一年最热为什么不是夏至日？

对中国多数地区而言，夏季最难熬的日子要来了。每年七八月份，是那种中午下楼吃个饭都能掉层皮的酷刑。去年8月底，同事还跟我讨论，为什么夏天要热这么久。同事的理由好像是某个神话传说，细节我不太记得。我脱口而出：“可能因为混凝土吸了大量的热，不给它两三个月它放不完。”

说完立马觉得不对，这回答很符合我们的实际感受，但可能非常不科学。今天就来好好挖一挖这个问题。

我们都知道夏至日是每年6月21日前后，这时候太阳照射北半球时间最久，白天最长，晚上最短。夏至日阳光直射北回归线，北纬23.5度，汕头附近。

理论上，这天我们接收到的太阳辐射能量最多。过了夏至日，太阳直射点开始南移，白天也开始变短。但是，七八月为什么反而更热了呢？

从回南天说起

我们先从一个生活中的现象开始。

如果你住在混凝土建筑里，应该都有这个经历：6月份户外已经开始热起来了，但室内还相当凉快，开着纱门纱窗通风，简直是种享受；到了9月份，户外秋高气爽，一进屋却像一头扎进了烤箱。

尤其在华南地区，五六月份的“回南天”，室外湿热的空气一进屋，就会在冰冷的墙壁和地板上凝结成水珠。这都说明，建筑的温度变化，明显滞后于日照的变化。

我关于混凝土导致了热滞后的猜想，似乎有了一些道理。但很快就被一个更古老的智慧否定了：二十四节气。在没有混凝土的古代，老祖宗们就总结出了热在三伏的规律。

这说明，这种现象远比我们的城市更古老，它的根源在于地球本身。

大地是个保温箱

要理解这个现象，我们得把地球看作一个巨大的保温箱。它表面主要由海洋和陆地构成。

海洋很简单，它就是个巨无霸水缸。水拥有超强的储热能力，能吸收海量热能而自身温度仅上升一点点。

陆地则复杂一些，我们可以把它拆解成三个部分：大地中的水分、岩石土壤和人造建筑。

水分至关重要，是大地吸热的主力，和海洋作用类似。值得注意的是，水在大地中的分布其实只占一小部分，却吸收并储存了大部分的热。

相比之下，岩石和土壤虽然占大部分，却难以长期存储热量。它们比热容比水小，导热也慢。我之前去敦煌鸣沙山玩，表面滚汤的沙，向下挖十几厘米，沙子就凉快了。沙子成分和岩石接近，热量并没有传递并存储到大地深处去。

城市建筑，比如混凝土和柏油路，升温则更加疯狂。它们比热容和土壤岩石差不多，但颜色通常更深。尤其是柏油路，能吸收90%以上的太阳光。而且它们不含水分，无法像湿润的土地那样通过蒸发水分来“出汗降温”。白天它们疯狂吸热，晚上没太阳了，它们白天储存的巨大热量，毫无保留地向外输送，让城市的夜晚也凉快不下来。这就是城市热岛效应的直接原因。

但无论是土壤还是混凝土，都还无法解释一个核心问题：夏至日之后，温度为什么不降反升？

这里，我们需要引入一个漏气气球比喻。把地球看作一个有破洞的气球，太阳辐射往里吹气，地球向太空散热是气从破洞里溜走。

夏至日，吹气速度最大。夏至日之后两个多月，虽然太阳开始有点吹不动了，但进气速度依然大于气体溜走，气球就还在变大。

同理，夏至日之后，地表每天接收的热量虽然开始减少，但依然多于它散发出去的热量。这个巨大的热量库，每天的净收入还是正值，热量还在不停地堆积。直到三伏天的某一日，接收和散发的热量终于达到平衡，地球积攒的总热量才达到顶峰。过了这个顶点，散热大于储热，温度才真正开始下降。

这就像我们常说的碳达峰，你说碳排放达到最高这有什么值得骄傲的？听起来不像是件好事。但因为关心的不是总排放量，而是增速终于转负了，趋势正式开始逆转。

在这个过程中，起决定作用的是水。水，是地球最强的“热量海绵”，能吸收巨量的热量，而自身温度才上升一点点。水的比热容是沙石的4-5倍，这意味着它能用更温和的方式，储存远超大地的热量。

一个地方的昼夜温差，很大程度上就取决于水的存在。植被茂盛的丛林地区，水分充足，昼夜温差小；而干旱的沙漠，则温差极大。

再极端一点，如果地球没有水和大气会怎样？现实中就有个完美的例子——月球。没有水这块“热量海绵”，也没有大气这件“保温外衣”，白天吸多少热，晚上基本上就散多少热。月球表面白天温度可飙升至127℃，夜晚则骤降至-173℃。升温降温如此之快，热滞后现象也将不复存在。

所以，当我们抱怨天气时，别忘了月球的例子。我们脚下这颗星球，因为有了水和大气这两件最温柔的“恒温套装”，才没有变成一个冷热交替的炼狱。它们才是地球能孕育生命的最大奇迹之一。

吹气桶：副热带高压

仅仅靠大地自身的热量积累，还不足以解释三伏天那种令人绝望的酷热。真正的致命一击，来自一位天气预报里的“老熟人”——副热带高压。它到底是什么？是一团气吗？

是，也不是。

想象一个画面，在一条大河中，由于水流的特定模式，在某个位置形成了一个稳定存在的漩涡。漩涡本身仿佛永远不会消失，但它里面的每一个水分子都在不停换新。副热带高压就是地球大气中一个宏伟、稳定的空气漩涡。

对我国影响最大的，是西太平洋副热带高压。它的原料来自赤道。赤道上被晒得滚烫的空气，上升到高空，然后分南北两拨散开。向北的这一拨在高空变冷，下沉，最终划出一道巨大的弧线，在北纬30°左右着陆，形成这个庞大的高压系统。

既然它是一股气流，为什么不会自己散开？

为了理解它的稳定存在，我们可以把它想象成一个无顶无底的吹气桶：

桶顶，赤道的热气上升、偏转、冷却、下降，源源不断灌入桶中。
灌进桶里的空气挤压着桶内空间。挤压处升温，导致桶里空气上热下冷，桶内空气就几乎不会垂直对流。上方的热空气像一个无形的盖子，让空气只进不出。
顶部走不了的气体当然试图水平向四周跑，但是一吹出去就开始向右偏转（北半球科里奥利力），在某个位置刚好弯折90度，顺时针流动形成风墙。内部想要出去的其他气体迎面撞上，阻止风墙气体继续向右偏转指向内部。这两股力量就这么不断合流，增强这道风墙，达到某种平衡构成了桶壁，把大部分气体困在里面。
但这个空气桶壁到了底部，由于与地面摩擦变得没那么结实了，底部会向各个方向漏气，形成信风和西风。

其中“科里奥利力”我们下一章详细讲，你暂时可以先关注风墙。夏天走进商场大门的时候，门口是不是有个空调笔直对着地面吹？明明开着门，但为什么内外是两个世界，这就是风墙的阻隔作用。

这样一来，这个高压气体漩涡才能比较稳定存在。

副热带高压这个“吹气桶”，是个活物，它的形状和位置时刻变化。当它向北扩张，笼罩住你的城市，天气预报就会说该地区正处于副热带高压“控制”之下，非常形象。

想象一下电影《独立日》，外星母舰缓缓破云而出，悬在城市上空——副高带来的就是那样的压迫感。

它主要通过两种方式让你感觉酷热：

下沉气流，万里无云：副高内部，空气是下沉的，地面的热气被死死按在地上，碰不到高处的冷空气，这会抑制云的形成。结果就是晴空万里，太阳毫无遮挡地对你进行物理攻击。
输送水汽，闷热难当：副高常常把热带海洋上空那又热又湿的空气一起打包输送过来。高湿度会让你身上的汗液难以蒸发，人体的散热系统近乎瘫痪，这是魔法攻击。

这里必须注意，大地辐射散热和水蒸发散热，给人的体感是完全不同的。前者是“感热”，后者是“潜热”。

大地通过红外辐射散热，把地里一部分热量散到了你的房子上、你身上、你周围的空气里。大地它是散热了，对你来说，这是加热，也就是夏天傍晚那股子烘烤的感觉。

而水蒸发时，会把大量的“感热”吸收掉，转化成储存在水蒸气分子里的“潜热”。这些热量原本有的在大地上，有的在你身上，忽然好像都凭空消失了，这是真正的凉爽。当然，其实热量没有消失，只是被水蒸气送到九霄云外去了。

所以，在七八月份，同样是夏天，你可能会感受到两种截然不同的热。远离副高只有大地发热时，是一种相对清爽的热，吹着热风骑个车甚至不怎么出汗。副高来袭时，是衣服粘了一身的热，闷热到话都不愿多说一句。

这是两种不同的夏天，一个是青春洋溢的篮球场学长，一个是汗流浃背的找工作社畜。

科里奥利力

现在我们来详细说说科里奥利力，也叫地转偏向力，看看这个维持桶壁的东西是哪里来的。

这个力很神奇，它并不是真实的推力或拉力，而是一种惯性现象。

想象一枚炮弹，要从赤道笔直地飞向北极。可以有两种方式理解科里奥利力。

以地面观察者的视角：

炮弹在赤道起飞时，除了有向北的速度，还因为地球自转，携带了一个巨大的、自西向东的惯性速度（约1670公里/小时）。当它向北飞，到达的纬度越来越高，那里的地面纬度线周长越来越小，自转线速度也越来越慢。但炮弹由于惯性，依然保持着赤道的高速。于是，它会比它下方的地面“跑得快”，整体路线就向东偏了。对于向北飞的炮弹来说，这就是向右偏了。

反之，从北极向赤道飞，炮弹的初始东西向速度为零。当它飞向赤道时，它下方的地面正飞快地向东移动，炮弹“跟不上”，于是就落后了，向西偏。对于向南飞的炮弹来说，这同样是向右偏。

以上帝视角：

你在太空中看，旋转地球让炮弹到侧面去。这时候会发现炮弹在赤道起飞时，它的初始方向不是笔直向上，而是斜上方向你靠近。不考虑地球引力的话，它按理会在太空中沿着这个方向直线前进，但引力在拉扯它，把这条直线像贴透明胶带一样顺着初始方向贴到地球表面，让它走出一条“曲面上的直线”。这个也叫大圆航线，是球面上最短的路线，拿个地球仪贴一下就明白了。炮弹会一路向东北方向去，到达某个高纬度时，它刚好偏转到正东方向，然后再偏向东南，纬度开始下降，回到赤道上。

本来是向北飞的，但是却会在东北方向与北极点擦肩而过，这在地面的人看来不就是往右偏了吗？

所以，科里奥利力不是力，是一种错觉。我们在转，却常常忘了自己在转。直到发现东西没有像我们预想的那样走直线，才意识到有什么不对。

科学史上著名的傅科摆实验，正是利用这个原理证明了地球的自转。而且这也是为什么你看到的大气现象总是各种转圈圈。

不过，等等！较真的朋友应该还能发现新问题。如果炮弹是在某个中纬度地区水平发射出去，南北方向没有任何初速度，它为什么还会偏转？这似乎是不同纬度线速度不同解释不了的。

恭喜你进入了科里奥利力的深水区，你发现了一个重要事实：在物理上，科里奥利力背后不是一个单一物理规律在发挥作用。之前南北方向的偏转主要是角动量守恒搞的鬼，但在东西方向，主要原因是向心力平衡。

先重申一个重要概念：引力≠重力。

引力（F）是因为地球质量产生的，地球转不转都有这个力，它指向地心。向心力（f）只有转起来才有，转越快需要越大的向心力，它垂直指向地球自转轴。这两个力方向不同，从引力中分离掉向心力，剩下的部分是你感受到的重力（mg）。当然，由于引力非常大，向心力与之相比非常小，所以重力的方向和大小都近似于引力。

需要注意的是，引力是固定不变的，而向心力不是物体实际获得的力，它是描述“物体保持这个速度环绕需要多大的力”。

那么，对于一枚炮弹，如果它停着不动，引力不变，引力在向心力方向的分量（后面简称向心分量）提供的向心力刚好足够，它会待在原地。

向东发射，引力不变，但它环绕速度叠加了地球自转速度，比所在纬度快，向心分量提供不了足够的向心力，拉不住它。它有一个向太空飞去的趋势，与向心力方向相反。这个飞出去的趋势可以再分成垂直地表和沿着地表两个方向。垂直地表不影响偏转，但会产生一个有趣的厄缶效应（不能再展开否则没完没了）。我们关心的是炮弹沿地表的运动，它会往纬度更低、能提供更多向心力的地方移动。所以就往南移，向右偏转了。

向西发射，道理一样。只是叠加后速度比所在纬度慢，向心分量有多，有一个把它往自转轴拉的趋势。这个趋势在地表方向上就体现为向北移动，也是向右偏移。

一旦偏离正东西方向，之前的角动量守恒因素也会开始在南北方向上发挥作用，保证炮弹持续偏转下去。

研究到这里，有一种怪怪的感觉。怎么会这样？多个物理规律还能合在一起成为一个新规律吗？套娃呢这是？但数学家不这么看，他们总结出来的科里奥利力公式是这样的：

$$ {\displaystyle {\vec {F_{c}}}=-2m({\vec {\omega }}\times {\vec {v}})} $$

具体不解释了，这个公式能同时涵盖东西方向和南北方向的情况。噢，原来物理中的两件事，到了数学里是同一回事……抱歉，打扰了。

关于科里奥利力就此打住，解释热滞后问题的信息已经足够了。总之，科里奥利力的存在，使得副热带高压能维持住它的桶壁，把高压气体困在内部，形成这种独特的大气现象。

提醒一下，在生活中，科里奥利力的作用不明显。你家马桶或水池的下水漩涡方向，主要是由水池形状和水的初始扰动决定的，和它关系不大。