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受風力影響的樹木

是大规模的气体流动现象。在地球上,风是由空气的大范围运动形成的。在外层空间太阳风是气体或带电粒子太阳到太空的流动,而行星风则是星球大气层的轻分子释气作用飘散至太空。风通常可按空间尺度英语scale (spatial)速度、力度、肇因、产生区域及其影响来划分。在太阳系海王星木星上,曾观测到迄今为止于星球上产生的最为强烈的风。

气象学中,经常用风的大小和风的方向来描述风。短期的高速的风的爆发被成为阵风。极短时间内(大约1分钟)的强风被称为英语squall。长时间的风可根据它们得平均强度被称呼不同的名字,比如微风烈風风暴飓风台风等。风发生的时间范围很大,有只持续几十分钟的雷暴气流,有可持续几小时的因地表加热而产生的局地微风,也有因地球上不同气候区内吸收太阳能量不同而产生的全球性的风。大尺度大氣環流产生的两个主要原因是赤道和极地之间的所受不同的加热,以及行星的旋转(科里奥利效应)。在热带,热低压和高原可以驱动季风环流。在海岸地区,海陆风循环在局地的风中占主要。在有起伏地形的地区,山谷风在局地风中占主要。

人类文明历史中,风引发了神话,影响过历史,扩展了运输战争的范围,为机械功娱乐提供了能源。风推动着帆船在地球的大海中航行。热气球利用风可作短途旅行,动力飞行可以利用风来增加升力和减少燃料消耗。一些天气现象引发的风切变区域可以导致航空器处于危险的境况。当风变强时,会毁坏树木和人造建筑。

风还可以通过不同的风成过程英语aeolian processes(比如沃土的形成,黄土的形成)和侵蚀作用改变地表形态。盛行风可以将大沙漠黄沙从源头带到很远的地方;粗糙的地形可以将风加速,因为对当地的影响很大,世界上一些区域的和沙尘暴相关的风都有自己的名字。风可以影响野火的蔓延。 很多种植物的种子是依靠风来散布,这些物种的生存和分布受风影响很大。一些飞行类昆虫的种群大小也受风影响。当风和低温同时发生时,对家畜会有不利影响。风还可以影响动物的食物的储存,以及它们的捕猎和自保的策略。

原因[编辑]

1888年超级暴雪英语Great Blizzard of 1888地面天气分析图。图中等压线较密集的区域表明有较大的风。

风是由气压的差异造成的。当气压差异存在时,空气会从高压区域向低压区域移动,从而产生风速大小不同的风。在一个旋转的星球上,在赤道以外的地方,空气的流动会受到科里奥利力的影响而产生偏转。就全球而言,大尺度风(大氣環流)的两个主要的驱动因子是赤道和极地之间的加热差异(吸收太阳能量的差异导致了浮力)和星球的旋转。在赤道之外的不受地面摩擦力影响的高空,大尺度的风倾向于达到地转平衡。在地球表面,摩擦力会使得风逐渐变慢。地表摩擦力还会使得更多的风被吹入低压区域[1]。一个新的有争议的理论认为, 森林引起的水汽凝结导致了对森林从海岸沿线吸引潮湿的空气过程的一个正反馈循环,从而产生了气压梯度。[2]

在解构和分析风廓线时会将风描述为物理的力的平衡。这种分析有助于简化大气的运动方程以及构造有关风的水平和垂直的分布的变量。地轉風是科里奥利力与气压梯度力平衡的结果。它平行于等压线流动,在中纬度地区大致流动在大氣邊界層之上。 [3]热成风英语thermal wind是大气中两层地转风的差分。它仅当大气有水平溫度梯度之时存在。[4]非地转风英语ageostrophy是地转风与真实风之差,它会导致空气逐渐填满气旋[5]梯度风英语gradient wind与地转风相似,但还包括离心力(或向心加速度)。[6]

测量[编辑]

一个风力磨坊式的风速计
一个锢囚的中尺度气旋龙卷风(俄克拉何马州,1999年5月)

风向经常被定义为风吹来的方向。比如,北风是从北方吹向南方。[7]风向标被用来指示风向。[8]在机场,風向袋被用来指示风向,它被吹拂的角度也被用来指示风速大小。[9]风速一般用风速计来测量,最常用的有转杯式和螺旋桨式。当需要频繁测量风速时(比如研究应用),可以利用超声波信号的传播速度或对加热电线的电阻的通风效应来测量风。[10]另外一种类型的风速计是利用皮托管来测量。皮托管的外管被暴露在风中测量动态压力,通过外管和内管之间的压力差可以计算出风速来。 [11]

全球范围内,各地的离地面10米(33英尺)高处的风的测量记录被平均每10分钟报告一次。美国热带气旋实行每1分钟报告一次风的记录,[12]以及平均每2分钟 作一次天气观测。[13]印度一般平均每3分钟报告一次风的记录。[14]知道采样风的平均时间是很重要的,因为1分钟持续风的平均风速一般要比10分钟持续风的平均风速大14%。[15]突然暴发的高速风被定义为阵风。阵风风速的一种技术上的定义为:超过10分钟间隔内测得的最小风速的最大风速差值,单位为 10節(19公里每小時)。英语squall是指风速超过某一临界值的两倍,并且持续至少一分钟的狂风。

对于高空的风,可以利用无线电探空仪上的GPS无线电导航英语LORAN,或用雷达追踪探空仪等方式来测量风速。[16]还有一种方法是,使用经纬仪从地面肉眼追踪搭载探空仪的气象气球英语weather balloon[17]可以用来探测风的遥感技术有声雷达英语SODAR多普勒激光雷达和多普勒雷达辐射计和雷达可以被搭载在飞机和太空来测量海洋的粗糙度。海洋表面的风速可以通过海洋粗糙度来估计。通过计算地球同步卫星图像中云移动的距离也可以估算出风速。風工程是研究风对建筑环境(包括建筑,桥梁和其它人造建筑)的效应的。

風的級別[编辑]

蒲福氏風級英國人弗朗西斯·蒲福(Francis Beaufort)於1805年根據风对地面物体或海面的影響程度而定出的風力等级。按風力強弱,將風力劃分為「0」至「12」,共13個等級,即目前世界氣象組織所建議的分級。到了1950年代,因為發展出更完善的測風儀器,在自然界中可以實際測量出的風力便大大地超超了12級的風力等级,於是就把風力等级由「0」至「12」級擴展至最高的「17」級,即共18個等級。

蒲福氏風級發明的時候是一種依靠觀察海面現象的分級法。各級數根據海情或浪的狀況來劃分,並沒有定明相關連的風速。

一个区域与另一个区域热带旋风风级术语是各有不同的,所以区域性与全球性也不相同‧比对列表如下。

一般風級 熱帶氣旋風級(10分鐘平均風速)
蒲福氏风级[18] 10分钟平均风速( 一般名称[19] 北印度洋
IMD
西南印度洋
MF
澳洲
BOM
西南太平洋
FMS
西北太平洋
JMA
西北太平洋
JTWC
东北太平洋&
北大西洋
NHC&CPHC
0 <1 無風 低氣壓 熱帶擾動 熱帶低區 热带低气压 热带低气压 热带低气压 热带低气压
1 1–3 軟風
2 4–6 輕風
3 7–10 微風
4 11–16 和風
5 17–21 清風
6 22–27 強風
7 28–29 疾風 深度低氣壓 熱帶低氣壓
30–33
8 34–40 大風 氣旋風暴 中度熱帶風暴 熱帶氣旋
(一級)
熱帶氣旋
(一級)
熱帶風暴 熱帶風暴 熱帶風暴
9 41–47 烈風
10 48–55 狂風 強烈氣旋風暴 强烈热带风暴 熱帶氣旋
(二級)
熱帶氣旋
(二級)
强烈热带风暴
11 56–63 暴風
12 64–72 颶風 特強氣旋風暴 熱帶氣旋 熱帶氣旋
(三級)
熱帶氣旋
(三級)
颱風 颱風 颶風
(一級)
13 73–85 颶風
(二級)
14 86–89 熱帶氣旋
(四級)
熱帶氣旋
(四級)
強烈颶風
(三級)
15 90–99 強烈熱帶氣旋
16 100–106 強烈颶風
(四級)
17 107–114 熱帶氣旋
(五級)
熱帶氣旋
(五級)
115–119 特強熱帶氣旋 超級颱風
>120 超級氣旋風暴 強烈颶風
(五級)

類型[编辑]

季候風[编辑]

季候风(又称季风)是周期性的风,随着季节变化,并且盛行风向季节切变达120度以上。主要发生在亚洲(东亚地区)、西非几内亚澳大利亚的北部沿海地带等地。

暴風[编辑]

根據香港天文台的定義,暴風的定義是指風力達蒲福氏風級10級至11級,即每小時88至117公里,相當於每小時48至63海里或每秒24至33米的風力。較暴風風力低一級的,是烈風,而高一級的則是颶風。

全球气候学[编辑]

西风带和贸易风
风作为地球大气环流的一部分

平均而言,东风在吹过极地的风中占主要部分。西风则在地球的中纬度地区占主要。副熱帶高壓脊地区的风大多来自极地方向,赤道地区又是多为东风。

紧接着副熱帶高壓脊之下的是赤道无风带,或是马纬度(即副热带无风带)。这些地区风速很小。地球上很多沙漠都是排列在副熱帶高壓脊的平均纬度上,这里空气的下沉使得空气的相对湿度减小。[20]地球上最强的风是在中纬度地区,寒冷的极地气团与温暖的热带气团在这里相遇。

风的应用[编辑]

历史[编辑]

基本上,關於風的應用早在西元前即有史料記載,其中較為人知的為人們利用風力去提水,並到宋代時發展達到頂峰,並於文藝復興時期之後傳入歐洲,在荷蘭等地勢較低漥的國家相當興盛,通常用途為農事方面。而十八世紀中葉後,英國人瓦特發明蒸汽機後,進入工業時代,而因此使得風的應用在此之後漸漸沒落,但到了二十世紀的1973年爆發石油危機以來,國際社會開始意識到能源的有限性以及生態上的浩劫下;因此,為了保護環境,風的相關應用開始受到各國重視,時至今日仍持續的發展當中,其中又以歐洲地區對於風的發展最為發達。[21]

运输[编辑]

基本上運輸方面是風較少應用的部分,儘管在以前的帆船時代是不可或缺的,但現代通常是著眼於機翼還有車子類;而機翼的設計在風的吹襲下仍可維持相當穩定的平衡,車的流線形車體則可在風阻較小的情況下,能有較佳的行駛品質與速度。

能源[编辑]

一座在草原上的風力發電機

風能是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量。空氣流具有的動能稱風能。空氣流速越高,動能越大。人們可以用風車把風的動能轉化為旋轉的動作去推動發電機,以產生電力,方法是透過傳動軸,將轉子(由以空氣動力推動的扇葉組成)的旋轉動力傳送至發電機。到2008年為止,全世界以風力產生的電力約有 94.1 百萬千瓦,供應的電力已超過全世界用量的1%。風能雖然對大多數國家而言還不是主要的能源,但在1999年到2005年之間已經成長了四倍以上。

娱乐[编辑]

許多娛樂活動都和風有關,像是懸掛式滑翔、乘热气球、放风筝風箏衝浪滑翔傘帆船航行、滑浪風帆、開滑翔机等。

以滑翔机為例,地面上方的风速梯度會影響滑翔机的起飛及降落階段,风速梯度會產生一種稱為地面发射(ground launch)的效果,但若风速梯度很大,或是有突然的變化,而飞行员保持相同的俯仰姿态,指示空速会增加,可能超过最大速度,因此飞行员需調整俯仰姿态來處理风速梯度的影響[22]

自然界中的角色[编辑]

风侵蚀[编辑]

風吹襲時,會大量夾帶走地表或岩壁上的微小物質,造成地形上的變化。

風會利用夾帶的沙粒等堅硬物質做為工具,對沿途的岩石進行撞擊與磨損,造出各種奇特的地形。如台灣野柳地質公園的女王頭。

沙尘暴/沙漠化[编辑]

沙塵暴:為風接觸到地面不平的突起產生亂流,並夾帶沙塵,產生移動。

沙漠化:風大、乾旱的地區遭到過量的耕種與畜牧,導致土地枯渴,成為不適合大部分植物生存的沙漠。

对植物的影响[编辑]

蒲公英、山菊、紅檜等植物利用風力傳播自身的種子。

當長期接受到風的影響,植物有時發生枝幹彎曲;風的強度大時,甚至被連根拔起或是斷裂。

对动物的影响[编辑]

當風對著動物吹襲時,若風力太強,會影響到動物的行動能力,有可能會造成減緩,或者是不平衡等,導致動物自身身體的損害。

外层空间[编辑]

行星风[编辑]

行星风也稱為大气逃逸,是指星球大气层中因著上層的流體動壓,使著一些較輕的分子(像氫氣)移動外氣層底(就是外氣層的底層),當其速度到達終端速度時,就在不影響其他氣體粒子的情形下進入外太空的情形[23]。隨著地質年代的變化,此過程可能會使得像地球一様豐含水的行星,會變成類似金星一様的星球[24]。若行星大氣下層的溫度較高,也會加速氫的流失[25]

太阳风[编辑]

太陽風是從恆星上層大氣射出的超高速電漿(帶電粒子)流。在不是太陽的情況下,這種帶電粒子流也常稱爲「恆星風」。

太陽風一詞是在1950年代被尤金·派克提出。但是直到1960年代才證實了它的存在。長期觀測發現,當太陽存在冕洞時,地球附近就能觀測到高速的太陽風。因此天文學家認為高速太陽風的產生與冕洞有密切的關係。太陽表面的磁場及電漿活動對地球有很重要的影響。當太陽發生強烈的活動時,大量的帶電粒子隨著太陽風吹向地球的兩極,就會在兩極的電離層引發美麗的極光

在太陽的日冕層的高溫(幾百萬開氏度)下,原子已經被電離成帶正電的質子、氦原子核和帶負電的自由電子等。這些帶電粒子運動速度極快,以致不斷有帶電的粒子掙脫太陽的重力束縛,射向太陽的外圍,形成太陽風。 太陽風的速度一般在200-800km/s。 一般認為在太陽極小期,從太陽的磁場極地附近吹出的是高速太陽風,從太陽的磁場赤道附近吹出的是低速太陽風。太陽的磁場的活動性是會變化的,週期大約為11年。

相关条目[编辑]

參考文獻[编辑]

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  25. ^ Rudolf Dvořák. Extrasolar Planets. Wiley-VCH. 2007: 139–140 [2009-05-05]. ISBN 978-3-527-40671-5. 

外部連結[编辑]