北風(fēng)呼呼的吹，氣溫嗖嗖的漲……原因真是你理解的“鋒前增溫”現(xiàn)象嗎？

所謂的“鋒前增溫”某種意義上是一個(gè)關(guān)于“冷空氣前鋒”的有趣誤會(huì)，換一個(gè)角度而言本該是“鋒后增溫”；以這個(gè)“誤會(huì)”作為前提探究原因?qū)е铝藷o解，進(jìn)而被“強(qiáng)行解釋”成反物理的錯(cuò)誤；這個(gè)錯(cuò)誤流傳之廣以至于成為“標(biāo)準(zhǔn)答案”，必須被糾正。

一、北風(fēng)呼呼的吹，氣溫嗖嗖的漲——再談所謂“鋒前增溫”現(xiàn)象

前晚北京北風(fēng)大作，我就知道第二天早上的24小時(shí)變溫會(huì)是紅彤彤一片，果不其然：

這就是所謂“鋒前增溫”現(xiàn)象。如果你在網(wǎng)上尋找答案，基本都是這樣的：“在冷空氣到來之前，處在冷鋒前部的區(qū)域一般是被暖氣團(tuán)所控制，隨著冷鋒逼近，冷空氣把原來占主導(dǎo)地位的暖氣團(tuán)迅速擠壓到狹窄區(qū)域聚集增溫”——錯(cuò)！大錯(cuò)特錯(cuò)！

很遺憾，這個(gè)想當(dāng)然的解釋，其根源應(yīng)該是來自業(yè)內(nèi)人士，是對(duì)“壓縮增溫”這一物理現(xiàn)象的錯(cuò)誤運(yùn)用，正確的理解簡單來說分兩步：

1、升溫確實(shí)是因?yàn)榭諝鈮嚎s增溫，但不是暖空氣被冷空氣擠壓，而是冷空氣自己壓縮；

2、空氣的壓縮是下沉運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的，不是水平擠壓：只有高海拔的低氣壓大氣下到低海拔的高氣壓區(qū)域才會(huì)被壓縮，而冷空氣與暖空氣都是沒有剛體邊界的氣體，冷暖空氣及其間氣壓差其實(shí)都極小，那個(gè)錯(cuò)誤想象出來的冷擠壓暖是不存在的，退一步說就算有也是小到可以忽略不計(jì)的。大氣的宏觀水平運(yùn)動(dòng)也就是風(fēng)，被視為不可壓縮（空氣的爆炸、雷電、聲波等微尺度運(yùn)動(dòng)是可壓縮的）。

至于冷空氣為什么會(huì)下沉，這個(gè)問題過于復(fù)雜和專業(yè)，為了聚焦，此處不多說，只要記?。涸诔跗冢L(fēng)越大，越有利于上層空氣下沉就行了，所以冷空氣的升溫總是與大風(fēng)來臨相伴，自然了，既然是西北大風(fēng)，當(dāng)然不在代表暖空氣的南風(fēng)里：

上面24小時(shí)的升溫值從宏觀上展示了增溫現(xiàn)象，但其實(shí)并不準(zhǔn)確，下圖給出的溫度和濕度變化曲線才是冷空氣降溫的直接觀測(cè)，時(shí)間與上圖大范圍西北強(qiáng)風(fēng)在北京平原地區(qū)刮起的時(shí)間是吻合的。

12月5日08時(shí)至6日08時(shí)北京站溫度和露點(diǎn)溫度變化曲線

（籃框內(nèi)為5日22時(shí)至24時(shí)區(qū)間）

關(guān)于冷空氣造成升溫的現(xiàn)象和解釋，兩年前的今天我曾有詳細(xì)的文章（《剛剛發(fā)生：冷空氣造成北京升溫，廣州的冬晨竟然比北京冷！——兼談“鋒前增溫”的誤導(dǎo)！》）介紹，不再多重復(fù)，下面談?wù)劄槭裁磳I(yè)人士也會(huì)搞錯(cuò)的問題。

二、氣象學(xué)是一個(gè)天坑：只適合有膽子和無知的人跳

為什么專業(yè)人士也會(huì)搞錯(cuò)？根源在于天氣現(xiàn)象的復(fù)雜性和大氣科學(xué)研究認(rèn)識(shí)的“近似性”。氣象中有太多的事情是我們并不清楚的，認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)是一個(gè)變化的過程。

事實(shí)大白話很殘酷：很多時(shí)候很多地方“磚家”也沒搞懂——這個(gè)當(dāng)然也包括我自己！

殘酷嗎？比這個(gè)更殘酷的是：這玩意其實(shí)是永遠(yuǎn)也搞不懂（你想要的那種懂）的！或者說這玩意其實(shí)已經(jīng)搞懂了：它永遠(yuǎn)只能是近似和不確定的，它的真理有前提，是相對(duì)的。

下面我嘗試用最簡單的話來說這個(gè)最根本的原因：

大氣受物理規(guī)律制約，物理規(guī)律本來很清晰很簡單，但問題是大氣是無數(shù)相互位置和物理屬性都不停變化的氣體分子組成的流體，這就麻煩了，因?yàn)榭梢杂袩o窮種時(shí)空大小且變化的組合體和運(yùn)動(dòng)（我們把它叫做不同尺度），不同尺度的組合體作為整體的物理變化規(guī)律是不一樣的。

比如說聲音振動(dòng)和雷電擊穿空氣這樣的微尺度組合，那是要考慮壓縮效果的，但其空氣分子的運(yùn)動(dòng)我們氣象基本是不考慮的，太微小了，至于地球旋轉(zhuǎn)的影響就更微不足道；但空氣流動(dòng)（刮風(fēng)）這樣的尺度，空氣壓縮在水平方向上就不考慮了，空氣分子的運(yùn)動(dòng)是考慮的核心，如果小范圍的運(yùn)動(dòng)地球旋轉(zhuǎn)影響還很小，但千公里的大氣流動(dòng)，地球旋轉(zhuǎn)就起到至關(guān)重要的作用了。

問題來了，誰影響了你身邊的氣溫？不是哪一個(gè)尺度，是所有尺度！

對(duì)這些不同尺度組合體的空氣運(yùn)動(dòng)，大氣科學(xué)的很多研究成果和科學(xué)認(rèn)知，其實(shí)有作為前提條件的假設(shè)，應(yīng)用的時(shí)候又有作為有效性的近似。天氣現(xiàn)象背后的原因，是很多這些認(rèn)知的綜合。

可以想象了么？假設(shè)+近似+很多假設(shè)與近似的組合=無窮的坑。

我們“氣象專家”是真正的磚家：一生都在搬這科學(xué)認(rèn)知的磚。職業(yè)生涯就是不斷從一個(gè)坑跳到另一個(gè)坑的歷史，有的坑甚至一生也沒出來（沒搞懂），沒跳出來也就罷了，還有可能根本就不知道自己在坑里（以為搞懂了其實(shí)未必），何其悲呼！

氣象學(xué)是天坑，只適合有膽子和無知的人跳，我是后者。

三、影響氣溫變化的幾大主要物理原因

影響氣溫變化的物理原因可以從內(nèi)外熱量變化兩方面來認(rèn)識(shí)。內(nèi)，就是不考慮外部加熱因素，只考慮自身運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生的熱變化（能量形勢(shì)會(huì)轉(zhuǎn)移，熱能可以由其它能量轉(zhuǎn)換），這叫“絕熱變化”；外就是外部加熱或者對(duì)外部加熱，這叫做“非絕熱加熱”，其實(shí)非絕熱加熱中還有即內(nèi)又外的因子，潛熱轉(zhuǎn)換。算了，還是

簡單來說吧，造成氣溫變化有四個(gè)主要物理原因，從理解的易到難分別是：

1、冷（暖）空氣：最容易理解的冷空氣來降溫暖空氣來升溫，這叫做冷暖平流。

2、晝夜溫差：這個(gè)也很容易理解，但稍微復(fù)雜，因?yàn)椴辉偈瞧搅鞯膯我豢紤]，而是收支的雙方博弈。收：太陽照射得到熱量；支：地表向寒冷外太空放射熱量。晴天：白天收大于支，夜晚無收入純支出，晝夜溫差大，晝暖夜冷。陰天有云：白天收減小，支也減小，晝夜溫差小。

3、水的影響：空氣中的水汽，在人類生活的地面可以有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種相態(tài)，所以轉(zhuǎn)換頻繁，轉(zhuǎn)換的時(shí)候就伴隨著潛熱的吸收和釋放。融化、蒸發(fā)的過程需要吸收環(huán)境熱量導(dǎo)致環(huán)境冷，反過來凝結(jié)和凍結(jié)的過程會(huì)釋放出潛熱加熱環(huán)境?！跋卵┎焕浠├洹?，就是固態(tài)轉(zhuǎn)液態(tài)吸收了空氣潛熱導(dǎo)致氣溫下降的體現(xiàn)，雷暴雨很冷也有這個(gè)因素，是下落過程冰雪融化和雨滴蒸發(fā)共同的作用。

4、壓縮升溫膨脹降溫：這個(gè)最難，既有跟常識(shí)相關(guān)的部分（熱脹冷縮的反向），又不被認(rèn)知。大家都知道物體會(huì)熱脹冷縮，尤其對(duì)于氣體變化程度更大。但熱脹冷縮之后會(huì)發(fā)生什么呢？很簡單，自然規(guī)律：一個(gè)原因?qū)е铝私Y(jié)果那么這個(gè)結(jié)果就會(huì)消減原因。也就是一個(gè)氣塊熱了會(huì)膨脹，膨脹之后溫度就下降了，如果不是：熱脹了，脹了還熱？那這世界就不存在了。

在大氣層中，由于空氣重力的累積，越往高空壓力越小，越接近地面壓力越大，由于大氣沒有水平剛體邊界，所以水平方向接近等壓。所以空氣上升必然膨脹，下沉空氣必然壓縮，空氣水平流動(dòng)沒有壓縮膨脹。

要點(diǎn)來了：冷氣團(tuán)的到來除了提供冷平流之外，某些情況下還會(huì)伴隨空氣的下沉運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于我們討論的鋒前增溫過程，上述第3種潛熱因素，在地面沒有降水的背景下沒有影響，第2種晝夜溫差的影響主要是輻射作用體現(xiàn)，也可以不考慮。所以只剩下了1和4。很遺憾，4因?yàn)楸容^難，比較隱蔽所以容易被忽視，于是都只盯著1了，然而這就過于簡單了。

簡單當(dāng)然是必要的：冷空氣來了，天要變涼了。這就是公眾天氣認(rèn)知，但是如果想刨根問底兒找原因，那么上面這四種物理原因在不同地理環(huán)境下不同的時(shí)間可以組合出各種現(xiàn)象和答案，復(fù)雜到出現(xiàn)反常識(shí)現(xiàn)象“冷空氣升溫”，復(fù)雜到我們氣象科學(xué)從業(yè)者也常常會(huì)犯錯(cuò)誤。

四、“鋒前增溫”實(shí)在“鋒后”

鋒：天氣學(xué)上定義為物理要素（風(fēng)、溫度、濕度、氣壓等等）不連續(xù)分布的邊界區(qū)域（也就是變化大的區(qū)域），比如弱風(fēng)區(qū)和強(qiáng)風(fēng)區(qū)的交界，高溫區(qū)和低溫區(qū)的交界，高濕區(qū)和低濕區(qū)的交界等。它們經(jīng)常一體，自然了，它可以作為劃分不同性質(zhì)氣團(tuán)交界面的特征，這就是我們常說的鋒面。鋒面往暖區(qū)跑就是冷鋒，往冷區(qū)跑就是暖鋒，不怎么動(dòng)就是靜止鋒。

這看起來很簡單：假如有冷鋒，那冷的一側(cè)就在后面肯定就是冷空氣唄。所以增溫的一側(cè)肯定就是在冷鋒的前面了唄，所以這就是鋒前增溫了。

但問題就在于老天爺一點(diǎn)都不簡單：當(dāng)冷氣團(tuán)前沿的下沉壓縮增溫貢獻(xiàn)大于冷平流的降溫貢獻(xiàn)時(shí)，氣溫就會(huì)不降反升。

這在華北大地是常見現(xiàn)象，尤其是疊加了第二階梯地形下到平原之后的諸多原因（焚風(fēng)只是其一）之后。

問題的根源來自“鋒面”的定義，這是人類一百多年前的認(rèn)知，來自沒有垂直觀測(cè)的年代，來自歐洲中高緯那樣的地理環(huán)境（所謂挪威學(xué)派），是一種對(duì)于大尺度大氣水平運(yùn)動(dòng)的近似認(rèn)知。它的很多知識(shí)點(diǎn)有它誕生的時(shí)代背景局限，更適合誕生的地理背景下的大尺度水平運(yùn)動(dòng)，就好像牛頓運(yùn)動(dòng)定律只在宏觀物理世界有效一樣。當(dāng)情況復(fù)雜時(shí)它的局限就出來了，就好像進(jìn)入微觀高速世界需要應(yīng)用相對(duì)論而不是牛頓運(yùn)動(dòng)定律一樣。

比如說：上面那些經(jīng)典的氣團(tuán)和鋒面理論中，代表冷暖空氣邊界的鋒面溫度和風(fēng)基本是一體的，邊界也是一致的。但在冷空氣超級(jí)大范圍超級(jí)厚實(shí)的西伯利亞，在冷空氣來到大地形西高東低的東亞的時(shí)候，在它們白天過蒙古高原夜晚下華北東北平原的情況下。很多東西變了，風(fēng)還是冷空氣的西北風(fēng)，但因?yàn)橄鲁猎鰷卦诘孛嫠鼩鉁厣吡?，不冷了，風(fēng)和溫度一起度量的鋒面產(chǎn)生了矛盾，何去何從？

依照溫度定義，冷鋒只好退到了氣溫沒升的地方，于是增溫就變成鋒前了。鋒前？讓我們看看錯(cuò)誤認(rèn)知是如何被這個(gè)已經(jīng)不適應(yīng)的定義帶歪的吧：1，鋒前的暖平流大多數(shù)時(shí)候都很微弱，解釋不了這個(gè)巨量升溫；2，升溫又經(jīng)常都在后半夜木有太陽啊，也沒有凝結(jié)凍結(jié)現(xiàn)象或者說微不足道，2、3的非絕熱加熱肯定解釋不了；4，只可能是絕熱加熱項(xiàng)——壓縮增溫了，鋒前暖區(qū)是沒法對(duì)應(yīng)下沉運(yùn)動(dòng)的，怎么辦？咦！冷空氣沖過來了啊，暖空氣肯定被擠了——想當(dāng)然，錯(cuò)誤就此誕生。

可惜了，錯(cuò)在臨門一腳。根源就是死抱著“溫度暖的一邊一定是暖氣團(tuán)”這個(gè)看似無比正確而其實(shí)不一定的觀點(diǎn)上，把自己束縛住了。前提已錯(cuò)，結(jié)論自然難對(duì)。

看到這里如果還不能理解，還質(zhì)疑鋒前鋒后的問題，那么。

五、再給點(diǎn)宏觀證據(jù)：

很宏觀很大尺度的，不可能錯(cuò)的氣團(tuán)證據(jù)。

昨晚到今晨，華北的大范圍升溫區(qū)域究竟在鋒前還是鋒后的，其實(shí)是一目了然的，地面因?yàn)槭艿较鲁吝\(yùn)動(dòng)溫度影響過于復(fù)雜，有時(shí)候不能真正反映冷平流（冷空氣），用850hPa等壓面要素看得會(huì)更清楚些。下面就是對(duì)850hPa等壓面的實(shí)際觀測(cè)和計(jì)算。

這個(gè)問題很重要，它不僅僅是“鋒前增溫”問題，而是牽涉到如何理解全部的氣溫升降問題，自然也與高溫相關(guān)，只要人們想知道“冷暖的為什么”，這個(gè)知識(shí)點(diǎn)都是繞不過去的，故而即便其專業(yè)，也只能不厭其煩寫它。兩年前說過這個(gè)問題，兩年后網(wǎng)上依然幾乎找不到正確認(rèn)知，慢慢來吧。