分享

(1)焚风效应[转]

 johnney908 2014-12-17

 焚风是出现在山脉背面的干热风,由山地引发的一种局部范围内的空气运动形式——过山气流在背风坡下沉而变得干热的一种地方性风。焚风往往以阵风形式出现,从山上沿山坡向下吹。
焚风这个名称来自拉丁语中的favonius(温暖的西风),德语中演变为F?0?2hn,主要用来指阿尔卑斯山的焚风。此外在世界各地对类似的现象还有类似的地区性的称呼:

在智利的安第斯山脉这样的焚风被称为帕尔希风(Puelche)
在阿根廷同样的焚风被称为Zonda
美国洛矶山脉东侧的焚风叫钦诺克风(Chinook)
在加利福尼亚州南部被称为圣安娜风(Santa Ana)
在墨西哥被称为仓裘风(Chanduy)
2009年2月12日下午,四川省泸州、宜宾南部一带天气异常燥热,宜宾筠连县在下午4时气温达到26℃,1小时后气温骤然升高10℃,达到36℃!接下来的一个小时,气温又像坐过山车一般下降,在下午6时降到了23℃。

四川省气象台台长介绍,根据昨日的气象资料初步判定,筠连县出现了“焚风”现象,这种现象在四川属于历史罕见。

形成
气象专家介绍,焚风是山区特有的天气现象,它是由于湿空气越过山脉,在山脉背风坡一侧下沉时增温,使气团变得又干又热。气团所经之地气温会迅速升高,湿度明显下降,这种空气流动形成的风就是“焚风”。

一般来说,空气流动遇山受阻时会出现爬坡或绕流。气流在迎风坡上升时,温度会随之降低。空气上升到一定高度时,水汽遇冷出现凝结,以雨雪形式降落。空气到达山脊附近后,变得干燥,在背风坡一侧顺坡下降,并以干绝热率增温。

分布、作用、危害
一般来说,在中纬度相对高度不低于800~1000米的任何山地都会出现焚风现象,甚至更低的山地也会产生焚风效应。焚风可以促进春雪消融,作物早熟。

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。在高山地区,焚风还会造成融雪,使上游河谷洪水泛滥,有时还会导致雪崩。

此外,焚风天气出现时,许多人会出现不适症状,如疲倦、抑郁、头痛、脾气暴躁、心悸和浮肿等。

理论
热力学理论
按照热力学理论焚风与其它风一样是由于气压不同而形成的,山背风面的气压低。在迎风面空气上升,温度乾绝热下降(随气压的下降温度下降,热量不散发),这个下降速度约为每上升1000米气温下降6摄氏度。当气温下降到露点时空气的相对湿度达到100%,在这种情况下空气继续上升就开始进入湿绝热降温的过程了。在这个过程中水不断凝结出来,而空气的相对湿度保持在100%。这个过程中气温下降的速度为略小于0.6度/100米,接近0.5度/米使得温度相比没有焚风的时候下降来得缓慢。以至于焚风会使在足够高的山顶上出现相对高温的情况。凝结出来的水在山的迎风面形成云,假如空气继续不断上升会产生雨和雪。从山的背风面看上去可以看到山嵴上形成一堵云墙,而它的后面则是蓝天。假如焚风非常强的话,也有可能将降雨区带到背风面。

在山嵴背后空气开始下降,按照这个理论空气下降的原因是山两边的气压差。在下降过程中空气隔热升温(随气压上升而温度上升,不吸收热),但由于空气的相对湿度随温度上升而下降,这个升温过程完全是干的,没有水蒸发的过程,因此升温的速度是1度/100米,比空气在迎风面上升时要高。同时空气的相对湿度不断降低,造成了干燥的热风。

热力学理论的缺陷
热力学理论非常形象地解释了焚风形成的原因,因此它也常常被列入教科书中。但是这个理论有许多不足之处,比如:

有时焚风在迎风面没有形成云或降水的情况下也会形成
有时迎风面上升的空气并不是在背风面下降的空气,有时迎风面上升的空气甚至会流回。
此外热空气下降也是一个不容易理解的事。

动力学理论
虽然空气是气体,但是有时空气也显示出液体的特性。在许多情况下空气中会形成大气波。大气波是许多不同的力,比如大气压力差、科里奥利力、引力和阻力相互影响造成的。在许多大气不稳定状态下会有大气波产生。今天对焚风的解释主要是一个流体力学的动态学理论。

福禄数
最好的焚风的解释是一个三维的流体力学模型,在这个模型里山谷起一个重要的作用。山谷造成的横向的压缩对于焚风的形成是非常关键的。

在这个模型中福禄数F是一个关键的数据。这个数体现出一个流体系统中惯性力与重力之间的关系。

F=1的流体称为临界流,在这种情况下产生地形波的可能性非常高
F<1的流体称为亚临界流,气流无法越过障碍物
F>1的流体称为超临界流,气流没有大的震荡就可以越过障碍物
亚临界流里的惯性力占支配地位,在障碍物前流体升高,流速降低,流体的动力能转化为势能。流体越过障碍物后势能又回转为动能,流体的流速沿障碍物向下加快
超临界流里流体在障碍物上方被压缩,流体的流速因此加快,它的势能转化为动能,在越过障碍物后它的动能回转为势能
假如气流获得足够的加速度,以及阻挡气流的障碍物足够大,所以气流被足够强地压缩的话,那么本来的亚临界流可以变成超临界流,在障碍物的背风面这个超临界流就会以极高的速度冲下山坡。冲下山坡后它会遇到山坡下本来处于亚临界流的气流,从而又转变为亚临界流,这个转变是一个断续过程,在超临界流和亚临界流之间会造成激波。这个激波现象实际上每个人都观察到过:水龙头里的水高速冲击到面盆里后会以超临界流的方式向四方冲流,这个冲流是相当平的,其中几乎没有漩涡。但是冲到了一定的距离后它会遇到周围的亚临界流流体,造成一个几乎圆形的激波,这个激波里有非常激烈的漩涡。大气里的气流也是这样的。不同的是,水流在从超临界流过渡到亚临界流时会将其动能施放为热能,而气流则保存这个动能,将它转化为内能。刮焚风的时候可以测量到与上述水龙头的例子相似的漩涡,说明在刮焚风时地确有超临界流存在。

驻波
山等地面障碍物可以在大气中导致地形波。地形波是一种重力波。假如在高空有比较密集的气流(比如因为山的影响),它们会受重力影响下沉,由于惯性的作用会下沉到周围空气比它密集的地方,这样它会受浮力上升,又由于惯性的作用上浮到周围空气比它疏散的地方,再次下沉。这样的地形波的三维形状不变,但波内的气流是在不断流动的,因此它是一种驻波。

缺口动态
缺口动态是焚风中的一个关键元素。假如一座山脉的山嵴到处一样高的话,那么这个问题是一个二维的问题,但是几乎所有有强的焚风的山脉比如卡斯凯德山脉、喜马拉雅山、阿尔卑斯山脉等都有通风的山谷。假如气流的福禄数不足以使得气流越过山嵴的话,那么气流会通过这些山谷流过。

今天的焚风是这样的:一开始的时候在山脉的两侧和周围的气象条件是一个几乎平行的逆温气象。一个低压靠近山脉的一侧(背风侧),开始吸引山脉这一侧的地面冷空气,并通过山谷吸引迎风侧的地面冷空气和山上的热空气。山谷里的气流速度不断提高。假如低压的吸引力足够强的话,那么在山谷周围迟早会形成超临界流,山谷对气流的压缩更加加强这个效应。很快山谷里的气流就达到了其最高速度。上方的热空气也被吸引下沉,在背风的山坡上会形成超临界流。这个效应不断向山嵴扩展,最后整个山嵴上都会形成超临界流。焚风从山谷开始,扩展到整个山嵴。

降雨
降水不是焚风的必要条件,1984年发表的一个统计表明,在阿尔卑斯山脉10%的焚风没有降雨伴随。
 
  

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多