強風(英文名:Strong breeze),指在氣象學上風速達到蒲福氏六級、瞬時風速能達到每秒11米以上的風力;同時也被視為一個更廣泛的概念,泛指六級以上所有的風力。
強風的形成有多種因素,如氣壓差異、地球自轉效應、地形效應、氣象系統的氣候風以及水汽含量和溫度的差異,都能增強風速形成強風。同時根據風速和產生原因,強風也可分為不同類型,根據風速,強風有大風、臺風等分類;根據產生原因,強風可分為地形風、海陸風、熱帶氣旋等。
強風會對農業、建筑等產生嚴重危害,破壞植被、摧毀建筑,同時還可能引發或擴大火災。同時強風也可以帶來正面影響,如全球強風可以維持兩極和赤道之間的溫度平衡,促進對全球熱平衡;有助于植物的種子播散,以及可能帶來降水促進生長。
定義
在氣象學上,通常把風速超過六級、瞬時風速能達到每秒11米以上的風稱為強風。蒲福風級是一種估計及報告風速之方法,早期的蒲福氏風只有0–12級,1946年擴展到17級。在蒲福氏風力等級里把六級風速、每秒10.8–13.8米的風稱為強風。當風力進一步增強,達到八級以上,瞬時風速超過每秒18米時,稱之為大風。
形成
形成因素
氣壓差異
主要導致并維持空氣大規模水平流動的力量是氣壓梯度力。這種力量是由于地球表面大氣壓力的不均勻分布而產生的。當高壓區域與低壓區域之間存在氣壓梯度時,就會產生這種力量。在氣壓梯度力的作用下,空氣會從高壓區域流向低壓區域,形成風。當氣壓差異較大時,風速就會增強,形成強風。
地形效應
有時土地可以通過形成漏斗來放大風的力量。如果一個地區的山脈有一個狹窄的山谷開口,那么風通過它可能會變成強風。
氣象系統的影響
有許多氣候風可能會導致強風,如季風、鋒面低壓、熱帶氣旋(颶風、臺風和氣旋)、雷雨(下擊暴流和微下擊暴流)、龍卷風、塵旋風、重力風(下降風)、下風波等。季風屬于季節風,可被看作由季節性加熱及引起的相對于陸地的熱低壓而導致的大規模海洋風;鋒面低壓是指分開兩股不同密度空氣的邊界,是強風產生的主要原因;熱帶氣旋是指發生在熱帶地區的強烈的氣旋風暴;雷雨屬于水平范圍內的小規模湍流,但可以形成劇烈的風;龍卷風為雷雨云中漏斗狀的渦流,是最具破壞性的風暴;重力風是重力作用下沿下坡流動的風,主要發生在多山或冰川地區,當斜坡特別陡峭時,冷空氣會聚集強大的動能帶來強風。
分類
根據風速
大風
當瞬時風速達到或超過每秒17.2米,即相當于風力8級或更高級別時,這樣的風被稱為大風。大風,尤其是8級以上的風力,對航運和高空作業等活動構成嚴重威脅。在臺風、冷空氣活動或強對流天氣發生時,都可能出現這種大風現象。
狂風
狂風在蒲福氏風級屬于10級風力,速度為89–102千米/小時,在陸地上可以拔起樹木,在海面可使海浪翻滾咆哮。
暴風
狂風在蒲福氏風級屬于11級風力,速度為103–117千米/小時,在陸地上可引起重大損害,在海面可使波峰全呈飛沫。
颶風/臺風
熱帶氣旋/臺風是一種熱帶氣旋或局部低壓天氣系統,有雷暴但沒有鋒面(分隔兩個不同密度的氣團的邊界),最大持續風速至少為119千米/小時。在北半球,東太平洋和大西洋海域上生成的風力達到12級的熱帶氣旋稱之為颶風,而西太平洋海域則稱之為臺風。在中國的《熱帶氣旋等級》中把風力超過12級的熱帶氣旋劃分為臺風、強臺風和超強臺風三個級別。
根據產生原因
地形風
狹管效應,又稱峽谷效應,當氣流由開闊地流入峽谷時,由于空氣質量不能大量堆積,于是加速流過峽谷,風速增大,但當流出峽谷時,空氣流速又會減緩。珠穆朗瑪峰上有典型的狹管效應,在北坳營地往上的7500米左右,受到地勢狹窄的影響,通過這里的風會明顯加大,風速最大可達12級。
海陸風
在沿海地區,由于海洋和陸地的溫度差異和氣壓差異,形成海風和陸風,帶來強風。沿海地區在靜穩天氣時,白天風從海洋吹向陸地,夜間風由陸地吹向海洋。這種在海陸之間形成的,以一天為周期,隨晝夜交替而轉換方向的風,稱為海陸風。海陸風是由于海陸之間熱力差異而產生的一種熱力環流。
熱帶氣旋
在熱帶或副熱帶海域上形成的強烈空氣旋渦被稱為熱帶氣旋,它們的直徑通常在幾百千米左右,厚度大約為幾十千米。這些強烈的熱帶氣旋不僅帶來狂風和巨浪,還常常伴隨著暴雨和風暴潮,造成嚴重的災害。
根據其中心附近地面的最大平均風速,熱帶氣旋被分為六個等級,熱帶低壓的風速范圍在每秒10.8到17.1米(即風力為6到7級)之間;熱帶風暴的風速范圍在每秒17.2到24.4米(即風力為8到9級)之間;強熱帶風暴的風速范圍在每秒24.5到32.6米(即風力為10到11級)之間;臺風的風速范圍在每秒32.7到41.4米(即風力為12到13級)之間;強臺風的風速范圍在每秒41.5到50.9米(即風力為14到15級)之間;超強臺風的風速則大于每秒51.0米(即風力為16級或以上)。
對流系統
強對流天氣是氣象學中的一種極端天氣現象,容易導致強風。強對流天氣的形成是由于大氣中產生強烈的垂直運動。這種天氣條件下往往會出現颮線、龍卷風、雷雨大風、雷暴等天氣現象。其中,颮線、龍卷風和雷雨大風是引起人們關注的主要氣象事件之一,其共同特征是產生強勁的風力。颮線是指突然出現的風向急劇變化,風力迅速增強的天氣現象。龍卷風則是一種極端強風,其風速可達到12級以上,最高甚至超過每秒100米的速度。而雷雨大風,則是在雷電、降雨天氣中,風力達到或超過8級(即每秒17.2米以上)的天氣現象。
分布區域
世界分布
熱帶氣旋區域
西北太平洋每年約生成占全球總數1/3的熱帶氣旋,是全球熱帶氣旋活動最為頻繁的區域,每年夏季和秋季,西北太平洋熱帶氣旋頻繁出現,其中以臺風最為強烈;由于北大西洋暖流的存在,暖水層可以向北拓展至高緯度的地方,超級颶風易在暖流區達到最強,并可以到達較高緯度地區。并且北大西洋熱帶風暴以上等級各災害性熱帶氣旋系統一般影響非洲西北部和地中海西部沿海,而發生在北大西洋的颶風經常會影響到美國東海岸和加勒比地區。
極地區域
南極大陸的中心高原與四周沿岸地區之間存在顯著的陡坡地形差異。當內陸高原的空氣遭遇冷卻時,它會收縮并變得更為密集。這種既寒冷又沉重的冷氣團會從冰蓋高原沿著陡峭的冰面向四周迅速下滑。一旦到達沿海區域,地勢的急劇下降會進一步加速冷氣流的下滑速度,從而形成了具有強大破壞力的下降風。此外,受到地球自轉效應的影響,向北流動的氣流會發生左偏現象,這導致在南極大陸沿海地帶形成了偏東的強烈大風。
北極的風強度變化很大。俄羅斯北極地區的風往往比加拿大北極地區更強,那里的風暴更多。北極大西洋地區也有很多風暴。冬季會出現強烈的逆溫現象,減緩地面附近的風速,從而將地表空氣與上方空氣斷開。在重力驅動下,從格陵蘭冰蓋吹來的下降風非常強勁。?另外北極渦旋是每年冬季在北極上空約16.1-48千米的平流層中形成的一股強烈西風帶。
高山區域
喜馬拉雅山脈南北走向的斷裂構造發育,經河流切割形成縱向深險峽谷,成為西南季風氣流北進的通道。
當溫暖/干燥的空氣從山坡上快速下降時,就會發生下坡風。這些風在落基山脈東側很常見,稱為欽諾克風。這些風的速度可能超過40英里/小時,并且可能會突然出現更強的陣風。
西風帶
西風帶是位于南北半球中緯度地區的一個特定風帶,大約在南北緯40°-60°之間。這個風帶的形成,是由于副熱帶高氣壓帶的氣流一部分流向赤道,另一部分則流向溫帶低氣壓帶。受地球自轉的影響,這些氣流的風向會發生偏轉。在北半球,南風逐漸偏轉為西南風,因此在中緯度地區主要盛行西南風和西風。而在南半球,北風逐漸偏轉為西北風,使得中緯度地區主要盛行西北風和西風。在這些風向中,西風的出現頻率較高,因此得名盛行西風帶,簡稱西風帶。西風帶是一個氣旋活動頻繁、天氣多變的地區。該地區常年西風不斷,風大浪高,氣候惡劣,風力小的時候可達五六級,風力大時可達十一二級甚至更高。
沙漠地區
北非地處北回歸線兩側,擁有撒哈拉沙漠,這是世界上最大的流動性沙漠。通常在每年的二三月份,受到西風帶阻塞高壓系統的影響,高緯度的冷空氣會頻繁地向南推進。當這股冷空氣與低緯度北非地面的氣旋相互作用時,北非地區往往會出現強烈的大風天氣。
中國分布
東南沿海地區
東南沿海及其附近島嶼受季風影響,冬季盛行偏北風,夏季盛行偏南風,春秋兩季風向多變。該區域脈動風速較大,且呈現明顯的季節性變化,夏季時脈動風速偏高,湍流度集中分布于10% ~ 100%區間。這一地區同時受臺風影響較大,每年登陸的6級以上熱帶氣旋9.3個,其中臺風(8級以上熱帶氣旋)6.9個。
“三北”地區
包括東北三省、河北省、內蒙古自治區、甘肅省、青海省、西藏自治區和新疆等省、區近200 千米寬的地帶,也是中原地區強風區。以新疆地區為例,其典型的“三山夾兩盆”地形以及中緯度地理區位,使其易受冷鋒和低壓槽過境的影響,南北向氣壓差增大,在一些氣流暢通的峽谷、山谷和山口易產生“狹管效應”,氣流線加密,風速增強。例如,蘭新鐵路跨越了著名的“四大風區”:達坂城區風區、三十里風區、百里風區和煙墩風區。風區內大風頻繁,風力極強,其影響線路的總長度462.4 千米。
中西部內陸山區
在西南橫斷山脈及內陸山區(如云南省、貴州省、四川省和西藏自治區的山區等),當氣流經過深切峽谷或陡峭山體等復雜地形時,會產生較大范圍的繞流、分離及再附。局部區域風速增大10%~20%,風攻角的分布范圍較平原地區廣,復雜山地的風攻角可能遠遠大于5°,不同風向的強風攻角變化幅度會很大,有的方向為正攻角、有的方向為負攻角,兩個方向攻角差異可達20°。例如,對處于四川省西部U形峽谷地形的興康特大橋橋址處現場實測發現,其風攻角大部分為-12°~ +6°,平均值為-4.46°,橋位處風速在10.8米/秒(6級)以上的強風天數出現的頻率為74. 8%,最大風速約為29.6米/秒(11級)。
影響與危害
影響
對植物的影響
風能夠引起生態環境中其他因素的變化,從而間接、綜合地影響植物的生長。例如,風可以改變空氣的溫度和濕度。在干燥風的作用下,土壤水分的蒸發和植物的蒸騰作用會增強,這可能導致植物體內水分不足。在風力較大的地區,植物的生長速度可能會減緩。這些地區的植物往往展現出一些特殊的形態結構特征,如葉片較小、質地堅韌或多毛,氣孔下陷,以及植株矮小癥但粗壯。風在植物繁殖過程中起著傳播媒介的作用。它是植物花粉、種子和某些果實傳播的主要動力,對植物的繁衍具有重要意義。風還能促進環境中的氣體循環。通過風的吹動,環境中的氧氣、二氧化碳和蒸汽能夠更均勻地分布,并加速它們的熱力學循環。強風也有助于大氣中污染物的擴散。在強風的作用下,大氣中的污染物能夠更迅速地分散,從而減輕對植物的直接傷害。
對全球熱平衡的影響
強風的最大好處是對全球熱平衡的影響。全球強風可以維持兩極和赤道之間的溫度平衡。由于地球的極軸傾斜,溫度不均衡的情況將一直存在。地球赤道地區接收到比其他緯度更多的太陽能(即日照市)。由于強風的規模以及與高空大氣的相互作用,是非常有效地將赤道熱量向外推送的機制。如果沒有熱帶氣旋存在,赤道地區可能會變得明顯更熱,同時兩極地區可能會變得明顯更冷。
危害
對自然環境危害
加劇土地荒漠化
強風會加劇其他自然災害(如干旱、雷雨、冰雹、鹽漬化、荒漠化等)的影響程度。例如,大風可以剝蝕土壤表層,加速土壤的沙化過程,進而促使半固定沙丘的活動和流動沙丘的前移。這種情況導致了荒漠化過程的加劇,加大了土地受風蝕和沙漠化的風險。
引起惡劣天氣
在海岸線附近,強風可以引發風暴潮,即海水高漲,可能淹沒低洼地區,對沿海地區的居民和建筑物構成威脅。在寒冷的地區,強風可能伴隨著大雪,形成風雪暴。這會造成嚴重的交通中斷,困擾人們的生活。在沙漠地區或塵土嚴重地區,強風會揚起大量的沙塵和礫石,引發沙塵暴,降低能見度,對交通安全和人們的健康造成威脅。
對人類社會危害
對建筑物危害
除了農林災害以外,強風災害的主要對象就是土木建筑物。其中受強風影響大的主要有木造住宅、高層建筑、懸索橋、輸電鐵塔、冷卻塔等等。
采用最低抗風建筑標準可減輕這類損失。因為強風引起的破壞與低速臺風和龍卷風相同,故應采取類似的減災措施。
導致火災
強風天氣下,很多事情都可能導致火災。強風一一旦遇到明火,強風會不斷地將空氣送入燃燒區域,使火勢更加猛烈。當火勢變大時,火場的上火流會沖破近地面的逆溫層,周圍的氣流會沿著地面補充進來,形成一個“小循環”,這使得火場內的風力變得更大,火勢也就更難控制。強風天氣下的火災和一般的火災不同,它的燃燒形式更加復雜和難以預測,可能會出現“風暴”“渦流”“跳躍式”等燃燒形式。因此,在高溫和燃燒產物的影響下,強風天氣下的火災現場情況瞬息萬變,給滅火工作帶來了極大的困難。
對交通的破壞
強風對交通造成的影響是極為嚴重的。以2014年第9號超強臺風“臺風威馬遜”登陸中國的情況為例,其經過的地區,海上航運和各地機場均處于完全停運狀態。同時,陸地上多條高速公路和國省干線公路的部分路段也受到了阻礙。特別是海南省受到了極為嚴重的影響,海口市地區的地面交通則完全陷入癱瘓狀態。
對農牧業的破壞
強風對農畜業造成的危害多方而深遠。首先,它對農作物的影響主要表現在機械性和生理兩個方面。機械性損傷包括折枝、落葉、授粉受阻等,而生理損傷則導致水分代謝紊亂、植株凋萎等。風力大小、持續時間以及作物的特性都影響著受害程度,同時風還傳播病原體,促進植物病害的蔓延。在畜牧業方面,大風會影響畜群的采食、體質和抵抗力,導致牲畜的死亡和產量下降。
監測與預警
監測
氣象雷達監測
多普勒天氣雷達是一種強大的氣象探測工具,它可以有效地對臺風進行監視和跟蹤。通過雷達探測,不僅可以獲得臺風的降水強度、回波的高度以及分布范圍等詳細信息,還能夠深入研究臺風內部的風場結構。這為分析臺風登陸前后的尾旋雨帶、臺風眼壁的垂直累積含水量、降水量以及眼區速度譜寬提供了有力支持。此外,多普勒天氣雷達還能幫助了解臺風內部的中尺度環流情況,進而研究臺風在登陸前后的強度和速度變化。然而,雷達探測技術也存在一定的局限性。例如,雷達回波數據可能出現短缺或異常點,這會影響對回波的準確測量。此外,晴空回波的定標精度也有待提高。同時,在使用雷達進行降水量測量等定量化分析時,也面臨著產品不足的問題。
氣象衛星監測
用于氣象觀測的氣象衛星在極地或赤道軌道上運行。這些衛星測量地球表面的反射和輻射。可以解釋反射和輻射(紅外線)以獲得有關云分布、溫度和大氣中瓦特蒸氣量的信息。特別注意熱帶氣旋和雷暴的早期發現。
地面觀測站數據
主要依賴氣象部門建設的地面氣象站網絡,對臺風在近地面層和大氣邊界層范圍內的各種氣象要素進行觀測和測定。這些自動氣象站能夠實時監測雨量、溫度、氣壓、風向、風速、露點等氣象要素,為臺風登陸前后的路徑預測提供了主要依據。然而,地面自動氣象站的設置數量存在一定限制(例如,地面氣象站的數量較多,但在島嶼和海洋地區的數量較少),這意味著它們無法全面反映地面以上的氣象要素變化。因此,需要進一步完善地面自動氣象站網絡,并考慮其他探測手段作為補充,以提高對臺風影響的全面監測和預警能力。
風速傳感器
測量風速主要有幾種方法,比如旋轉風杯風速計、散熱式風速計和聲學風速計,還有EL型電接風向風速計、EN型系列測風數據處理儀、海島自動測風站、輕便風向風速表、單翼風向傳感器、風杯風速傳感器、強風計等。旋轉風杯風速計的感應部分是固定在一個轉軸上的一組風杯,在穩定的風力下,風杯受到扭力而開始旋轉,它的轉速和風速有一定的關系,通過這個關系可以推算出風速。散熱式風速計則是利用了散熱速率和周圍空氣流速之間的關系來推算風速大小。而聲學風速計則是利用聲波在大氣中傳播的速度與空氣的溫度和風速之間的關系來推算風速大小的。
預警
中國
大風預報等級用語分大風預報、大風警報、大風預警信號三級。
1、大風預報,預計未來48小時責任區內將出現6級以上大風。
2、大風警報,預計未來24小時責任區內將出現6級以上大風。
3、大風氣象災害預警信號,分四級,分別以藍色、黃色、橙色、紅色表示。
中國香港地區
美國
美國有觀察預警和警告兩個危險層級。
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數說強對流③:讓人捉摸不透的大風.中國氣象局.2024-03-20
數據新聞丨臺風為何喜歡扎堆?最多六臺風同時出現!.中國氣象局.2024-03-20
21世紀海上絲綢之路海洋環境的氣候變化與風暴災害風險探析.海洋開發與管理.2024-03-20
颶風、旋風和臺風有何區別?.ALJAZEERA .2024-03-20
南極風暴為何頻繁、強烈?.武漢大學.2024-03-20
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[科普中國]-西風漂流.科普中國.2024-03-20
強風吹送撒哈拉沙漠沙塵至歐洲 氣象衛星遙感同步觀測優勢明顯.中國氣象局.2024-03-20
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【臺風科普一】專家詳解:臺風會帶來哪些災害.中國氣象局.2024-03-20
雪災的種類及影響.中國氣象局.2024-03-20
沙塵暴:易誘發呼吸道疾病.中國氣象局.2024-03-20
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