下,造成寒潮天气,使当地气温骤降;夏季,热带墨西哥湾、大西洋的暖湿气团可自由北上,直达哈得孙湾沿岸,带来闷热多雨天气。中部平原成为南北冷暖气团交绥、争逐的场所,气旋活动频繁,冬季尤为活跃。因此,中部平原天气多变,是北美洲气温和降水季节变化最大、大陆性较强的地区。

东部的阿巴拉契亚山,高度和宽度均不大,山脉的连续性也较差,并不构成气候上的显著界线,但对局部地区的气候仍有很大影响。例如阿巴拉契亚山的西北坡,冬季面迎经过五大湖地区并略有变性的极地加拿大气团,往往形成大雪;阿巴拉契亚南部因山地的高度较大,对热带墨西哥湾、大西洋气团产生抬升作用,形成地形雨,年降水量在1500mm以上,为北美洲多263                                                                                    雨带之一。