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风(自然现象)

风是由空气流动引起的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳光照射在地球表面上,使地表温度升高,地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后,低温的冷空气横向流入,上升的空气因逐渐冷却变重而降落,由于地表温度较高又会加热空气使之上升,这种空气的流动就产生了风。 [1]

从科学的角度来看,风常指空气的水平运动分量,包括方向和大小,即风向和风速;但对于飞行来说,还包括垂直运动分量,即所谓垂直或升降气流。大风可移动物体与物体(物质质量)方向。风的速度很快。

空气的水平运动称为风。风是一个表示气流运动的物理量。它不仅有数值的大小(风速),还具有方向(风向)。因此风是向量。风向是指风的来向。地面风向用 16 方位表示,高空风向常用方位度数表示,即以 0°(或 360°)表示正北,90°表示正东,180°表示正南,270°表示正西。在 16 方位中,每相邻方位间的角差为 22.5°。风速单位常用 m/s、knot(海里/小时,又称“节”,)和km/h 表示,其换算关系如下

1m/s=3.6km/h 1knot=1.852km/h

1km/h=0.28m/s 1knot=1/2m/s

风速的表示有时采用压力,称为风压。如果以 V 表示风速(m/s),P 为垂直于风的来向,1m2 面积上所受风的压力 kg/m2,其关系式P=0.125V2(113) [2]

风向指气流的来向,常按16方位记录。风速是空气在单位时间内移动的水平距离,以米/秒为单位。大气中水平风速一般为 1.0~10米/秒,台风、龙卷风有时达到102米/秒。而农田中的风速可以小于0.1米/秒。风速的观测资料有瞬时值和平均值两种,一般使用平均值。风的测量多用电接风向风速计、轻便风速表、达因式风向风速计,以及用于测量农田中微风的热球微风仪等仪器进行;也可根据地面物体征象按风力等级表估计。

风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳光照射在地球表面上,使地表温度升高,地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后,低温的冷空气横向流入,上升的空气因逐渐冷却变重而降落,由于地表温度较高又会加热空气使之上升,这种空气的流动就产生了风。

集结的水蒸气(云)结成水时,体积缩小,周围水蒸气前来补充,就形成风。地球上的风与水源有关系,风由水与水蒸气的胀缩而产生。风由大海吹向陆地,或陆地吹向 大海,在夏天地面上温度高空气、水蒸气膨胀上升,要由海面比重大的空气、水蒸气补充地面空气空间,海面温度低空气收缩。要由地面上温度高空气膨胀上升的空气、水蒸气补充海面空气空间。在冬天海面温度高海面空气上升,地面温度低空气比重大沿地面补充海面空间。

风速是指空气在单位时间内流动的水平距离。根据风对地上物体所引起的现象将风的大小分为13个等级,称为风力等级,简称风级 [1] 。而人们平时在天气预报时听到的“东风3级”等说法指的是“蒲福风级”。“蒲福风级”是英国人蒲福(Francis Beaufort)于1805年根据风对地面(或海面)物体影响程度而定出的风力等级,共分为0~17级。

风 级

风的名 称

风速

(m/s)

风速

(km/h)

陆地上的状况

海面现象

0

无风

0~0.2

小于1

静,烟直上。

平静如镜

1

软风

0.3~1.5

1~5

烟能表示风向,但风向标不能转动。

微浪

2

轻风

1.6~3.3

6~11

人面感觉有风,树叶有微响,风向标能转动。

小浪

3

微风

3.4~5.4

12~19

树叶及微枝摆动不息,旗帜展开。

小浪

4

和风

5.5~7.9

20~28

吹起地面灰尘纸张和地上的树叶,树的小枝微动。

轻浪

5

清劲风

8.0~10.7

29~38

有叶的小树枝摇摆,内陆水面有小波。

中浪

6

强风

10.8~13.8

39~49

大树枝摆动,电线呼呼有声,举伞困难。

大浪

7

疾风

13.9~17.1

50~61

全树摇动,迎风步行感觉不便。

巨浪

8

大风

17.2~20.7

62~74

微枝折毁,人向前行感觉阻力甚大

猛浪

9

烈风

20.8~24.4

75~88

建筑物有损坏(烟囱顶部及屋顶瓦片移动)

狂涛

10

狂风

24.5~28.4

89~102

陆上少见,见时可使树木拔起将建筑物损坏严重

狂涛

11

暴风

28.5~32.6

103~117

陆上很少,有则必有重大损毁

风暴潮

12

台风,又名“飓风”

32.6~36.9

118~133

陆上绝少,其摧毁力极大

风暴潮

13

37.0~41.4

134~149

陆上绝少,其摧毁力极大

海啸

14

41.5~46.1

150~166

陆上绝少,其摧毁力极大

海啸

15

46.2~50.9

167~183

陆上绝少,其摧毁力极大

海啸

16

51.0~56.0

184~202

陆上绝少,范围较大,强度较强,摧毁力极大

大海啸

17

≥56.1

≥203

陆上绝少,范围最大,强度最强,摧毁力超级大

特大海啸

注:本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值。

英文表示:

0级:Calm (无风)

1级:Light air(软风)

2级:Light breeze (轻风)

3级: Gentle breeze (微风)

4级:Moderatebreeze (和风)

5级:Fresh breeze (清劲风)

6级:Strong breeze (强风)

7级:Moderategale (疾风)

8级: Fresh gale (大风)

9级:Strong gale (烈风)

10级:Whole gale(狂风)

11级:Storm (暴风)

12级: Hurricane(台风,又名飓风)

13级:TY (台风)

14、15级:STY(强台风)

16、17级:Super TY (超强台风)

风速歌一般是为了让幼儿园小朋友及中小学生记住风力等级特征而编写的歌谣。通过风速歌,可以知道风力等级的直观印象。以下为其中一首:

零级风,烟直上;一级风,烟稍偏;

二级风,树叶响;三级风,旗翩翩;

四级风,灰尘起;五级风,起波澜;

六级风,大树摇;七级风,行路难;

八级风,树枝断;九级风,烟囱坍;

十级风,树根拔;十一级,陆罕见;

十二级,更少有,风怒吼,浪滔天。

风向是指风吹来的方向,例如北风就是指空气自北向南流动。风向一般用8个方位表示。分别为:北、东北、东、东南、南、西南、西、西北。 [1]

画法

由风矢表示,由风向秆和风羽组成。

风向秆(也叫风标): 指出风的方向,有8个方位。

风羽(也叫风尾): 由3、4个短划和三角表示大风风力,垂直在风向杆末端右侧(北半球)

由于风速大小、方向还有湿度等的不同,会产生许多类型的风。疾风、大风、烈风、狂风、暴风和飓风,这些常见类型的风,蒲福风级风力分别为七、八、九、十、十一和十二级。

阵风:当空气的流动速度时大时小时,会使风变得忽而大,忽而小,吹在人的身上有一阵阵的感觉,这就是生活上认定的阵风。气象上,风速通常指2分钟内的平均情况,而风速时大时小,阵风通常就是指这段时间里最大的瞬时风速。如果天气预报,今天风力4-5级,阵风6级,就是说今天平均风力4-5级,最大瞬时风力可达6级。

旋风:当空气携带灰尘在空中飞舞形成漩涡时,这就是旋风。

焚风:当空气跨越山脊时,由于空气下沉,背风坡上容易发生一种暖(或热)而干燥的风,就叫焚风。

台风,就是发生在热带海洋上的大气涡旋, 所以又叫热带气旋。当涡旋中心最大风力达到八级以上时,就叫台风;中心最大风力在六至七级叫弱台风;中心最大风力达八至十二级时,叫强台风。

龙卷风:从积雨云中伸向地面的一种范围很小,破坏力极大的空气涡旋。发生在陆地上的叫陆龙卷,发生在海洋上的叫海龙卷,又叫水龙卷。龙卷风是一种旋转力很强的猛烈风暴,风速最大可达每秒100米以上。

山谷风:在山区,白天风沿山坡、山谷往上吹,夜间则沿山坡、山谷往下吹,。这种在山坡和山谷之间,随昼夜交替而转换风向的风叫山谷风。

海陆风:在近海岸地区,白天风从海上吹向大陆上,夜间又从陆上吹向海上,这种昼夜交替、有规律地改变方向的风称海陆风。

冰川风:在白昼和夜间,,沿着冰川沿下坡方向所吹的浅层风。

季风:随着季节交替,盛行风向有规律地转域的风。在冬季,空气从高压的陆上流向低压的海上,这叫冬季风;在夏季,风从海上吹向陆上,叫夏季风。我国是季风显著的国家,冬季多偏北风,夏季多偏南风。这就给我国大部分地区带来了冬干夏湿的季风气候特色。

信风:在低层大气中,从副热带高压吹向赤道地区广大区域内的持继性风。在北半球,信风盛行风是东北;而在南半球则是东南。信风的特征是具有高度经常性,朝一个方向以几乎不变的力量整年吹。

反信风:在赤道地方上升的热空气到了大气上层分向两级流动,这种气流就称反信风。由于地球自转的作用,反信风在北半球偏右,在南半球偏左。反信风不断把氛围带到纬度30°至35°之间的地带,构成空气聚积的状态,形成副热带高压带。所以在此区域沙漠较多。 [3]

空气流动所形成的动能称为风能。风能是太阳能的一种转化形式。

太阳的辐射造成地球表面受热不均,引起大气层中压力分布不均空气沿水平方向运动形风。风的形成乃是空气流动的结果。风能利用形成主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能。

在赤道和低纬度地区,太阳高度角大,日照时间长,太阳辐射强度强,地面和大气接受的热量多、温度较高;再高纬度地区太阳高度角小,日照时间短,地面和大气接受的热量小,温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异,形成了南北之间的气压梯度,使空气作水平运动,风应沿水平气压梯度方向吹,即垂直于等压线从高压向低压吹。地球在自转,使空气水平运动发生偏向的力,称为地转偏向力。这种力使北半球气流向右偏转,南半球向左偏转。所以地球大气运动除受气压梯度力外,还要受地转偏向力的影响。大气真实运动是这两力综合影响的结果。

实际上,地面风不仅受这两个力的支配,而且在很大程度上受海洋、地形的影响,山隘和海峡能改变气流运动的方向,还能使风速增大,而丘陵、山地却摩擦大使风速减少,孤立山峰却因海拔高使风速增大。因此,风向和风速的时空分布较为复杂。

在有海陆差异对气流运动的影响,在冬季,大陆比海洋冷,大陆气压比海洋高风从大陆吹向海洋。夏季相反,大陆比海洋热,风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风,我们称为季风。所谓的海陆风也是白昼时,大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋,到海洋上空冷却下沉,在近地层海洋上的气流吹向大陆,补偿大陆的上升气流,低层风从海洋吹向大陆称为海风,夜间(冬季)时,情况相反,低层风从大陆吹向海洋,称为陆风。在山区由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡,夜间由平原或山坡吹向谷地,前者称谷风,后者称为山风。这是由于白天山坡受热快,温度高于山谷上方同高度的空气温度,坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方,谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气,这时由山谷吹向山坡的风,称为谷风。夜间,山坡因辐射冷却,其降温速度比同高度的空气交快,冷空气沿坡地向下流入山谷,称为山风。当太阳辐射能穿越地球大气层时,大气层约吸收2*10^16W的能量,其中一小部分转变成空气的动能。因为热带比极带吸收较多的太阳辐射能,产生大气压力差导致空气流动而产生“风”。至于局部地区,例如,在高山和深谷,在白天,高山顶上空气受到阳光加热而上升,深谷中冷空气取而代之,因此,风由深谷吹向高山;夜晚,高山上空气散热较快,于是风由高山吹向深谷。另一例子,如在沿海地区,白天由于陆地与海洋的温度差,而形成海风吹向陆地;反之,晚上陆风吹向海上。

风能预报方法研究进展

中国蕴含着丰富的风能资源,但目前我国在风能预报方面的研究还很薄弱。几乎没有可用于风电场风能的客观、定量化的预报方法。风能预报,实际上最重要的是对风场的合理准确预报,进而得到风电量预报。国际上风能预报的方法,有统计预报、动力预报(包括降尺度预报和集成预报)以及风电量预报 [4]

风能利用的前景广阔,但在风能利用中有两个问题需要特别注意。一是风力机的选址,二是风力机对环境的影响。

风能利用中出现的问题

无论是哪种用途的风力机,选择设置地点都是十分重要的。选址合适不但能降低设备费用和维修成本,还能避免事故的发生。除了考虑设置地点的风况外,还应考虑其他自然条件的影响,例如雷击、结冰、盐雾和沙尘等。

人们通常认为风能利用对环境是无污染的,但是随着人们对环境保护的含义越来越广,需要考虑到风能利用时,风力机对环境的不良影响,这种影响主要反映在以下几个方面(1):风力机的噪声;(2):对鸟类的伤害;(3):对景观的影响;(4):对通信的干扰。

风是农业生产的环境因子之一。风速适度对改善农田环境条件起着重要作用。近地层热量交换、农田蒸散和空气中的二氧化碳、氧气等输送过程随着风速的增大而加快或加强。风可传播植物花粉、种子,帮助植物授粉和繁殖。风能是分布广泛、用之不竭的能源。中国盛行季风,对作物生长有利。在内蒙古高原、东北高原、东南沿海以及内陆高山,都具有丰富的风能资源可作为能源开发利用。

风对农业也会产生消极作用。它能传播病原体,蔓延植物病害。高空风是粘虫、稻飞虱、稻纵卷叶螟、飞蝗等害虫长距离迁飞的气象条件。大风使叶片机械擦伤、作物倒伏、树木断折、落花落果而影响产量。大风还造成土壤风蚀、沙丘移动, 而毁坏农田。在干旱地区盲目垦荒,风将导致土地沙漠化。牧区的大风和暴风雪可吹散畜群,加重冻害。地方性风的某些特殊性质,也常造成风害。由海上吹来含盐分较多的海潮风,高温低温的焚风和干热风,都严重影响果树的开花、座果和谷类作物的灌浆。防御风害,多采用培育矮化、抗倒伏、耐摩擦的抗风品种。营造防风林,设置风障等更是有效的防风方法。

风资料是重要的气象资料之一,无论在理论研究上,还是在国民经济建设的各部门,如农业、运输业、建筑业、水利工程、疗养等部门都是不可缺少的。风是空气的水平运动,是一个用方向(风向)和速度(风速)表示的矢量(或称向量)。风向是指风来的方向,除静风外,用16方位表示。风速是指空气所经过的距离对经过的距离所需时间的比值,单位用米/秒表示,定时观测(基本站每日观测4次,基准站每日观测24次),取整数,自记记录,取小数一位。

测量风向风速的仪器有EL型电接风向风速计,达因风向风速计等。测定的项目有平均风速和最多风向。配有自记仪器的,作了风向风速的连续记录并进行了整理。此外风的测量中还有以风力等级进行观察的,风力等级是根据风对地上物体所引起的现象将风的大小分成18级,以0~17级的等级数字表示。风力等级观察须在空气不受任何障碍物影响的地方进行。


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