风速,湿度和蒸发,都是重要的气象要素,而且它们相互有联系。例如风速大,温度低,则蒸发强,会使气候干燥,反之亦然。所以本书把它们集中到一章里来介绍。
一、中国平均风速和大风日数的分布
风是最重要的气象要素之一。盛行风向表示了气压系统的配置形势和稳定性,平均风速则表示气压系统的平均强度。
正是由于冬季常年强劲的冬季风(北风),使我国东部地区成为世界同纬度上最冷的地区;正是夏季东从太平洋上来的太平洋夏季风,和西南从印度洋、南海来的印度洋夏季风使我国夏季雨量丰沛并决定了我国的年雨量从东南向西北减少的分布形势。即季风气候决定了我国气候的大局。风对经济建设也关系重大,例如建筑物的风荷载主要决定于当地最大风速。风荷载取值过高会造成巨大浪费,取值过低又会使建筑物抗风强度降低,不安全,等等。
在气象部门,表示风速一般有两种指标,一种叫平均风速,另一种叫大风日数。平均风速是每天四次定时气象观测风速的平均;大风日数的大风标准,我国一般取8级,也就是说,一天中只要有一瞬间风速超过8级(17米/秒),这一天便计为大风日,而不管大风刮多久。
因为我国年平均风速和年平均大风日数的分布形势很相似,所以我们把它们放在一起加以介绍。
我国大多数地区年平均风速在1米/秒~4米/秒之间,年平均大风日数5天~20天左右。我国有三个地区风速最大,大风最多。第一个地区是中蒙边境地区,这里年平均风速可高达4米/秒~5米/秒以上,大风日数多达50天~75天甚至更多。这个地区主要是地形平坦,寒潮大风、气旋大风畅行无阻。第二个地区是青藏高原,地形也相对较平坦,主要是冬半年位于高空西风急流之下,午后因地面最热,上下对流最强,高空大风气流动量下传的结果使地面午后常多大风,因而年平均风速高达4米/秒以上,年大风日数多达100天甚至更多,是我国平均风速和大风日数大面积的高值区。第三个大风地区是东南沿海和台湾海峡,因为海面平坦摩擦力小,年平均风速也多在4米/秒以上,其中台湾海峡及沿岸因为气流狭管效应更高达5米/秒~6米/秒以上,大风日数也有超过100天的地区,这在后面还要专门讲到。
我国风速最小的地方是在川、黔、滇和西藏东南部等西南地区。因为这里地形崎岖,寒潮大风到此已大为削弱,甚至寒潮冷空气根本到不了。这里又无台风侵袭,尤其在河谷盆地等凹洼地形之中风速更小,年平均风速都在1米/秒~2米/秒以下,年平均大风日数多在5天~10天以下。例如鄂西南山区的恩施,年平均风速0.5米/秒,年大风日数仅0.9天;云南西双版纳州允景洪,年平均风速0.5米/秒,年大风日数6.1天;四川万县年平均风速0.7米/秒,年大风1.9天,等等。
二、“山高风大”——海拔高度对风速的影响
“山高风大”、“地高风大”此话不假。我们如果住在10层左右或更高的楼层,冬季常常可以听到大风呼啸。而在平房或低层住宅,就常听不到这样呼啸声。风速随离地面高度升高而增大的原因,主要是地面多起伏不平(树木、楼房、地形地物等),气流在经过这种地面时,会因摩擦损失大量动量,因而离地面越近便风速越小。
高空较大风速的气流经常无阻碍地吹拂高山的结果,高山顶上的风速就会比低山和山麓大得多。
我曾统计过我国六大高山(泰山,华山,黄山,南岳衡山,五台山,和庐山)山顶和山麓气象站风的对比。结果是,年平均风速分别为6.12米/秒和2.21米/秒,而年平均大风日数分别为142.2天和23.1天。由此亦可见高山顶上风速之大,大风之多。
我国风速最大的气象站也正是位于高山之上。吉林省安图县长白山天池气象站年平均风速高达11.7米/秒,年大风日数267.8天(最多的1969年曾达304天之多),均居全国第一。山西五台山次之,年平均风速高达9.0米/秒,年大风日数也有181.9天之多(最多年220天)。
在这些风速既大、大风日数又多的高山气象站上,大风时进行气象观测有相当的危险性。例如五台山气象站在1959年建起粗壮木栏杆之前,过去每次大风观测时气象员都要腰系粗麻绳,低头弯腰前进,进入观测场门口后要像在水流中游泳一样斜着向上风方向冲去,方能正好到达位于正前方的百叶箱的位置。打开百叶箱时箱门很容易被大风吹折,即使门上加以链子保护也解决不了问题,过去每年都要吹坏几次。后来,他们总结出了用肩扛的办法,才大大减少了损坏率。
由于百叶箱的振动,大风常常移动最低温度表中的游标,使读数发生误差。大风有时甚至把横放在架上的最高、最低温度表震落箱底,造成仪器损坏,温度缺测。这些台站的冬季,不仅风大,而且严寒,构成了地面观测极为艰苦的天气条件。手指只要一离开皮手套,一会儿就冻僵了,戴了手套又不能写字。五台山气象站的同志们在实践中都锻炼了记忆的办法,经过多次对比观察,确认可行。但就是这样,有时回到值班室后,手指也还不能立即写字,需要别人帮助纪录。这种凭记忆的观测纪录方法,本是观测规范所不允许的。可是在五台山气象站曾实行多年(此艰苦台站后来已下迁)。
贺兰山气象站是我国另一个在观测场建有违规建筑的气象站。该气象站位于尖峰之顶,风速极大,经常吹跑观测场雨量筒等仪器并多次吹跑气象员的帽子。因此不得已在观测场的西侧筑起了一道1米略高的矮墙。这些都是我分别在20世纪70年代和80年代亲历目睹的。
还有一件事值得留在中国气象史上的是上述吉林天池气象站。这里过去冬季是进行人工观测的。但观测场仪器、百叶箱前小梯等经常被大风吹跑不说,有趣的是这里还常常被大风卷雪封门,因此出楼进观测场观测有时甚至需要挖雪洞“隧道”方能通过。
三、山隘、海峡大风多——地形形状对风速的影响
其实,风速随海拔高度的增加而增加的规律也不是无条件的。也就是说,只有上下地形比较一致的情况下才是这样。因此,即使是海拔很高的气象台站,如果它位于凹洼地形之中,风速也同样很小。例如新疆天山北坡也有个名叫天池的气象站,海拔高达1943米,但因它位于三工河谷之中,年平均风速只有2.9米/秒,年大风日数甚至只有1.9天。海拔更高的拉萨(3658米),也因位于拉萨河谷之中,因而年平均风速仅2.3米/秒,年大风26.7天,与东部平原上的上海、北京相差不多。
不过,即使是山顶,有的风速也并不很大。例如,四川盆地海拔3047米的峨眉山,山虽高(相对高度也有2600米),但年平均风速也只有3.2米/秒,年大风日数43.1天,平均风速甚至比东北平原上的哈尔滨还小些。这是因为峨眉山位于比其高得多的青藏高原的东侧,对于盛行西风气流来说,峨眉山好比躲在高高的挡风墙背后一样,难怪就山高而风不大了。所以它以东约400公里的金佛山,虽然海拔高度只有1906米,年平均风速已增加到5.0米/秒,年大风日数107.7天,已与东部地区高山上的风速比较接近了。
地形增大风速最显著的地方要算是隘口地形了。在这种地形下,气流进入隘口时流线密集,风速可以成倍地增大,称为流体的狭管效应。下面举几个实例。
新疆西部的阿拉山口就是个著名的风口,这里两侧都是几千米的高山,而隘口海拔仅200米~370米之间,是我国新疆和中亚地区气流扩散的三条主要孔道之一。由于这里隘口特窄,所以风速特大。我国境内阿拉山口气象站位于该隘口东南端附近的艾比湖畔,每年平均8级以上的大风有165.8天,年平均风速高达6.1米/秒,在我国气象站中是很大的。建站后多次出现超过仪器最大刻度(40米/秒)的大风,曾经刮倒过风向杆,吹坏过风速仪,发报天线也常被刮跑,因此艾比湖有了“风湖”的外号。隘口另一侧哈萨克斯坦境内曾纪录到70米/秒大风,风比阿拉山口还大。此外,位于甘肃河西走廊疏勒河畔的安西,北有2583米海拔的马宗山,南有3000多米海拔的野马山,极大风速34米/秒,年平均大风日数为80天,有“安西风库”之说。
云南洱海西南端的下关市。正处在西洱河谷的东口,洱海水正是通过东西走向的西洱河流入漾濞江的。它西宽东窄的地形,使特别是冬春季节沿河谷东进的西风气流流线密集,风速加大。一旦起风,常常整天狂风呼啸,电线呼呼作响,所以有“风下关”之说。由于这里冬半年中稳定强劲而又较干燥的盛行西风,使下关城内没有建筑物屏蔽的树木都成了偏形树,迎风西侧枝干极少,甚至没有。此外,下关以北,沿下关—大理公路两旁也有偏形树分布。这是由于公路西侧苍山山脉诸峰间隘口大风所形成,相应每个隘口公路上都有偏形树分布。此外我在澜沧江河谷考察时,在德钦县云岭公社日最大队的澜沧江河谷底部(海拔约2100米)也发现了偏形树,这主要是由于澜沧江河谷在此突然变狭所致,因此偏形树的迎风西南侧枝叶一律向东北弯曲,且枝叶稀少。
新疆天山山脉东段的达坂城是天山南北气流主要通道之一,冷空气常常经此蜂拥南下,达坂城风口海拔约1100米,气象站位于风口之中,年平均风速5.7米/秒,年平均大风日数133.0天。据大型电视纪录片《丝绸之路》中日联合摄制组裴玉峰先生报导达坂城风口的情况说:“大风从天际猛压下来,仿佛大地都在颤动,飞石狂打着车厢,简直像穿行于枪林弹雨之中,令人悚然。”文章还说:“这里岩石上布满了大大小小的洞,有的竟有好几米深,这是大风刮蚀的。如果过此不乘火车,骆驼也会被刮跑,1977年5月有一次12级以上大风。飞沙走石,不仅把车辆玻璃全部砸碎,而且掀倒了9节车厢,于是不得不在这一带修筑了特别路基和高3米宽2米多的卵石水泥挡风墙。”以上所引都是原文。我在20世纪80年代初也曾见到了达坂城火车站附近的挡风墙和铁路旁煤黑色岩石上的蜂窝状深洞。
但这里的挡风墙显得很土气。2008年2月28日峡谷南端小草湖附近,大风吹翻南疆铁路8节车厢,造成4人死亡,30多名旅客重伤,不久前在这里建成的蓝白两色相间的挡风墙就比较壮观也比较美观了。
新疆还有一处大风多次吹翻过火车的地方叫“百里风区”,位于哈密附近,这里为了专门预报当地大风,曾在风区中建了一个气象站。但气象站本身也深受大风之害,几年后就不得不撤到几十里之外“安全地带”去了。
除了陆地以外,水域上也有地形狭管效应造成的隘口大风。下面举出两个例子。
江西省鄱阳湖北部的星子、永修和都昌县之间有个略呈三角形的老爷庙水域。水域因岸边有个老爷庙而得名。这是元代人为祈求行船平安而建,但几百年来老爷庙却不曾带来平安,翻船、沉船事故常有发生。因而有“魔三角”之称。在20世纪80年代进行了两年的以气象为主的科学考察证明,沉船的主要原因是大风。因为老爷庙水域是鄱阳湖主体和北面长江相通的咽喉要道。东西两侧低山挟持,气流通道在此突然变窄。每遇东北风冷空气南下,这里风口的风速比周围要大出3级~4级。因此当周围地区刮5级风时,老爷庙水域就会出现8级大风。船老大接受气象部门忠告,每逢听到周围有5级风的天气预报时就不再行船(老爷庙没有专门气象站进行天气预报)。自此以后“魔三角”的海损事故果然就很少再听到了。
我国还有另一个面积大得多的水上狭管大风区就是台湾海峡。因为台湾海峡北部宽而中间窄,对于10月至次年3月的东北季风来说,也是一个狭管。因而冬季台湾海峡风浪很大。澎湖诸岛的岛际交通小艇常常因此停航。这里8级及以上的大风虽不多,但6级风(10.6米/秒~13.8米/秒)很多且常持续不息。澎湖首府马公10月~12月平均风速就高达9.2米/秒~9.7米/秒。这种6级风刮起的海水“咸雨”,使岛上树木草地一片枯黄。农田菜地必须在东北方向垒起2米左右高的防风墙遮挡。必要时还要在菜地上加盖塑料薄膜。但仍常常受害,这时必需耐心用淡水冲洗,否则就会发黑而死。当地老百姓无力反抗大风咸害,常求助神灵以得到心理上的慰藉和平衡。例如厦门附近的金门岛上,居民雕琢风狮爷以祈求镇风消灾。这种石头风狮爷个头常比真人还大,外形就像中国普通的传统狮子,有站有蹲,稚拙优美,表情夸张。全岛共有五十多个。甚至居民屋顶上也常有用陶或砖雕的小风狮爷。
四、山谷风、坡风、冰川风和焚风——地形制造的形形色色地方风北京市城区的天气预报中,每逢晴天,又没有大风,风的预报大都是,“白天北转南,风力二三级;夜间南转北,风力一二级”。这种规律性的地方风是地形形成的。