某些山脈會自己製造天氣，比如局部暴雪

引言：經常去山野徒步的人多半都在山間遇到過，明明剛纔還在晴空之下快樂爬行，幾分鐘後卻被雲霧吞沒；山脈的一側暴雨傾盆，另一側卻陽光明媚；甚至有時山腳下突然颳起狂風，氣溫在短時間內猛升，積雪迅速融化。

更奇怪的是，爲什麼高山的山頂上總會繚繞像帽子一樣的雲層，看起來紋絲不動。

從氣象學角度來說，這些奇特的山地天氣絕非偶然。山脈確實能主動改變空氣的運動、溫度、溼度和穩定性，進而觸發雲、雨、雪、風暴，乃至各類極端天氣。

山脈不只是被天氣影響的地形，它們也會反過來塑造天氣。

圖 | 2014年8月5日國際空間站攝影：婆羅洲上空的雷暴雲砧，雲頂被高空風削平，山地上空不斷有對流新生 © NASA

各位好啊，歡迎收看最新一期的威客日報。

【本頻道把晦澀的學術論文掰開揉碎，用通俗的方式，分享當下新鮮的科學探索。】

覺得有意思，別忘了點贊收藏支持一下～

老大，雙擊圖片可以快速完成每日任務喲~

一、山從人面起，雲傍馬頭生

想象一股溼潤氣流從海洋持續吹向大陸。

在平坦地表，氣流能夠順暢推進，可一旦迎面撞上數千米高的山脈，無法穿透山體的氣流便只能選擇繞行，或是順着山坡被迫抬升。

這就是氣象學上所說的地形抬升（orographic lift）。

圖 | 氣象原理示意圖：氣流遭遇山地屏障後沿迎風坡被迫抬升，空氣上升冷卻凝結形成降水，越過山頂後在背風側下沉增溫、形成乾燥雨影區，完整呈現地形抬升的核心過程 © Workybooks（氣象科普示意圖）

氣流沿山坡爬升的過程中，海拔越高氣壓越低，空氣團會逐漸膨脹。膨脹需要消耗內能，氣團溫度隨之下降。當氣溫降至露點以下，空氣中的水汽便會凝結成微小水滴或冰晶，雲層由此生成。

若氣流持續抬升，雲滴與冰晶不斷增長，最終便會形成降雨或降雪。

因此山脈的迎風坡往往雲量更充沛、降水更頻繁。

山脈並沒有憑空製造水汽的能力，它只是將空氣中原本存在的水汽集中，大幅降低了凝結降落的門檻，這便是地形雨的核心原理。

夏威夷大島就是最典型的例子，東北信風裹挾着溼潤氣流撲向高山，迎風側山坡常年雲霧繚繞、植被繁茂，背風側則乾燥少雨。

在衛星影像上，山脈兩側的翠綠與焦土分界清晰，同一陣風被山體切割出了兩種截然不同的氣候。

圖 | 2014年1月Terra衛星MODIS影像：夏威夷大島，東北部迎風坡呈濃綠，西南部背風坡植被稀疏、地表裸露成褐，一條山脊劃出兩種地表 © NASA Earth Observatory

二、東邊日出西邊雨，道是無晴卻有晴

山脈對天氣最富戲劇感的塑造，往往不在迎風坡，而在背風的一面。

溼潤氣流在迎風坡上升冷卻，水汽凝結後以雨雪形式大量釋放，翻過山脊時，空氣中的水分已經所剩無幾。氣流沿背風坡下沉的過程中，海拔降低氣壓升高，氣團被持續壓縮，溫度不斷上升。升溫後的空氣能容納更多水汽，相對溼度進一步下降，雲層也隨之消散。

於是常常出現山的一邊陰雨連綿，另一邊卻晴空萬里的景象。

這種現象被稱爲雨影效應（rain shadow）。

圖 | 氣象原理示意圖：暖溼氣流遇山脈阻擋沿迎風坡抬升，水汽冷卻凝結形成降雨；氣流翻越山脊後沿背風坡下沉增溫，相對溼度下降、雲層消散，最終在山的背風側形成乾燥少雨的雨影區 © 公共領域氣象科普素材（氣象原理示意圖）

它能讓山脈兩側的降水量出現天壤之別，在部分區域，山脈甚至直接成爲溼潤氣候與乾旱氣候的天然分界線。

圖 | 2023年4月13日國際空間站攝影：喜馬拉雅山脈，南側山坡雲層密集、水汽充沛，越過主脊後北側的青藏高原幹裸少雲 © NASA

當然並非所有背風坡都必然乾旱。最終的天氣狀態還取決於風向、空氣溼度、山脈高度、氣流強度以及大尺度天氣系統的共同作用。

山脈不是簡單地過濾水汽就完事了，而是從根本上改變了氣流的運動軌跡與熱力性質。

三、火雲滿山凝未開，飛鳥千里不敢來

這就要說到一種非常著名的山地天氣：焚風（Föhn）。

它是一種發生在山脈背風側的暖性強風，乾燥且升溫顯著，在不同地區有不同的本土化名稱：北美落基山脈附近常稱爲欽諾克風（Chinook），阿根廷安第斯山脈附近有宗達（Zonda）風。

圖 | 南極半島焚風效應實拍：氣流翻越冰蓋山地時形成翻卷湍流雲系，直觀呈現山地背風坡氣流下沉的氣象過程 © Andrew Elvidge / 英國氣象局（Met Office）

焚風的特點，是它能讓溫度在很短時間內發生劇烈變化。

例如，1972年1月美國蒙大拿州洛馬（Loma）的一次欽諾克風事件中，美國國家氣象局記錄到該站24小時內氣溫從約零下48℃升至約9℃，變幅高達57℃。這種極端溫度變化並不是普通的暖空氣緩慢推進，而是強烈的山地風過程所造成的。

圖 | 欽諾克風形成原理示意圖：展示氣流翻越山地時迎風坡降水、背風坡絕熱增溫的焚風形成機制，圖上標註了不同海拔溫度與升溫速率 © 美國國家氣象局（NWS）經典氣象教學素材（公有領域）

關於焚風的升溫機制，經典解釋是溼潤空氣被迫爬升，在迎風坡凝結降水並釋放潛熱，抵消了部分降溫幅度；氣流翻山後下沉壓縮，溫度持續升高，最終背風坡的空氣會比同海拔迎風側更暖、更幹。

但後續研究發現，這並非唯一的成因。部分焚風事件中，迎風坡並沒有出現明顯降水，背風側依然會形成暖幹風。

研究者證實，高空的空氣被裹挾下沉至山腳、氣流過山時發生湍流混合等過程，同樣可能對升溫起到關鍵作用。也就是說焚風沒有單一的標準答案，不同山脈、不同天氣條件下，起主導作用的機制可能完全不同。

四、嶺上晴雲披絮帽，樹頭初日掛銅鉦

由於我本人非常喜歡刷戶外爬山視頻，比如貢嘎、南迦巴瓦、珠穆朗瑪峯這種都是出鏡比較多的山峯，在不少視頻裏都觀察到有一種雲，常年盤踞在峯頂，一開始誤以爲只是山峯的偶然氣象。

圖 | 南迦巴瓦峯莢狀雲實拍：橫版全景下峯頂橫亙長條駐波雲，側光勾勒雪山山脊明暗層次 © 自然風光攝影素材

後來查找資料才得知它的專業名稱叫：莢狀雲（lenticular cloud）。

它通常呈現平滑、扁圓或透鏡狀，有時層疊堆疊如同飛碟，常出現在山峯上空或背風一側。

圖 | 現代攝影：層疊如盤碟的莢狀雲懸在山脊上空，雲體邊緣平滑、輪廓分明 © WMO International Cloud Atlas

山間明明狂風呼嘯，這朵雲卻可以釘在原地，紋絲不動。

原因在於，莢狀雲並不是一團固定的水汽，而是持續生成又持續消散的動態流水線。

當穩定的空氣流過山脈時，山體擾動會讓氣流上下振盪，形成所謂的山嶽波（mountain wave）。氣流在波峯處上升冷卻，水汽凝結成雲；在波谷處下沉升溫，雲滴蒸發消散。

因此，雲的形狀和位置可能保持相對穩定，但構成雲的空氣與水滴始終在快速更替。

圖 | 2024年9月7日Landsat 8衛星影像：新西蘭南島泰伊裏上空被當地人稱作“泰伊裏寵物”的長條莢狀雲，雲體貼着山脊停駐不動 © NASA Earth Observatory

就像山間的瀑布，水流永不停歇地穿過，瀑布的形態卻能始終如一。

山嶽波不僅會製造漂亮的雲景，也可能帶來嚴重的航空風險。強烈的波動與湍流會讓飛機在看似平靜的高空遭遇劇烈顛簸，極強的升降氣流甚至會威脅飛行安全。

圖 | 2025年4月7日VIIRS衛星影像：阿拉斯加半島上空，氣流越過山脊後形成邊緣鋒利的駐波雲列，雲列一直延伸到海面上空 © NASA Earth Observatory

五、庭戶無人秋月明，夜霜欲落氣先清

山脈不僅能改造大尺度氣流，還會催生極具局地性的小型風場。

白天，太陽照射山坡，山體表層快速升溫，貼近坡面的空氣也隨之受熱。暖空氣密度較低，會沿山坡向上流動，這種風被稱爲穀風或上坡風（anabatic wind）。

到了夜晚，坡面向外輻射熱量迅速降溫，近地面空氣變冷、密度增大，便順着山坡向下滑入山谷底部，形成山風或下坡風（katabatic wind）。

圖 | 三維視角展示完整的局地環流結構，能清晰看到山谷中央與坡面的氣流互補關係，白天穀風環流、夜晚山風環流分別呈現 © 《中國大百科全書》

這意味着，即使區域天氣預報顯示風向穩定，山谷內也可能因爲日照條件、坡面朝向和地形結構，出現完全不同的局地風向。

夜間冷空氣還會不斷向谷底彙集，形成冷空氣湖。山谷底部往往比周邊坡地溫度更低，更容易出現霜凍、大霧與低空逆溫。

圖 | 1987年3月29日Landsat 5衛星影像：阿根廷湖區，夜間沿坡面下滑的冷空氣在谷底匯成冷空氣湖並凝結成濃霧，高處坡面依然清朗，東側巴塔哥尼亞草原乾枯成褐 © NASA Earth Observatory

這種局地小氣候對農業、交通與山地居民的生活影響顯著。比如同一個區域裏，谷底的村莊可能遭遇嚴重霜凍，附近山坡上的農田卻能保持相對溫暖。

六、黑雲翻墨未遮山，白雨跳珠亂入船

山脈不僅影響已有的雲雨，它還能深刻改變天氣系統的發展進程。

當暖溼空氣遭遇山地被迫抬升時，如果大氣本身處於不穩定狀態，抬升過程會進一步強化對流，觸發強烈雷暴與短時強降雨。

圖 | 實景航拍：山地地形強迫抬升暖溼氣流，催生出邊界清晰的局地雷暴雨團，強降雨集中在有限山體範圍內，短距離內天氣差異顯著 © 公共領域地理航拍素材（實景航拍）

有些情況下，山脈會引導低層空氣向特定區域匯聚，讓水汽與能量高度集中；另一些情況下，背風側的下沉氣流又會強烈抑制雲層發展。

圖 | 實景照片：山脈迎風坡被厚重雨雲籠罩並伴隨局地降雨，氣流翻越山脊後沿背風側下沉增溫，雲層發展被持續抑制，背風區域天空通透晴朗，兩側天氣邊界清晰 © SFBayWeather（實景照片）

因此山脈既可能催生暴雨，也可能阻斷降雨，它對天氣的作用最終結果取決於地形與大氣條件的複雜耦合。

這就是爲什麼山區天氣預報難度極高的根本原因。

山峯、山谷、坡向與海拔的細微變化，會在極短距離內催生出截然不同的風場、溫度、溼度與降水條件。平原上幾公里的距離，天氣差異可能微乎其微；而在複雜山地，幾公里之外就可能是完全不同的天氣環境。

七、總結一下

某些山脈之所以看起來像擁有獨立的天氣，是因爲它們能夠主動改變空氣的運動路徑。

氣流受山體阻擋被迫抬升，會膨脹冷卻，形成地形雲與地形降水；翻越山脈後下沉，則因壓縮增溫，催生雨影效應與焚風現象。穩定氣流經過山地還會形成山嶽波，造就位置恆定的莢狀雲；坡面的晝夜溫差，則驅動了穀風、山風的循環，以及谷底冷空氣彙集的局地氣候特徵。

圖 | 2020年12月29日Landsat 8衛星影像：南極橫貫山脈艾森豪威爾嶺，氣流翻越山脊後凝成一串莢狀雲，在山脊上空排成一列 © NASA Earth Observatory

本期話題：突然想再看一遍《天氣之子》。

老大，雙擊圖片可以快速完成每日任務喲~

查證資料、整理文稿花費不少時間，感謝大家的點贊、盒電和收藏。

關注威客日報，定期蒐羅各大期刊新奇科研內容，一起積攢好玩又小衆的科學見聞，咱們下期再會。

--------------------------------------------------------------------------

參考文獻：

[1] UK Met Office. “Foehn effect.”關於焚風機制、欽諾克風和溫度變化的說明。

[2] Elvidge, A. D., & Renfrew, I. A. “The Causes of Foehn Warming in the Lee of Mountains.” Bulletin of the American Meteorological Society, 2016, 97(3): 455–466.

[3] NASA Global Precipitation Measurement Mission. “What effect do mountainous regions have on measuring precipitation?”地形抬升與降水。

[4] NOAA. “Rain Shadows on the Summits of Hawaii.”夏威夷大島雨影效應。

[5] NOAA National Weather Service. “Mountain Waves.”山嶽波及航空風險。

[6] World Meteorological Organization (WMO). International Cloud Atlas: Orographic Influence on the Leeward Side.

[7] Royal Meteorological Society. “Anabatic and Katabatic Flow: The MetMatters Guide to Mountain Winds.”