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4章 多种多样的风(1)

旋风

旋风是打转转的空气涡旋,是由地面挟带灰尘向空中飞舞的涡旋。这种涡旋正是我们平常看到的旋风,它是空气在流动中造成的一种自然现象,可是风为什么会打转转呢?

旋风我们知道,当空气围绕地面上像树木、丘陵、建筑物等不平的地方流动时,或者空气和地面发生摩擦时,要急速地改变它的前进方向,于是就会产生随气流一同移动的涡旋,这就刮起了旋风。但是,这种旋风很少,也很小。

旋风形成的最主要原因,是当某个地方被太阳晒得很热时,这里的空气就会膨胀起来,一部分空气被挤得上升,到高空后温度又逐渐降低,开始向四周流动,最后下沉到地面附近。这时,受热地区的空气减少了,气压也降低了,而四周的温度较低,空气密度较大,加上受热的这部分空气从空中落下来,所以空气增多,气压显著加大。这样,空气就要从四周气压高的地方,向中心气压低的地方流来,跟水往低处流一样。但是,由于空气是在地球上流动,而地球又是时刻不停地从西向东旋转,那么空气在流动过程中就要受地球转动的影响,逐渐向右偏去(原来的北风偏转成东北风,南风偏转成西南风,西风偏转成西北风,东风偏转成东南风)。于是从四周吹来的较冷空气,就围绕着受热的低气压区旋转起来,成为一个和钟表时针转动方向相反的空气涡旋,这就形成了旋风。

这种旋风的中心,由于暖空气不断上升,加上四周的空气不断旋转,所以很容易把地面上的尘土、树叶、纸屑等卷到空中,并随空气的流动而旋转飞舞。如果旋风的势力较强,有时会把地面上的一些小动物,如小蛇、小虫等卷到空中去,在尘沙弥漫中随风飘走。

一般小旋风的高度不太大,当它受到地面的摩擦或房屋、树木等的阻挡时,就渐渐消散变成普通的风。

也许有人还会问:既然地面受热就容易起旋风,那夏天比春天还热,为什么夏天旋风少而春天旋风多呢?这是原因夏天天气虽然很热,但是地面的草木青青,土地湿润,气温相差不大,所以夏天很少刮旋风。可是,在春天,树叶还没有全长出来,草也刚发芽,庄稼地是一片光光的,处处没遮没挡,这就容易晒热,使地面上空气的温度变化较大,就容易刮旋风。

旋风能挟带灰尘、乱纸向空中飞舞,当然也能把地面的热量、水汽等带到空中,所以,它造成了空气的热量、水汽等的垂直混合,使空气中热量和水汽等的垂直分布均匀。但在地面附近旋风很小,垂直交换作用不大,因此在紧贴地面气层中形成了特殊的小气候。

焚风

当气流跨越山脊时,背风面上容易发生一种热而干燥的风,名叫焚风。这种风不像山风那样经常出现,它是在山岭两面气压不同的条件下发生的。

焚风示意图在山岭的一侧是高气压,另一侧是低气压时,空气会从高压区向低压区移动。在空气移动途中遇山受阻,被迫上升,气压降低,空气膨胀,温度也就随之降低。空气每上升100米,气温就下降0.6℃。当空气上升到一定高度时,水汽遇冷凝结,形成雨雪落下。空气到达山脊附近后,变得稀薄干燥,然后翻过山脊,顺坡下降,空气在下降过程中,重又变得紧密,并出现增温的现象。空气每下降100米,气温就会升高1℃。因此,空气沿着高大的山岭沉降到山麓的时候,气温常会有大幅度的升高。迎风和背风两面的空气,即使高度相同,背风面空气的温度也总是比迎风面的高。每当背风山坡刮炎热干燥的焚风时,迎风山坡却常常下雨或落雪。

焚风的害处很多。它常常使果木和农作物干枯,降低产量,使森林和村镇的火灾蔓延并造成损失。19世纪,阿尔卑斯山北坡几场著名的大火灾,都是发生在焚风盛行时期的。焚风在高山地区可大量融雪,造成上游河谷洪水泛滥;有时能引起雪崩。如果地形适宜,强劲的焚风又可造成局部风灾,刮走山间农舍屋顶,吹倒庄稼,拔起树木,伤害森林,甚至使河流、湖泊水面上的船只发生事故。

焚风有弊,但是它也有利。由于它能加速冬季积雪的溶化,不用等到明年春天,牛羊就可以在户外放牧了。焚风还丰富了当地的热量资源,像罗纳河谷上游瑞士的玉米和葡萄,就是靠了焚风的热量而成熟的;而焚风影响不到的邻近地区,这些庄稼就难以成熟。

海陆风

海陆风形成示意图在海滨地区,只要天气晴朗,白天风总是从海上吹向陆地;到夜里,风则从陆地吹向海上。从海上吹向陆地的风,叫做海风;从陆地吹向海上的风,称为陆风。气象上常把两者合称为海陆风。海陆风成因示意图海陆风和季风一样,都是因为海陆分布影响所形成的周期性的风。不过海陆风是以昼夜为周期,而季风的风向却随季节变化,同时海陆风范围也比季风小。那么,海陆风是如何形成的呢?

白天,陆地上空气增温迅速,而海面上气温变化很小。这样,温度低的地方空气冷而下沉,接近海面上的气压就高些;温度高的地方空气轻而上浮,陆地上的气压便低些。陆地上的空气上升到一定高度后,它上空的气压比海面上空气压要高些。因为在下层海面气压高于陆地,在上层陆地气压又高于海洋,而空气总是从气压高的地区流到气压低的地区,所以,就在海陆交界地区出现了范围不大的垂直环流。陆地上空气上升,到达一定高度后,从上空流向海洋;在海洋上空,空气下沉,到达海面后,转而流向陆地。这支在下层从海面流向陆地,方向差不多垂直海岸的风,便是海风。

夜间,情况变得恰恰相反。陆地上,空气很快冷却,气压升高;海面降温比较迟缓(同时深处较温暖的海水和表面降温之后的海水可以交流混合),因此比起陆面来仍要温暖得多,这时海面是相对的低气压区。但到一定高度之后,海面气压又高于陆地。因此,在下层的空气从陆地流向海上,在上层的空气便从海上流向陆地。在这种情况下,整个垂直环流的流动方向,也变得和前面海风里的垂直环流完全相反了。在这个完整的垂直环流的下层,从陆地流向海洋,方向大致垂直海岸的气流,便是陆风。

一般海风比陆风要强。因为白天海陆温差大,加上陆上气层较不稳定,所以有利于海风的发展。而夜间,海陆温差较小,所波及的气层较薄,陆风也就比较弱些。海风前进的速度,最大可达5~6米/秒,陆风一般只有1~2米/秒。滨海一带温差大,海陆风强度也大,随着远离海岸,海陆风便逐渐减弱。

海陆风发展得最强烈的地区,是在温度日变化最大以及昼夜海陆温度差最大的地区。所以,在气温日变化比较大的热带地区,全年都可见到海陆风;中纬地区海陆风较弱,而且大多在夏季才出现;高纬度地区,只有夏季无云的日子里,才可以偶尔见到极弱的海陆风。我国沿海的台湾省和青岛等地,海陆风很明显,尤其是夏半年,海陆温差及气温日变化增大,所以海陆风较强,出现的次数也较多。而冬半年的海陆风就没有夏半年突出,出现机会比较少。

海陆风是在海岸附近,由于陆地与海水热容量的显著差异而产生的一种地方性风系。

白天,陆地表面受太阳辐射增温比海洋快得多,因而陆地上的气温显著比海洋上的气温高。陆地上的空气受热上升,气压下降。这时海洋上的气温相对较低,气压相对较高,气压梯度力的方向是由海洋指向陆地,从而形成由海洋吹向陆地的海风。

日落以后,陆地表面辐射降温比海洋快得多。到了夜间,陆地上的气温比海洋上的气温低,陆地上的气压则比海洋上的气压高。这时气压梯度力的方向与白天相反,由陆地指向海洋,因此便形成了由陆地吹向海洋的陆风。

在较大的湖泊(如洞庭湖、鄱阳湖等)的湖陆交界地区,也会产生与海陆风相似的地方性风系——湖陆风。

这种海陆风或湖陆风是太阳照射的结果。因此,在阴云密布的日子里,由于不存在这种显著的海陆的热力差异,也就没有明显的海陆风。

由于海陆风是地方性的热力差异形成的,它的势力较弱,其水平范围不超过几十千米,垂直高度也在1~2千米以内。在大型天气系统影响时,这种地方性的风系就淹没在势力更强大的大尺度风系之中了。

干热风

在初夏季节,我国一些地区经常会出现一种高温、低湿的风,这就是干热风,也叫“热风”、“火风”、“干旱风”等。它是一种持续时间较短(一般3天左右)的特定的天气现象。

由于各地自然特点不同,干热风成因也不同。每年初夏,我国内陆地区气候炎热,雨水稀少,增温强烈,气压迅速降低,形成一个势力很强的大陆热低压。在这个热低压周围,气压梯度随着气团温度的增加而加大,于是干热的气流就围着热低压旋转起来,形成一股又干又热的风,这就是干热风。强烈的干热风,对当地小麦、棉花、瓜果可造成危害。

气候干燥的蒙古和我国河套以西与新疆、甘肃一带,是经常产生大陆热低压的地区。热低压离开源地后,沿途经过干热的戈壁沙漠,会变得更加干热,干热风也变得更强盛。位于欧亚大陆中心的塔里木盆地,气候极端干旱,强烈冷锋越过天山、帕米尔高原后产生的“焚风”,往往引起本地区大范围的干热风发生。