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风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从太阳到太空的流动,而行星风则是星球大气层的轻分子经释气作用飘散至太空。风通常可按空间尺度、速度、力度、肇因、产生区域及其影响来划分。在太阳系的海王星和木星上,曾观测到迄今为止于星球上产生的最为强烈的风。
在气象学中,经常用风的强度和风的方向来描述风。短期的高速的风的爆发被称为阵风。极短时间内(大约1分钟)的强风被称为。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、烈风、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。大尺度大气环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。
在人类文明历史中,风引发了神话,影响过历史,扩展了运输和战争的范围,为机械功,电和娱乐提供了能源。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(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的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。
目录
成因
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[1]。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氏力的影响而产生偏转。就全球而言,大尺度风(大气环流)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。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。
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。地转风是科氏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气边界层之上。热成风是大气中两层地转风的差分。它仅当大气有水平温度梯度之时存在。非地转性是地转风与真实风之差,它会导致空气逐渐填满气旋。梯度风与地转风相似,但还包括离心力(或向心加速度)。
气象数据
风向
风向一般是指风吹来的方向。比如,北风是指从北方吹向南方的风。
风的级别
蒲福风级
蒲福风级是英国人弗朗西斯•蒲福(Francis Beaufort)于1805年根据风对地面物体或海面的影响程度而定出的风力等级[2]。按风力强弱,将风力划分为“0”至“12”,共13个等级,即目前世界气象组织所建议的分级。到了1950年代,因为发展出更完善的测风仪器,在自然界中可以实际测量出的风力便大大地超超了12级的风力等级,于是就把风力等级由“0”至“12”级扩展至最高的“17”级,即共18个等级。
蒲福氏风级发明的时候是一种依靠观察海面现象的分级法。各级数根据海情或浪的状况来划分,并没有定明相关连的风速。
改良藤田级数用作分类龙卷风强度等级,在2007年改良自藤田级数,现一般作为加拿大、美国等地的龙卷风强度等级系统。
测量
风向标被用来指示风向。在机场,风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。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。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。
类型
龙卷风
龙卷风由快速旋转并造成直立中空管状的气流形成,一般都呈上大下小的漏斗状。超级单体雷暴(Supercell storms)有30%可能性会产生龙卷风。龙卷风内部冷空气下降,外部热空气上升。
季候风
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)、西非几内亚和澳大利亚的北部沿海地带等地。
气旋
气旋是指大气中水平气流旋转形成的大型涡旋,北半球逆时针,南半球顺时针。在同高度上,气旋中心的气压比四周低,又称低压。热带气旋是发生在热带、亚热带地区海面上的气旋性环流。
风的应用
运输
海运方面,在帆船时代风对航海是极度重要的动力源,信风的运用为地理大发现带来极大的助力,直到蒸汽船普及后才失去其重要性,但强风对小船的航行仍带来不少危险性,且强风亦会增强海浪危害航行安全,因此回避风带来的危险仍是航海的重点,大型船只也要回避龙卷风与台风等强烈气旋。
空运方面,逆风有助于航空器起降,特别是固定翼飞机,而侧风对起降则最不利,因此多数机场的跑道尽可能与盛行风向平行以降低遇上侧风的机率,航空母舰在要进行起降作业时也多半会逆风航行亦此原因。飞机航行中风亦是重要的危险因素,与行进方向不平行的风容易引发乱流造成飞安问题,因此机身设计必须重视减少风干扰保持平衡,长途飞机则多半会飞到平流层巡航亦为减少对流层的垂直风影响。
陆运方面,一些空旷平原或河面常会有强风吹拂,因此这些路段或桥梁会加设挡风板增加行车安全,特别是铁路,一旦因强风造成出轨必成重大事故。车辆本身较少受自然风影响,但高速行驶下产生的相对风便很重要,车身外型是主要的风阻来源,采用流线型的设计可降低风阻系数,提高最高车速并降低油耗,重视性能的跑车与赛车还会要求利用相对风在高速行驶时产生下压力(即与飞机的机翼相反的概念),借此确保高速行驶轮胎的抓地力。风对车辆的散热也极为重要,引擎、煞车与轮胎等容易产生高温的部件非常需要仰赖风散热。
能源
风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高,动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机,以产生电力,方法是透过传动轴,将转子(由以空气动力推动的扇叶组成)的旋转动力传送至发电机。到2008年为止,全世界以风力产生的电力约有 94.1 百万千瓦,供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源,但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。