冬天的冷风，一定是“西北”风吗？

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时间已进入“小雪”节气，还有五天便要迎来“大雪”，不知你所在的地方是否已经历这个冬天的第一场雪呢？

前几日，在北京的初雪之中，小编盯着空中飞舞的雪花，张开嘴巴正欲去接住它们，未料却被灌进满满一口寒风，刹那间，一个成语猛地出现在脑海之中——“喝西北风”。

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没错，“喝西北风”竟然是一个成语！它指的是没有东西吃，只能喝着寒风，空着肚子过日子。因此形容饥寒交迫的样子。

但更往深处想，“西北风”的定义是什么呢？它和寒潮有什么关系？它又是怎么产生的？冬天的寒风一定是西北方向来的风吗？让我们带着这四个问题，来进行一场“西北风”的“品尝”之旅——

壹

“西北风”与“寒潮”

首先，这里所说的“西北风”，并不是广义上的西北方向来的风，在气象学上，它实际被称为“冬季风”，顾名思义，就是冬季所伴随的风，这也就不难理解为什么“西北风”喻示的是寒冷的风了。为了避免歧义，后文在不加说明的情况下，将使用“冬季风”这个名词。

因此，我们姑且先把冬季风理解为冬天的一股寒流，那它与我们常说的“寒潮”有什么关系呢？

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寒潮是指北方的冷空气大规模向南侵袭我国，造成大范围急剧降温以及偏北大风的天气过程。而这里的冷空气又是冬季风的一种典型，所以寒潮是由冬季风产生的。但冬季风要引起寒潮，还得在东半球长时间滞留，使得低温慢慢聚集，再大规模难移，从而形成寒潮。

因此，寒潮是由聚集起来、长期滞留的冬季风所导致的一种气候现象。

贰

冬季风如何形成

首先说结论，冬季风是由西伯利亚地区的高压与阿留申群岛的低压的相互作用而产生。但要理解这个答案，我们需要解决几个问题：为什么西伯利亚地区是高气压而阿留申是低气压？为什么冬季风是寒冷的？气压的高低与温度存在决定性的关系吗？气压到底由什么因素所决定？

要理解这些问题，我们分两个角度来探讨：一是为什么有风，二是为什么有冬季风。

一、风的形成

风形成的主要原因是气压差。当一个地方的气压高，另一个地方的气压低，气体会从气压高的地方跑向气压低的地方，便形成了风。

注意我们所说的“气压”并不是“大气压力”，而是“大气压强”（后面会解释二者的区别）。空气中存在着许多看不见的气体分子，它们无时无刻不在运动，有的地方分子多，有的地方少；有的地方分子跑得快，有的地方慢。

对“大气压强”的直观感受，莫过于我们搭乘飞机，起飞时所出现的不适感。我们的耳膜与空气相接触，而空气中有大量持续运动的分子，这些分子不断撞击在耳膜上，其结果是使耳膜推开，但是当然，在耳膜的另一边也有同样的分子在不停撞击，因而耳膜受到的净作用力为零。

当飞机起飞时，由于“大气压强”随着高度的增加而减小，而耳膜内的气压不能及时响应这种变化，所以当飞机起飞或降落时，就会造成耳膜内外的压强不一致，也就产生不舒服的感觉了。

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那什么是压强？想象一个充满气体的容器，一端是一个可移动的活塞（假设与容器壁没有摩擦力），如果容器外面是真空，那么活塞会被容器里面的分子往外推，于是我们施加一个力，使得活塞不移动。

但是，力的大小会和活塞的面积成正比——面积越大，那么撞击在活塞上的分子就越多，也就需要更大的力去抵抗它们。为了消除面积这一因素的影响，人们便定义了“压强”这一物理量：

即“压力除以作用面积”。

但对于大气的压强，只知道这一点显然是不够的。根据推导，我们将会知道大气压强的表达式还可以写作：

其中 的意思是取平均， 是气体分子的平均动能，n 是单位体积的分子数。接下来小编将推导出这个公式，读者如果不感兴趣可自行跳过 （小编的求生欲） 。

要计算压强，需要知道压力和面积。面积用 来表示；而根据牛顿第二定律，力的大小等于质量乘以加速度，加速度又可以表示为速度对时间的微分，因此 ，那么我们只需要知道单位时间内气体分子传递给活塞的总动量。

还是想象刚才的容器与活塞，假设气体分子的速度是 ，其 分量为 ，那么“入射”分子的动量的 分量为 。

当建立平衡时，活塞与分子的碰撞是弹性碰撞，也就是说分子不损失能量，否则活塞将变热，平衡也就不能建立了。因此，分子从“入射”到“出射”，方向发生了变化，那么碰撞过程中一个分子施加给活塞的总动量就是 。

那么，单位时间内总共有多少分子打上去呢？我们假设在体积 中有 个粒子，即分子的数密度为 。我们注意到，给定一个时间 ，在这段时间内，如果分子离活塞足够近，并且具有一定的指向活塞的速度，那它就可以碰上活塞，也就是说，只有离活塞的距离小于等于，并且是向着活塞运动的分子，才能在内打在活塞上。

因而在时间内的碰撞次数等于在距离为内的区域里的原子数。并且由于活塞的面积是 ，所以时间 内能碰到活塞的分子所占有的体积是 ，总的分子数就是 ，用分子数乘以一个分子施加给活塞的总动量，就得到了 时间内动量的改变：

注意我们去掉了因子 2，因为在所有原子中，只有一半是朝着活塞跑的，另一半是背离活塞运动的（不与活塞碰撞）。

于是力为这段时间内动量的改变除以时间，，那么压强就知道了：

其中 的意思是取平均，因为并不是所有分子都具有相同的速度，它们也并不都以相同的方向运动。

事实上，更普适的表达式为：

第二个等号的成立，是因为分子是朝四面八方运动的，在“ 方向”并没有什么特殊之处，因此运动中，表征分子在一个方向上平均运动的 和另外两个方向的平均值全都相等， 。而对于第三个等号，只是换了一种更加具有物理意义的写法，因为 项所表示的正是每个分子的动能的平均值。

因此，我们知道“大气压强”由两个因素决定：大气数密度、每个分子的动能平均值。而对于后者，其宏观体现便是温度的高低，温度高表示粒子跑得快，动能大。

定性上理解这个表达式也不难：数密度大，意味着撞击的分子更多（压力的合力更大）；动能大，意味着分子撞击时传递的动量更大（单位时间内传递的压力更大），因此单位面积上产生的压力更大，即压强更大。

知道了风形成的原因和压强的影响因素之后，再来看看冬季风。

2、冬季风的形成

之前说，冬季风是由于西伯利亚高压与阿留申低压的相互作用而产生。西伯利亚位于我国西北方向，而阿留申群岛位于我国东北方向，在这股气流的作用之下，我们所感受到的就是西北方向吹来的冷风了。

这时候，不妨思考一个问题：高空之上的气体相比地表而言，温度低，压强小；而西伯利亚地区的气体温度低，却具有比温度高的阿留申群岛更高的压强，这是为什么呢？

依靠我们在前一部分得到的结论，这个问题便迎刃而解——温度（对应动能平均值 ）并不是压强的决定性因素，除了温度以外，还有分子的数密度的作用。高空之上，不仅温度低，数密度也很小，因此压强就很小（所以飞机起飞和降落时会经历耳膜内外压强不平衡的状况）。

而西伯利亚地区的空气分子的平均动能虽然低（位于内陆的西伯利亚，相比起位于海上的阿留申群岛，由于大地的比热容小于海洋，因此降温也更快，冬天温度更低），但其数密度很大（地理因素导致），足以超越低温对于压强的抑制作用。那为什么冬季的西伯利亚地区空气的数密度大呢？

西伯利亚高压，是指由多因素的共同作用产生了一个冬季在西伯利亚上空形成的大型半永久性高压区。每年秋季以后，北半球日渐短、夜渐长，地面温度和空气温度逐渐降低。西伯利亚地区由于高纬度、有利的地形条件及北冰洋冷空气的侵入，成为冷空气的聚积地。冷空气的数密度大，使这个地区气压升高，因此形成了西伯利亚冷性高压。

总之，风的形成依赖于气压差，气压的全称是“大气压强”，由气体的数密度（单位体积内气体分子的数量）和分子的平均动能（宏观体现为温度）共同决定。西伯利亚地区的温度虽然低，但数密度很大，因此形成高压区，而阿留申群岛的温度虽然高，数密度却更小，因此形成低压区。正是两个地区之间的压强差，导致气流发生流动，形成“冬季风”，在我国北方地区则体现为来自西北方向的冷风，也被民间称为“西北风”。

叁

冬季风一定是西北风吗？

已经知道，影响我国的冬季风主要来自亚欧大陆北方严寒的西伯利亚和蒙古一带，由于其来源是内陆，因此气流寒冷干燥，这会影响我国北方大部分地区，也是我国冬季南北温差大的主要原因之一。但是这并不是冬季风的全部，它对我国南方部分地区的影响则与北方大相径庭。

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冬季风的盛行方向在中国华北（以及临近的日本北部和中部）为西北风，但在中国淮河以南（以及临近的中南半岛、印度半岛及日本南部和冲绳）则为东北风，因为冷空气是流经海上，再到达南方陆地，因此会产生气团变性，气候特点也变成了潮湿寒冷（甚至不再寒冷），会在南方部分地区造成雨雪天气。这也就是我国冬季北方“干冷”、南方“湿冷”的主要原因之一了。

因此，广义的冬季风并不一定是西北风，也不一定就是干燥的，它在北方体现为寒冷干燥的西北风，在淮河以南则体现为寒冷（更南方则是温暖）湿润的东北风了。

编辑：紫竹与

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