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  • 焚风

    焚风(Föhn wind)是出现在山脉背面的干热风,是一种气流越山后绝热下沉引起的气温上升和相对湿度降低的现象。焚风往往出现在中纬度相对高度不低于800~1000米的山地,或者纬度更低的山地。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 焚风 英文名: Föhn wind

    目录

    简介/焚风 编辑

    焚风焚风

    当潮湿空气越过高山时,常在山的背风坡山麓地带形成一种干燥高温的气流,称作焚风。焚风往往以阵风形式出现,从山上沿山坡向下吹。焚风在迎风坡成云致雨,在背风坡形成干热风的整个过程称为“焚风效应”。

    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。因此,空气沿着高山峻岭沉降到山麓的时候,气温常有大幅度的升高。焚风强烈时,常常带来一系列灾害。[1]

    名称/焚风 编辑

    来源

    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Föhn,最早主要用来指越过阿尔卑斯山后在德国奥地利谷地变得干热的气流。

    别名

    在世界各地山脉几乎都有类似的风,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),

    阿根廷同样的焚风被称为Zonda,

    美国落基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),

    墨西哥被称为仓裘风(Chanduy)。[2]

    成因/焚风 编辑

    焚风焚风

    在山区,当气流与山地坡向垂直或夹角较大时,湿气流会翻越山坡,对迎风坡和背风坡的气温和降水产生不同的影响。

    1、山地两侧降水差别较大。

    在迎风坡,湿空气随气流上升而逐渐降温冷却,空气中的水汽逐渐达到饱和状态。当空气中的水汽达过饱和时,水分子便会凝结成云而形成降水,特别是中海拔地段,常形成多雨中心。在一定高度范围内,降水量随海拔升高而增加,这一范围叫最大降水带;其后因水汽减少,降水量也随之逐渐减少。

    在背风坡,空气顺山坡下沉气温升高,空气中的水汽不易达到饱和状态,故降水较少。

    2、山地两侧的气温变化

    当空气在沿迎风坡运动时,可以把它看成是在做垂直运动,空气的这种运动过程常常是绝热进行的。在所含水汽达到饱和之前按干绝热直减率(1℃/100m)降温;当空气上升到凝结高度(即达饱和状态)以后,水汽凝结时会释放出一部分潜热,对空气加热,使空气上升时冷却的速度减慢,按湿绝热直减率(0.5-0.6℃/100m)降温,并因发生降水而减少水汽含量。

    空气过山后,在背风坡已经成为缺少水汽的干空气,它顺坡下沉基本上是按干绝热直减率(1℃/100m)进行增温的。故气流过山后的温度比山前同一高度的温度高得多,湿度也显著减少。

    例如:有一气流,要翻越一座高度为4000米的山脉,假定其在迎风坡山麓处的温度为15℃,凝结高度为1000米,由于在凝结高度以下空气每上升100米气温降低1℃,故在高度为1000米处的气温为5℃;在凝结高度以上,每上升100米降低0、6℃,那么这团空气到达山顶时气温将会降至-13℃。如果凝结出的水汽完全降落到了山前,在空气翻山后,就成了干燥的气团。在无水汽的影响下,气流按每下降100米气温升高1℃进行,当气流到达山底时,将会变成27℃的干热风。[3]

    分布/焚风 编辑

    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。

    世界分布

    焚风焚风

    人们最早发现欧洲阿尔卑斯山脉的焚风效应最为显著。同一时间,在迎风的山南的意大利米兰往往是大雨如注,寒气袭人,而在山北的瑞士却是南风阵阵,碧空万里,干热难熬,呈现出明显的“山前山后两重天”的景象。另外,南美洲南部大陆东侧的巴塔哥尼亚荒漠的形成也与焚风效应有关。

    在世界上,亚洲的阿尔泰山、欧洲的阿尔卑斯山、北美的落基山和南美的安第斯山等地都是著名的焚风出现区。

    中国分布

    在中国,焚风现象也到处可见。如在天山南北、秦岭脚下、川南丘陵、金沙江河谷、大小兴安岭、太行山下、皖南山区、台湾的中央山脉等地都能见到其踪迹。

    焚风现象在中国西南峡谷区表现的尤为明显。例如,云南怒江谷地自然环境具有热带和亚热带稀树草原特征,显然与焚风效应有密切联系。

    1956年11月13、14日,太行山东麓石家庄气象站曾观测到在短时间内气温升高10.9℃的焚风现象。

    影响/焚风 编辑

    灾害

    焚风焚风

    1、焚风强烈时,气温迅速升高,空气湿度降低,能使农作物枯萎,树木叶片焦枯,土地龟裂,甚至会引起森林火灾、干旱等灾害;

    2、在高山地区还可以使大量积雪融化,造成洪水泛滥;

    3、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。这是由焚风的干热特性以及大气电特性的变化对人体影响引起的。[4]

    益处

    “焚风”有时也能给人们带来益处:

    1、北美的落基山,冬季积雪深厚,春天焚风一吹,不需多久,积雪会全部融化,大地长满了茂盛的青草,为家畜的饲养提供丰富的草场资源,因而当地人把它称为“吃雪者”。

    2、程度较轻的焚风, 能增加当地热量,可以提早玉米和水果的成熟期,所以原苏联高加索塔什干绿洲的居民,干脆把它叫做“玉蜀黍风”。

    利用与防治/焚风 编辑

    焚风焚风

    1、在山地迎风坡,湿气团随地形升高而降温冷却,形成降水。为此,在迎风坡植树种草可防止水土流失,而森林的存在因其增湿降温作用更能够增加降水机会;

    2、在适当的位置修建水库和大坝,把储存的水通过输水管道送到需水地区,以调节降水的时空分布不均。

    3、在干热河谷地带造林,花高价搞个点做做样子是可以的,但不具推广意义,更不可能持久,因为背风坡森林的存在是很困难的,这一点在中国西南地区的干热河谷地带已有实证。

    3、对于沿山地背风坡下滑所产生的热干风而言,人们应小心谨慎,严防火灾发生。

    4、建筑施工单位要注意作好防尘工作,居民应该多喝水、多吃蔬菜和水果,以免引起上呼吸道感染等疾病。

    相关理论/焚风 编辑

    热力学理论

    1、基本理论

    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,温度干绝热下降(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/100米,使得温度相比没有焚风的时候下降缓慢。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脊上形成一堵云墙,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。

    在山脊背后空气开始下降,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,因此升温的速度大约是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。

    2、存在不足

    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:

    (1)、有时焚风在迎风面没有形成云或降水的情况下也会形成;

    (2)、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;

    (3)、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。21世纪初,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

    1、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。

    2、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。假如一座山脉的山脊到处一样高的话,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卡达山脉、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脊的话,那么气流会通过这些山谷流过。

    根据以上原理,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。这个效应不断向山脊扩展,最后整个山脊上都会形成超临界流。焚风从山谷开始,扩展到整个山脊。

    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。


    我国焚风/焚风 编辑


    气温攀升“焚风效应”起主导作用
    3月14日以来,河北省大部地区气温偏高,温暖的天气一直陪伴着大家,气温持续上升,特别是17日,中南部大部地区最高气温达27℃至33.9℃,其中邢台市区最高气温达33.9℃,相比周边北京、天津、山西、河南、山东等省和直辖市也是最高的,比历史同期极值偏高1.5℃(1963年3月30日32.4℃),创下邢台有气象记录以来3月份历史同期最高气温极值。18日14时北部地区气温为16℃至28℃,中南部地区为29℃至31.5℃,其中石家庄市区为29.3℃。 气象专家介绍,造成近几天气温偏高的主要原因是受干暖气团、偏西风和“焚风效应”共同影响,但造成我省气温普遍高于周边省市的原因主要是“焚风效应”。“焚风效应”是由于比较潮湿的空气在迎风山坡上升时,水汽凝结成云雨,到山顶后空气已变得比较干燥,然后沿着背风坡下沉增温,此时空气便变得更加干燥和炎热,这股又干又炎热的气流便是焚风。石家庄地区,位于太行山东麓,海拔高度相差1000米以上,当焚风气流越过太行山下降时,石家庄地区常出现“焚风效应”,日平均气温比正常时偏高10℃左右,有时比离山麓较远的东南部市县(无“焚风效应”地区)要高出10℃以上,使得中南部地区的气温迅速升高,再加之天气晴好,太阳辐射较强,加剧了气温升高。
    中新网5月2日电 据香港中通社报道,台湾台东市区2日清晨4时多开始出现焚风现象,气温从25.6度一路窜高到35.2度,连续两天高温焚风,民众忙着消暑戏水,而农友们则忙着在果园洒水降温。
    台东气象站表示,焚风现象从清晨4时18分开始,随着相对湿度下降,气温逐渐升高,到早上8时50分,气温已经从25.6度往上攀升到35.2度。
    短短4小时,将近10度的温差,让公家机关一早就大开冷气,部分民众更不顾危险,跑到市区活水湖或溪边游泳、戏水,而农民则忙着在果园洒水降温,避免果实烧伤。
    虽然,9时过后,随着风向改变,焚风的现象已经慢慢解除。

    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2013-07-17
    [2]^引用日期:2013-07-17
    [3]^引用日期:2013-07-17
    [4]^引用日期:2013-07-17

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