天气学(二)

       I 风的定义

       空气的水平运动称为风。风是由空气流动引起的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳光照射在地球表面上,使地表温度升高,地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后,低温的冷空气横向流入,上升的空气因逐渐冷却变重而降落,由于地表温度较高又会加热空气使之上升,这种空气的流动就产生了风。  

       从科学的角度来看,风常指空气的水平运动分量,它不仅有数值的大小(风速),还具有方向(风向)。因此风是向量。但对于飞行来说,还包括垂直运动分量,即所谓垂直或升降气流。大风可移动物体与物体(物质质量)方向。风的速度很快。

      风向是指风的来向。地面风向用 16 方位表示,高空风向常用方位度数表示,即以 0°(或 360°)表示正北,90°表示正东,180°表示正南,270°表示正西。在 16 方位中,每相邻方位间的角差为 22.5°。

       风速是空气在单位时间内移动的水平距离,风速单位常用 m/s(米/秒)、knot(海里/小时,又称“节”,)和km/h 表示,其换算关系如下 :

1m/s=3.6km/h 1knot=1.852km/h

1km/h=0.28m/s 1knot=1/2m/s

      大气中水平风速一般为 1.0~10米/秒,台风、龙卷风有时达到102米/秒。而农田中的风速可以小于0.1米/秒。风速的观测资料有瞬时值和平均值两种,一般使用平均值。

       风速的表示有时采用压力,称为风压。如果以 V 表示风速(m/s),P 为垂直于风的来向,1m2 面积上所受风的压力 kg/m2,其关系式为:P=0.125V2(1·13)。 

       风的测量多用电接风向风速计、轻便风速表、达因式风向风速计,以及用于测量农田中微风的热球微风仪等仪器进行;也可根据地面物体征象按风力等级表估计。

       II 风的成因

       水从高处流向低处,空气却从密的地方流向疏的地方。空气的上下流动叫做“水流”,空气水平移动便是风。

       至于空气为什么移动?这主要是因为:地球所接受到的太阳辐射能量,各地区并不均匀。于是,能量较高的区域,空气受热上升,邻近较冷区域的空气便流过来补充,而形成了风。

       自古以来人类就知道利用风来做事情,例如帆船靠风力行驶,风车靠风力转动来磨面和灌田,还有现代的风力发电等都是。

但是要利用风,除了得知道风速之外,也得知道风向。例如放风筝的时候,先要知道风从哪一个方向吹来,让风迎面吹过来。飞机起飞和降落,也要对着风的来向,但是帆船就必须要顺着风向,才能把船吹送得更快。

●海风和陆风

海风和陆风是因为在陆地和海面上的空气温度有差异,而发生的空气流动现象。

海风和陆风的变化是发生在一天之内。白天,风从海吹向陆地;夜晚,风则从陆地吹向海面。这种现象以夏季热带海滨地区最常见。由于陆面比水面吸热的快,而且冷得也快,所以白天陆地比海面暖和;夜晚陆地则比海面冷。

白天因受强烈的日射,陆地的热空气,变轻而上升,风由海面吹向陆地,这就是海风。到了晚间,海面不像陆地一般急遽变冷,反而导致海上的空气上升,于是陆地上变冷的空气流向海面,这就是陆风。

海风和陆风是白天和夜间,以半天为周期,而风向完全相反的风,风力也不一样。一般来说,海风比陆风强,每秒可达十公尺左右;范围也较大,通常能进入陆地二十至三十公里。海风在白天,陆风则在夜间吹拂,它们交替的时间是在清晨和傍晚。

当海风和陆风交替时,空气停止活动,而处于宁静的无风状态,分别发生在清晨和傍晚各一次;气压倾度弱的时候,在夏季海边地区常常发生。

●山风和谷风

在山区,当天气晴朗而日射强烈时,白天风从谷底吹向山顶,就叫做谷风。

谷风是由于山谷的斜坡上接受强烈日射所散发的热,连带使附近地区也受热,空气变轻沿斜坡上升,而形成往山顶吹拂的风。谷风日出后不久即开始,白天最强,日落后不久就停止,谷风吹拂的日子,在山腰形成云的机会较多。

白天山头受热较早,气温较高,空气较轻而上升,于是由山谷向山坡流动,称为谷风。但是,入夜以后没有日射时,山坡上会相反地急速冷却,使得附近地区的空气变重,又由于在山麓地带,入夜后山头散热比山谷快速,气温较低,空气密度大比较重,因此沿山坡下滑,称为山风。

山风在日落后不久即开始,而在夜间至清晨最强,日出后不久就停止。山、谷风通常都很微弱,然而冬季的山风有时相当强烈。谷风都在日出后半小时开始,继续吹到日落前半小时,当山坡日射最强时风速最大。


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