强风(英文名:Strong breeze),指在 气象学 上风速达到蒲福氏六级、瞬时风速能达到每秒11米以上的风力;同时也被视为一个更广泛的概念,泛指六级以上所有的风力。
强风的形成有多种因素,如气压差异、 地球自转 效应、地形效应、气象系统的气候风以及水汽含量和温度的差异,都能增强风速形成强风。 同时根据风速和产生原因,强风也可分为不同类型,根据风速,强风有大风、台风等分类; 根据产生原因,强风可分为地形风、海陆风、 热带气旋 等。
强风会对农业、建筑等产生严重危害,破坏 植被 、摧毁建筑,同时还可能引发或扩大火灾。 同时强风也可以带来正面影响,如全球强风可以维持两极和 赤道 之间的温度平衡,促进对全球 热平衡 ; 有助于植物的种子播散,以及可能带来降水促进生长。
定义
在 气象学 上,通常把风速 超过六级、瞬时风速能达到每秒11米以上的风称为强风。蒲福风级是一种估计及报告风速之方法,早期的蒲福氏风只有0–12级,1946年扩展到17级。在蒲福氏风力等级里把六级风速、每秒10.8–13.8米的风称为强风。当风力进一步增强,达到八级以上,瞬时风速超过每秒18 米时 ,称之为大风。
形成
形成因素
气压差异
主要导致并维持空气大规模水平流动的力量是气压 梯度 力。这种力量是由于 地球 表面大气压力的不均匀分布而产生的。当高压区域与低压区域之间存在气压梯度时,就会产生这种力量。在气压梯度力的作用下,空气会从高压区域流向低压区域,形成风。 当气压差异较大时,风速就会增强,形成强风。
地形效应
有时土地可以通过形成漏斗来放大风的力量。如果一个地区的山脉有一个狭窄的山谷开口,那么风通过它可能会变成强风。
气象系统的影响
有许多气候风可能会导致强风,如季风、锋面低压、 热带气旋 (飓风、台风和气旋)、雷雨( 下击暴流 和微下击暴流)、 龙卷风 、尘旋风、重力风(下降风)、下风波等。 季风属于季节风,可被看作由季节性加热及引起的相对于陆地的热低压而导致的大规模海洋风;锋面低压是指分开两股不同密度空气的边界,是强风产生的主要原因; 热带 气旋是指发生在热带地区的强烈的气旋风暴; 雷雨属于水平范围内的小规模湍流,但可以形成剧烈的风;龙卷风为雷雨云中漏斗状的 涡流 ,是最具破坏性的风暴;重力风是重力作用下沿下坡流动的风,主要发生在多山或 冰川 地区,当斜坡特别陡峭时,冷空气会聚集强大的动能带来强风。
分类
根据风速
大风
当瞬时风速达到或超过每秒17.2米,即相当于风力8级或更高级别时,这样的风被称为大风。大风,尤其是8级以上的风力,对 航运 和高空作业等活动构成严重威胁。在台风、冷空气活动或 强对流天气 发生时,都可能出现这种大风现象。
狂风
狂风在 蒲福氏风级 属于10级风力,速度为89–102千米/小时,在陆地上可以拔起树木,在海面可使海浪翻滚咆哮。
暴风
狂风在蒲福氏风级属于11级风力,速度为103–117千米/小时,在陆地上可引起重大损害,在海面可使波峰全呈飞沫。
飓风/台风
热带气旋 /台风 是一种热带气旋或局部低压天气系统,有 雷暴 但没有锋面(分隔两个不同密度的 气团 的边界), 最大持续风速 至少为119千米/小时。 在 北半球 ,东 太平洋 和 大西洋 海域上生成的风力达到12级的热带气旋称之为 飓风 ,而西太平洋海域则称之为台风。在中国的《热带气旋等级》中把风力超过12级的热带气旋划分为台风、 强台风 和 超强台风 三个级别。
根据产生原因
地形风
狭管效应 ,又称峡谷效应,当 气流 由开阔地流入峡谷时,由于空气质量不能大量堆积,于是加速流过峡谷,风速增大,但当流出峡谷时,空气流速又会减缓。 珠穆朗玛峰 上有典型的狭管效应,在北坳营地往上的7500米左右,受到地势狭窄的影响,通过这里的风会明显加大,风速最大可达12级。
海陆风
在沿海地区,由于海洋和陆地的温度差异和气压差异,形成海风和陆风,带来强风。沿海地区在静稳天气时,白天风从海洋吹向陆地,夜间风由陆地吹向海洋。这种在海陆之间形成的,以一天为周期,随昼夜交替而转换方向的风,称为海陆风。海陆风是由于海陆之间热力差异而产生的一种热力环流。
热带气旋
在 热带 或副热带海域上形成的强烈空气旋涡被称为热带气旋,它们的直径通常在几百千米左右,厚度大约为几十千米。这些强烈的热带气旋不仅带来狂风和巨浪,还常常伴随着暴雨和 风暴潮 ,造成严重的灾害。
根据其中心附近地面的最大平均 风速 ,热带气旋被分为六个等级, 热带低压 的风速范围在每秒10.8到17.1米(即风力为6到7级)之间; 热带风暴 的风速范围在每秒17.2到24.4米(即风力为8到9级)之间;强热带风暴的风速范围在每秒24.5到32.6米(即风力为10到11级)之间;台风的风速范围在每秒32.7到41.4米(即风力为12到13级)之间; 强台风 的风速范围在每秒41.5到50.9米(即风力为14到15级)之间; 超强台风 的风速则大于每秒51.0米(即风力为16级或以上)。
对流系统
强对流天气 是 气象学 中的一种 极端天气 现象,容易导致强风。 强对流天气的形成是由于大气中产生强烈的垂直运动。这种天气条件下往往会出现 飑线 、 龙卷风 、雷雨大风、 雷暴 等 天气现象 。其中,飑线、龙卷风和雷雨大风是引起人们关注的主要气象事件之一,其共同特征是产生强劲的风力。飑线是指突然出现的风向急剧变化,风力迅速增强的天气现象。龙卷风则是一种极端强风,其风速可达到12级以上,最高甚至超过每秒100米的速度。而雷雨大风,则是在 雷电 、降雨天气中,风力达到或超过8级(即每秒17.2米以上)的天气现象。
分布区域
世界分布
热带气旋区域
西北 太平洋 每年约生成占全球总数1/3的热带气旋,是全球热带气旋活动最为频繁的区域, 每年夏季和秋季,西北太平洋热带气旋频繁出现, 其中以台风最为强烈; 由于北大西洋暖流的存在,暖水层可以向北拓展至高 纬度 的地方,超级飓风易在暖流区达到最强,并可以到达较高纬度地区。并且北大西洋 热带风暴 以上等级各灾害性热带气旋系统一般影响非洲西北部和 地中海 西部沿海, 而发生在北大西洋的 飓风 经常会影响到美国东海岸和 加勒比地区 。
极地区域
南极大陆 的中心高原与四周沿岸地区之间存在显著的陡坡地形差异。当内陆高原的空气遭遇冷却时,它会收缩并变得更为密集。这种既寒冷又沉重的冷气团会从 冰盖 高原沿着陡峭的冰面向四周迅速下滑。一旦到达沿海区域,地势的急剧下降会进一步加速冷气流的下滑速度,从而形成了具有强大破坏力的下降风 。此外,受到 地球自转 效应的影响,向北流动的 气流 会发生左偏现象,这导致在南极大陆沿海地带形成了偏东的强烈大风。
北极 的风强度变化很大。 俄罗斯 北 极地 区的风往往比 加拿大 北极地区更强,那里的风暴更多。北极 大西洋 地区也有很多风暴。冬季会出现强烈的 逆温 现象 ,减缓地面附近的 风速 ,从而将地表空气与上方空气断开。在重力驱动下,从 格陵兰 冰盖 吹来的下降风非常强劲。 另外北极 涡旋 是每年冬季在北极上空约16.1-48千米的平流层中形成的一股强烈西风带。
高山区域
喜马拉雅山脉 南北走向的断裂构造发育,经河流切割形成纵向深险峡谷,成为 西南季风 气流 北进的通道。
当温暖/干燥的空气从山坡上快速下降时,就会发生下坡风 。 这些风在 落基山脉 东侧很常见,称为 钦诺克风 。这些风的速度可能超过40英里/小时,并且可能会突然出现更强的 阵风 。
西风带
西风带是位于南 北半球 中纬度地区的一个特定风带,大约在南北纬40°-60°之间。这个风带的形成,是由于 副热带高气压带 的气流一部分流向 赤道 ,另一部分则流向 温带 低气压带。受 地球自转 的影响,这些气流的 风向 会发生偏转。在北半球,南风逐渐偏转为西南风,因此在中纬度地区主要盛行西南风和 西风 。而在 南半球 ,北风逐渐偏转为西北风,使得中纬度地区主要盛行西北风和西风。在这些风向中,西风的出现频率较高,因此得名盛行西风带,简称西风带。西风带是一个气旋活动频繁、天气多变的地区。 该地区常年西风不断,风大浪高,气候恶劣,风力小的时候可达五六级,风力大时可达十一二级甚至更高。
沙漠地区
北非 地处 北回归线 两侧,拥有 撒哈拉沙漠 ,这是世界上最大的流动性沙漠。通常在每年的二三月份,受到西风带阻塞高压系统的影响,高纬度的冷空气会频繁地向南推进。当这股 冷空气 与低纬度北非地面的 气旋 相互作用时,北非地区往往会出现强烈的大风天气。
中国分布
东南沿海地区
东南沿海及其附近岛屿受 季风 影响,冬季盛行偏北风,夏季盛行偏南风,春秋两季风向多变。该区域脉动风速较大,且呈现明显的季节性变化,夏季时脉动风速偏高,湍流度集中分布于10% ~ 100% 区间。这一地区同时受台风影响较大,每年登陆的6级以上 热带气旋 9.3个,其中台风(8级以上热带气旋)6.9个。
“三北”地区
包括东北三省、 河北省 、 内蒙古自治区 、 甘肃省 、 青海省 、 西藏自治区 和新疆等省、区近200 千米宽的地带,也是 中原地区 强风区。以新疆地区为例,其典型的“ 三山夹两盆 ”地形以及中纬度 地理区位 ,使其易受 冷锋 和 低压槽 过境的影响,南北向气压差增大,在一些 气流 畅通的峡谷、山谷和山口易产生“ 狭管效应 ”,气流线加密, 风速 增强。例如, 兰新铁路 跨越了著名的“四大风区”: 达坂城区 风区、三十里风区、百里风区和烟墩风区。风区内大风频繁,风力极强,其影响线路的总长度462.4 千米。
中西部内陆山区
在西南 横断山脉 及内陆山区(如 云南省 、 贵州省 、 四川省 和 西藏自治区 的山区等),当气流经过深切峡谷或陡峭山体等复杂地形时,会产生较大范围的绕流、分离及再附。局部区域风速增大10%~20%,风攻角的分布范围较平原地区广,复杂山地的风攻角可能远远大于5°,不同风向的强风攻角变化幅度会很大,有的方向为正攻角、有的方向为负攻角,两个方向攻角差异可达20°。例如,对处于四川省西部U形峡谷地形的 兴康特大桥 桥址处现场实测发现,其风攻角大部分为-12°~ +6°,平均值为-4.46°,桥位处风速在10.8米/秒(6级)以上的强风天数出现的频率为74. 8%,最大风速约为29.6米/秒(11级)。
影响与危害
影响
对植物的影响
风能够引起 生态环境 中其他因素的变化,从而间接、综合地影响植物的生长。例如,风可以改变空气的温度和湿度。在干燥风的作用下,土壤水分的蒸发和植物的 蒸腾作用 会增强,这可能导致植物体内水分不足。在风力较大的地区,植物的生长速度可能会减缓。这些地区的植物往往展现出一些特殊的形态结构特征,如叶片较小、质地坚韧或 多毛 , 气孔 下陷,以及植株 矮小症 但粗壮。风在 植物繁殖 过程中起着传播媒介的作用。它是植物花粉、种子和某些果实传播的主要动力,对植物的繁衍具有重要意义。风还能促进环境中的气体循环。通过风的吹动,环境中的 氧气 、 二氧化碳 和 蒸汽 能够更均匀地分布,并加速它们的 热力学循环 。强风也有助于大气中污染物的扩散。在强风的作用下,大气中的污染物能够更迅速地分散,从而减轻对植物的直接伤害。
对全球热平衡的影响
强风的最大好处是对全球热平衡的影响。全球强风可以维持两极和 赤道 之间的温度平衡。由于 地球 的极轴倾斜,温度不均衡的情况将一直存在。地球赤道地区接收到比其他 纬度 更多的 太阳能 (即 日照市 )。由于强风的规模以及与高空大气的相互作用,是非常有效地将赤道热量向外推送的机制。如果没有 热带气旋 存在,赤道地区可能会变得明显更热,同时两极地区可能会变得明显更冷。
危害
对自然环境危害
加剧土地荒漠化
强风会加剧其他自然灾害(如干旱、 雷雨 、冰雹、盐渍化、荒漠化等)的影响程度。例如,大风可以剥蚀土壤表层,加速土壤的沙化过程,进而促使半固定沙丘的活动和流动沙丘的前移。这种情况导致了荒漠化过程的加剧,加大了土地受 风蚀 和沙漠化的风险。
引起恶劣天气
在海岸线附近,强风可以引发 风暴潮 ,即海水高涨,可能 淹没 低洼地区,对沿海地区的居民和建筑物构成威胁。 在寒冷的地区,强风可能伴随着 大雪 ,形成风雪暴。这会造成严重的交通中断,困扰人们的生活。 在沙漠地区或尘土严重地区,强风会扬起大量的沙尘和 砾石 ,引发 沙尘暴 ,降低 能见度 ,对交通安全和人们的健康造成威胁。
对人类社会危害
对建筑物危害
除了农林灾害以外,强风灾害的主要对象就是土木建筑物。其中受强风影响大的主要有木造住宅、高层建筑、 悬索桥 、输电铁塔、 冷却塔 等等。
采用最低抗风建筑标准可减轻这类损失。因为强风引起的破坏与低速台风和 龙卷风 相同,故应采取类似的减灾措施。
导致火灾
强风天气下,很多事情都可能导致火灾。强风一一旦遇到明火,强风会不断地将空气送入燃烧区域,使火势更加猛烈。当火势变大时,火场的 上火 流会冲破近地面的逆温层,周围的气流会沿着地面补充进来,形成一个“小循环”,这使得火场内的风力变得更大,火势也就更难控制。强风天气下的火灾和一般的火灾不同,它的燃烧形式更加复杂和难以预测,可能会出现“风暴”“ 涡流 ”“跳跃式”等燃烧形式。因此,在高温和燃烧产物的影响下,强风天气下的 火灾现场 情况瞬息万变,给灭火工作带来了极大的困难。
对交通的破坏
强风对交通造成的影响是极为严重的。以2014年第9号 超强台风 “ 台风威马逊 ”登陆中国的情况为例,其经过的地区,海上 航运 和各地机场均处于完全停运状态。同时,陆地上多条高速公路和国 省干线公路 的部分路段也受到了阻碍。特别是 海南省 受到了极为严重的影响, 海口市 地区的地面交通则完全陷入 瘫痪 状态。
对农牧业的破坏
强风对农畜业造成的危害多方而深远。首先,它对农作物的影响主要表现在机械性和生理两个方面。机械性损伤包括折枝、落叶、授粉受阻等,而生理损伤则导致水分代谢紊乱、植株凋萎等。风力大小、持续时间以及作物的特性都影响着受害程度,同时风还传播 病原体 ,促进植物病害的蔓延。在畜牧业方面,大风会影响畜群的采食、体质和抵抗力,导致牲畜的死亡和产量下降。
监测与预警
监测
气象雷达监测
多普勒天气雷达是一种强大的气象探测工具,可以根据其强度和分类综合利用各种雷达产品确定预报的天气类型、影响区域及时间等,还可以有效地对台风进行监视和跟踪。通过雷达探测,不仅可以获得台风的 降水 强度、回波的高度以及分布范围等详细信息,还能够深入研究台风内部的风场结构。这为分析台风登陆前后的 尾旋 雨带 、台风眼壁的垂直累积含水量、降水量以及眼区速度谱宽提供了有力支持。此外,多普勒天气雷达还能帮助了解台风内部的中尺度环流情况,进而研究台风在登陆前后的强度和速度变化。然而,雷达探测技术也存在一定的局限性。例如,雷达回波数据可能出现短缺或异常点,这会影响对回波的准确测量。此外,晴空回波的定标精度也有待提高。同时,在使用雷达进行降水量测量等定量化分析时,也面临着产品不足的问题。
气象卫星监测
用于气象观测的气象 卫星 在 极地 或 赤道 轨道上运行。这些 卫星 测量 地球 表面的反射和辐射。可以解释反射和辐射( 红外线 )以获得有关云分布、温度和大气中瓦特 蒸气量 的信息。特别注意 热带气旋 和 雷暴 的早期发现。
地面观测站数据
主要依赖气象部门建设的地面 气象站 网络,对台风在近地面层和 大气边界层 范围内的各种气象要素进行观测和测定。这些自动气象站能够实时监测雨量、温度、气压、风向、 风速 、 露点 等气象要素,为台风登陆前后的路径预测提供了主要依据。然而,地面自动气象站的设置数量存在一定限制(例如,地面气象站的数量较多,但在岛屿和海洋地区的数量较少),这意味着它们无法全面反映地面以上的气象要素变化。因此,需要进一步完善地面自动气象站网络,并考虑其他探测手段作为补充,以提高对台风影响的全面监测和预警能力。
风速传感器
测量风速主要有几种方法,比如旋转风杯风速计、散热式风速计 和声学 风速计, 还有EL型 电接风向风速计 、EN型系列测风数据处理仪、海岛自动测风站、轻便风向风速表、单翼风向传感器、风杯风速传感器、强风计等。 旋转风 杯 风速 计的感应部分是固定在一个转轴上的一组风杯,在稳定的风力下,风杯受到扭力而开始旋转,它的转速和风速有一定的关系,通过这个关系可以推算出风速。 散热式风速计则是利用了散热 速率 和周围空气流速之间的关系来推算风速大小。而 声学 风速计则是利用 声波 在大气中传播的速度与空气的温度和风速之间的关系来推算风速大小的。
预警
中国
大风预报等级用语分大风预报、大风警报、大风预警信号三级。
1、大风预报,预计未来48小时责任区内将出现6级以上大风。
2、大风警报,预计未来 24小时 责任区内将出现6级以上大风。
3、大风 气象灾害预警信号 ,分四级,分别以蓝色、黄色、 橙色 、红色表示。
中国香港地区
美国
美国 有观察预警和警告两个危险层级。