书城科普读物探索神秘的大自然:风雨雷电的奥秘
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第12章 地面风的风向与风力的测定

风向的测定

由于地面摩擦力的影响,在地面附近风随高度有显著的变化,因此,我国气象部门统一规定,地面风向风速仪的安装高度为离地面10米高处。这就使得在全国各地气象台站观测的风向风速有可比性。

风向的16方位风向指风的来向,可以通过说在观测场中铁杆顶部的风向标来观测。风向标通常由水平杆、水平支撑轴和尾翼3部分组成。整个风向标可以绕垂直轴随风向自由摆动,其尾翼总是朝着风的去向,风向标总是指着风的来向。观测人员可站在风向标下观测风向,也可以通过电缆将风向在记录器上显示出来。

风向的测量单位,我们用方位来表示。如陆地上,一般用16个方位表示,海上多用36个方位表示;在高空则用角度表示。用角度表示风向,是把圆周分成360度,北风(N)是0度(即360度),东风(E)是90度,南风(S)是180度,西风(W)是270度,其余的风向都可以由此计算出来。如图所示。

为了表示某个方向的风出现的频率,通常用风向频率这个量,它是指1年(月)内某方向风出现的次数和各方向风出现的总次数的百分比,即风向频率=某风向出现次数/风向的总观测次数×100%由计算出来的风向频率,可以知道某一地区哪种风向比较多,哪种风向最少。根据观测发现,我国华北、长江流域、华南及沿海地区的冬季多刮偏北风(北风、东北风、西北风),夏季多刮偏南风(南风、东南风、西南风)。轻型风压板测定风向的仪器之一为风向标,它一般离地面10~12米高,如果附近有障碍物,其安置高度至少要高出障碍物6米以上,并且指北的短棒要正对北方。风向箭头指在哪个方向,就表示当时刮什么方向的风。测风器上还有一块长方形的风压板(重型的重800克,轻型的重200克),风压板旁边装一个弧形框子,框上有长短齿。风压板扬起所过长短齿的数目,表示风力大小。

风力等级的测定

在气象台站发布的天气预报中,我们常会听到这样的说法:风向北转南,风力2到3级。这里的“级”是表示风速大小的。

风速就是风的前进速度。相邻两地间的气压差愈大,空气流动越快,风速越大,风的力量自然也就大。所以通常都是以风力来表示风的大小。风速的单位用多少米/秒或多少千米/时来表示。而发布天气预报时,大都用得是风力等级。

风力的级数是怎样定出来的呢?

1000多年以前的我国唐代,人们除了记载晴阴雨雪等天气现象之外,也有了对风力大小的测定。唐朝初期还没有发明测定风速的精确仪器,但那时已能根据风对物体征状,计算出风的移动速度并订出风力等级。李淳风的《现象玩占》里就有这样的记载:“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。”这就是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,风的速度就是日行十里;“鸣条”就是树叶沙沙作响,这时的风速是日行百里。另外,还根据树的征状定出来的一些风级,如《乙已占》中所说,“一级动叶,二级鸣条,三级摇枝,四级坠叶,五级折小枝,六级折大枝,七级折木,飞沙石,八级拔大树及根”。这8级风,再加上“无风”、“和风”(风来时清凉,温和,尘埃不起,叫和风)2个级,可合10级。这些风的等级与国外传入的等级相比较,相差不大。这可以说是世界上最早的风力等级。

200多年以前,风力大小仍没有测量的仪器,也没有统一规定,各国都按自己的方法来表示。当时英国有一个叫蒲福的人,他仔细观察了陆地和海洋上各种物体在大小不同的风里的情况,积累了50年的经验,才在1805年把风划成了13个等级。后来,又经过研究补充,才把原来的说明解释得更清楚了,并且增添了每级风的速度,便成了现在预报风力的“行话”。有些地方还把风力等级的内容编成了歌谣,以便记忆:

零级无风炊烟上;一级软风烟稍斜;

二级轻风树叶响;三级微风树枝晃;

四级和风灰尘起;五级清风水起波;

六级强风大树摇;七级疾风步难行;

八级大风树枝折;九级烈风烟囱毁;

十级狂风树根拔;

十一级暴风陆罕见;

十二级飓风浪滔天。

风速是风在每秒钟内所移动的距离,其口诀是“从一直到九,乘2各级有”。意思是:从一级到九级风,各级分别乘2,就大致可得出该风的最大速度。譬如一级风的最大速度是2米/秒,2级风是4米/秒,3级风是6米/秒……依此类推。各级风之间还有过渡数字,比如一级风是1~2米/秒,2级风是2~4米/秒,3级风是4~6米/秒,诸此类推。

轻便风速表其实,在自然界,风力有时是会超过12级的。像强台风中心的风力,或龙卷风的风力,都可能比12级大得多,只是12级以上的大风比较少见,一般就不具体规定级数了。

为了更准确地测量风力大小,人们在野外常用轻便风速表测风。

这种轻便风速表,一般由感应部分和计数器所组成。感应部分由3个风杯(也有4个风杯)装于十字架上,风杯在轴承上可以自由转动,外用小框保护风杯。中轴下部与计数器相接,风杯转动,也使计数器随之转动。所以计数器是记录风杯转动的转数的。计数器通常有2个或3个记数盘,大指针指示个位和十位数,两个小记数盘上的指针分别指示百位数和个位数。仪器的下部有一开关(启动杆),将它推上去,可使计数器与感应部分接合,计数器开始工作。把启动杆拉下来计数器则与感应部分离开,计数器停止工作。当仪器置于高处,用手直接开动不便时,可用小绳连接开关。观测时拉动小绳即可启闭。轻便风速表一般安置在四周开阔、无高大障碍物的地方,表身垂直。观测前关闭开关,记下指针的示数。等一两分钟后,打开开关,同时开动秒表记录时间。此时,观测员迅速离开风速表,站在仪器的下风方向。开动仪器后将近100秒钟时,观测员迅速走近仪器,在正100秒时关闭开关,记下第二次指针示数。根据前后两次读数算出其差数,此差数表示风速表指针在观测时间内所走的刻度数,记入记录表内。将此差数除以观测时间,就得出风速表每秒钟内所走的刻度数,取一位小数。再根据每秒所走的刻度数,从该风速表的检定证上查出平均风速(单位:米/秒),取一位小数。

最好连续观测2次,取其平均值,以消除仪器本身及人为的误差。

有些轻便的测风器,除具有上面讲的风速表的构造性能外,还在轴上装有风向标,用以指示风向,称为风速风向仪。