我们生活的环境,有时会有习习的凉风,有时候又会狂风大作,那么,风到底是什么呢?风事实上就是空气的运动。
风是怎样形成的
空气的流动形成风,那么,是什么样的力量推动空气流动的呢?
推动空气流动的是太阳。太阳照耀着地球,但是,太阳赐予地球的热量是分布不均的,当赤道正处在炎炎夏日,太阳当空照时,而地球的南北两极却是冰天雪地,温度只有零下几十摄氏度。正是由于太阳给地球的热量分布不均衡,使大气这部巨大的机器发动起来。
赤道附近所受的热量比较多,空气温度较高,大气受热膨胀,热空气上升,到高空后又向高纬度地区流去,并逐渐变冷,到南北纬度30度附近,向地面下沉;与此相仿,南北两极的冷空气下沉,向低纬度地区流动,同时,又逐渐升温,然后又上升,如此重复循环。在这两组由热力作用所生成的空气环之间是中纬度环,环内的气流一股追赶向上冲的极地环,另一股跟随向下沉的热带空气,好像一组反向运转的齿轮装置。
由于上述空气运动情况,全球各地逐渐形成了固定的气压带。在南北两极,气流下沉,形成稳定的极地高压区。在纬度60°附近,气流上升,产生了低压带。中纬度与热带交接处气流下沉,形成高压带,称为副热带无风带。
靠近赤道的热带,气流上升,形成低压区,叫做赤道无风带。
风的测量
我们要详细描述风的情况,首先要知道风的方向和速度。
我国是个历史悠久的文明古国,很早就知道根据树枝或植物的叶摆动情况,来观察风。如把茅草或鸟翎等物吊在高杆顶端,用以观察风向。到了汉代又发展成测风旗和相风鸟来测定风向。测风旗是用绸绫之类做成的旗子悬挂在高杆的顶端,看旗的摆动判断风向。而相风鸟是一个特制的、很轻的鸟形物挂在杆头,鸟的头部所指就是风向。
风向是指风吹来的方向,因此来自东边吹来的风叫东风,而来自西边吹来的风叫西风。在实际生活中,风向通常用八个方位来表示:东、南、西、北、东北、东南、西南、西北。但在气象观察上,风向却要用16个方位来表示。
风速是指气流前进的速度。风速越大,风的自然力量也越大。所以,一般都以风力来表示风速的大小,风速的单位为米/秒、公里/小时或海里/小时。我国劳动人民很早就开始用目力来测定风速了。在《观象玩占》一书里,有这样的记载:“动叶十里,鸣条百里,摇枝二百里,落叶三百里,折小枝四百里,折大枝五百里,走石千里,拔大根三千里。”这里根据风对树产生的作用来估计风的速度。“动叶十里”就是说树叶微微飘动,风的速度相当于日行十里;“鸣条百里”就是树叶沙沙作响,这时的风速相当于日行一百里。这也许是世界上最早的风力等级了。
各式各样的风
由于地面地形地况,海陆分布不均,尤其是小环境的下垫面及其他地形因素的综合作用,会使局部地区的大气流动发生变化,也就会产生各式各样、千姿百态的风。
海陆风的强弱与海陆温差有关。春末夏初,海水温度仍然很低,而陆地有明显的增温,这时,海风比较大。到了夏末秋初,海水温度比较高,而陆地,夜间辐射冷却显著,这时陆风比较强。
季节性海风,通常出现在上午10—11时,下午2—3时逐渐平息,晚上七八点钟全部消失,随后陆风开始增强,依此周而复始。天气越热,海风越强劲,吹得也越远。平均来说,海风在温带吹入内陆的纵深只有15公里左右,高度约200米;但在热带,海风可深入内陆远达160公里左右,高度达1200米。
与海陆风形成的原理相似,在山谷地区会出现一种日夜风向相反的山谷风。它是这样形成的:白天,太阳把岩石山坡烤得很热,比各地同一高度的空气热得多,产生上升气流。各地上空较冷较重的空气向下沉,这样就形成了从山谷沿山坡向上吹的谷风。日落后,山坡岩石冷却较快,比周围同高度的空气冷却得快,于是,谷地上空较暖的空气垂直上升,较重而较冷的空气顺山坡下滑,形成山风。长年累月的山谷风,会使生长在其风路上的树木变形。
还有一种地方性的风叫焚风,也叫钦诺克风,这是一种很强的阵性的干暖风,它发生在山的背风面。当气流沿着山坡上升时冷却,空气中的水汽凝结形成云雨降落,这样,空气中的水分含量相当少,这样的空气越过山顶时,往下沉,空气压缩增温,气温变得异常干燥。据统计,我国地处太行山东麓的石家庄地区,出现焚风时的日平均气温比平时高出10℃。初春的焚风,可使积雪提前融化,有利于农田灌溉。夏末的焚风,会造成水果、粮食作物的早熟减产。强大的焚风,还容易引起森林火灾。
实际生活中,人们都有这样的体验:风在短时间内,风速会忽大忽小地变化,风向也会不停地左右摇摆。空气流动这种小范围和短时间的不规则变化,就叫湍流。我们经常看到烟囱里冒出一股股很不规则的烟团会慢慢地扩散开来;飞机飞行时会突然发生颠簸。这些现象都是由于大气湍流造成的。
形象地说,湍流就是空气中流动的、大小不同的涡旋,如同水里的涡旋一样。
大气中的湍流在近地面层有,在一二十公里的高空也有;在云中有,在无云的晴空万里的天气中也有。
风的作用
大气处在不断的运动之中,这也是大自然显示能量的一种主要形式。
对于风,人们最害怕的、最具破坏力的要数台风了。一次大台风的突然袭击可以造成人民生命财产的巨大损失。台风的强大风力能把参天大树和成排的电线杆连根拔起,使建筑物倒塌,强风暴可以掀起巨浪,吞没猝不及防的渔船。
风,又可以把工厂排出的废气、有害气体和烟尘扩散得很远。强大的大气湍流又会使飞机失事,无线电通讯中断。
但风,又是大自然赐予我们的资源。风能是用之不尽,取之不竭的资源。
如果整个大气圈以和风(每小时32公里)的速度运行,即在每一瞬间所作的功,就抵得上新安江水库的发电机日夜不停地运转几万年所产生的能量。我们可以在风力资源比较多的地方建立风力发电站,这是一种无污染的资源。
有些地方,利用风能进行抽水灌溉。
也正是有了空气的运动——风,才使得地球上南北之间、上下之间的热量和水分得以交换,不同性质的气团得以互相接近,相互作用,制造出如此绚丽多彩、千姿百态的天气变化。
风,还可以促进植物、森林的生长。有些植物的种子就是依靠风来撒播四方的。