捕“風(fēng)”捉“影”

撰文/李佐

捕“風(fēng)”捉“影”

撰文/李佐

人類關(guān)于風(fēng)的最早認(rèn)識(shí)，和其他自然現(xiàn)象一樣，都被認(rèn)為是神仙等外部力量帶來的，中國古代就有風(fēng)雨雷電各路神仙掌管各種自然現(xiàn)象的傳說。隨著人類文明的進(jìn)步，才逐漸形成對風(fēng)的科學(xué)認(rèn)知。最早研究風(fēng)的國家和民族，也是幾個(gè)最早的文明古國，西方有埃及、巴比倫、希臘等地中海和紅海國家，東方則是中國和印度。

在古巴比倫出土的黏土片上發(fā)現(xiàn)了類似“云變黑，有風(fēng)來”的諺語，可見在3000年前，當(dāng)?shù)厝司烷_始觀測和研究風(fēng)了。古希臘科學(xué)家阿那克西曼德在2500多年前便提出了風(fēng)是“空氣的流動(dòng)”；另一位科學(xué)家德謨克利特則提出了地中海的季風(fēng)是造成尼羅河泛濫的原因；大哲學(xué)家亞里士多德在公元前340年左右寫的《氣象匯論》一書，被認(rèn)為是世界上最早的氣象學(xué)專著，書的第二卷系統(tǒng)地論述了風(fēng)的形成原因。亞里士多德還將風(fēng)進(jìn)行了分類和命名，并對各種風(fēng)的特征進(jìn)行了描述。在中國出土的甲骨文中，找到了風(fēng)、云、雨、雪等有關(guān)氣象的文字，距今大約3400年。在商代，人們已經(jīng)將風(fēng)向分為東南西北風(fēng)，分別稱為 “”（x i e協(xié)），“”（k a i凱）, “夷”,“”（h a n寒）。到了漢代，人們已經(jīng)將風(fēng)力大小分為了8個(gè)等級(jí)，在西漢的《淮南子》中還記載了一種叫做“”的風(fēng)向器。

亞里士多德

小貼士

戰(zhàn)國時(shí)期，莊子將風(fēng)作為一種意象運(yùn)用于其哲學(xué)體系之中。莊子認(rèn)為，風(fēng)是天地的呼吸，風(fēng)之種類繁多，風(fēng)無形卻能勝過有形之物，風(fēng)能折樹毀屋。

以上都是古代人對于風(fēng)的直觀感受和理論推測，科學(xué)依據(jù)并不是很充分。直到經(jīng)典物理學(xué)的發(fā)展，為包括風(fēng)在內(nèi)的氣象學(xué)研究提供了理論依據(jù)、實(shí)驗(yàn)方法和觀測工具。1643年意大利物理學(xué)家E.托里拆利發(fā)明了氣壓表，1667年英國物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家R.胡克發(fā)明了壓板式風(fēng)速器。特別是氣壓表的發(fā)明，將過去人們對氣壓的感受變成數(shù)字化，甚至可以測量出人們感覺不太靈敏的細(xì)微的氣壓變化，給氣體狀態(tài)方程、流體靜力學(xué)方程和大氣運(yùn)動(dòng)方程提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)。所以，英國氣象學(xué)家N.肖曾指出：“氣壓表的發(fā)明標(biāo)志著大氣物理學(xué)研究的開始?！?/p>

氣壓表

那么風(fēng)到底是怎么產(chǎn)生的？由于太陽照射的角度不同，造成地表的空氣溫度不同。溫度高的地區(qū)，比如赤道周圍，空氣受熱膨脹，氣壓相對較低。而溫度低的地區(qū)，比如兩極，空氣受冷壓縮，氣壓相對較高。從全球來看，因各地的溫度不同，形成了不同的氣壓，也就有了氣壓梯度。風(fēng)就是空氣從高氣壓的地區(qū)向低氣壓地區(qū)移動(dòng)的宏觀表現(xiàn)形式。

當(dāng)然，風(fēng)的方向不單單受氣壓一個(gè)因素的影響，地球的自轉(zhuǎn)也會(huì)影響風(fēng)的方向。比如，由北極吹向赤道的風(fēng)，并不是完全和經(jīng)線平行，而是偏向西南。此外，不同的地形也會(huì)改變風(fēng)向和風(fēng)力。當(dāng)風(fēng)遇到高山阻隔，或者穿過叢嶺進(jìn)入低谷和平地時(shí)，風(fēng)力就會(huì)減小；而當(dāng)風(fēng)穿過峽谷時(shí)，風(fēng)力就會(huì)增加。

小貼士

1686年，英國天文學(xué)家E.哈雷首先發(fā)現(xiàn)信風(fēng)，2年后，他根據(jù)海上風(fēng)的資料繪制了北緯30度～南緯30度的信風(fēng)和季風(fēng)分布圖。1735年，英國天文學(xué)家G.哈德萊第一次對大氣環(huán)流考慮地球自轉(zhuǎn)的因素，正確地解釋了北半球的東北信風(fēng)和南半球的東南信風(fēng)，修正了哈雷的理論，并首次創(chuàng)立了經(jīng)圈環(huán)流的理論。

海風(fēng)、陸風(fēng)示意圖

全球洋流及風(fēng)系示意圖

當(dāng)風(fēng)在海洋吹起的時(shí)候，又是怎樣一種情形呢？是從陸地吹向海洋，還是從海洋吹向陸地呢？海洋主要的成分是水，水的比熱容比土壤高，因此保持溫度的能力比陸地強(qiáng)。在冬季，同樣的太陽照射下，陸地要比海洋溫度低，陸地上的氣壓就比海洋高，風(fēng)從陸地吹向海洋。在夏季，海洋要比陸地溫度低，海洋的氣壓比陸地高，風(fēng)就從海洋吹向陸地。這種隨著季節(jié)變換而具有不同風(fēng)向的風(fēng)，稱為季風(fēng)。其實(shí)風(fēng)不僅隨著季節(jié)不同而具有不同的風(fēng)向，即使晝夜之內(nèi)，風(fēng)也會(huì)出現(xiàn)不同的風(fēng)向。白天海洋的溫度低，風(fēng)就從海洋吹向陸地；而夜間陸地的溫度低，風(fēng)就從陸地吹向海洋。大陸吹向海洋的風(fēng)，稱為陸風(fēng)；海洋吹向大陸的風(fēng)，稱為海風(fēng)。同樣的命名還有山風(fēng)和谷風(fēng)，白天谷地比山坡溫度低，風(fēng)從谷地吹向山坡，稱為谷風(fēng)；夜間山坡比谷地溫度低，風(fēng)從山坡吹向谷地，稱為山風(fēng)。其原理與海洋和陸地的關(guān)系相同：谷地維持溫度的能力比山坡強(qiáng)，晝夜溫差更小。

人們還發(fā)現(xiàn)，風(fēng)對地球地貌的形成，有很大的影響。我國敦煌以西獨(dú)特的雅丹地貌，就是經(jīng)過成千上萬年的風(fēng)化形成的。而對于比陸地面積更大的海洋來說，風(fēng)不會(huì)改變它的形狀，但是卻可以影響海水流動(dòng)的方向，即洋流。

小貼士

洋流的形成受很多因素的影響，比如海水的溫度和密度、海岸線的形狀、地球的自轉(zhuǎn)等，其中海風(fēng)也是很重要的一個(gè)因素。舉例來說，北赤道暖流是受了東北信風(fēng)影響而向西流；北太平洋暖流是受到西風(fēng)的影響而向東流。這種受風(fēng)影響而形成的洋流，稱為吹送流或者漂流。

風(fēng)對地球地貌的形成，有很大的影響。

風(fēng)不僅影響著陸地的地貌和海洋的洋流，同時(shí)也影響著整個(gè)地球的氣候。處在不同風(fēng)帶下的地區(qū)，氣候特征也有很大的不同。常年有海風(fēng)吹向陸地的地區(qū)，會(huì)表現(xiàn)出顯著的海洋氣候特征，空氣濕潤，地區(qū)多雨，晝夜及四季的溫差較??；而深入內(nèi)陸的地區(qū)，基本都在大陸氣團(tuán)的控制下，常年都處在大陸風(fēng)的影響下，四季變化明顯，雨量較海洋氣候會(huì)少很多。這就是同緯度的陸地和海洋比較，常常會(huì)讓人感到海邊潮濕，相對暖和的原因。地中海氣候是比較典型的陸風(fēng)和海風(fēng)交替影響的氣候之一，夏季風(fēng)由大陸吹向海洋，氣候干燥而炎熱，冬季風(fēng)由海洋吹向陸地，氣候溫暖而多雨。

風(fēng)影響了氣候特征，在不同的氣候特征下，就會(huì)有各具特色的動(dòng)植物產(chǎn)生，以適應(yīng)氣候環(huán)境。還是以地中海氣候?yàn)槔?，因?yàn)橄募狙谉岣稍锒緶嘏嘤辏@里的植物夏季多處于休眠期，而選擇在冬季開花，比較典型的如水仙。

后來的物理學(xué)發(fā)展，給風(fēng)的研究和整個(gè)氣象學(xué)領(lǐng)域都帶來了更廣闊的空間和方法，氣象學(xué)越來越具體，分支也越來越多。第二次世界大戰(zhàn)后，科技飛速發(fā)展，高速計(jì)算機(jī)和衛(wèi)星遙感技術(shù)在現(xiàn)代氣象學(xué)中的應(yīng)用，使得人們可以足不出戶，便可以了解全球的風(fēng)向和風(fēng)力變化。有了這些數(shù)據(jù)以及對于大氣運(yùn)動(dòng)的理論，氣象學(xué)家們便可以預(yù)測風(fēng)的走勢和走向，提前做好預(yù)防大風(fēng)甚至颶風(fēng)的準(zhǔn)備。而一些遠(yuǎn)洋船只，也可以通過氣象學(xué)家提供的風(fēng)的位置和大小，避開對航行不利的巨風(fēng)，選擇順風(fēng)或者順著洋流的方向航行，節(jié)約了燃料和時(shí)間。

從云的移動(dòng)方向和速度可以計(jì)算出風(fēng)的方向和風(fēng)力的大小，配合來自世界各地觀測點(diǎn)所測得的風(fēng)向和風(fēng)力的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，便可以了解全球風(fēng)的基本狀況。

咆哮西風(fēng)帶

西風(fēng)帶位于副熱帶高氣壓帶與副極地低氣壓帶之間（大致在南北緯30至60度之間），它是一條像絲帶那樣環(huán)繞著地球的行星風(fēng)帶。在地球自轉(zhuǎn)偏向力的作用下，從副熱帶高壓流向副極地低壓的氣流偏轉(zhuǎn)成西風(fēng)（北半球?yàn)槲髂巷L(fēng)，南半球?yàn)槲鞅憋L(fēng)），因此西風(fēng)是在西風(fēng)帶的盛行風(fēng)。由于這一區(qū)域終年盛行6級(jí)至7級(jí)的西向風(fēng)和4米至5米高的涌浪，也稱“咆哮西風(fēng)帶”，是進(jìn)入南極必經(jīng)的一道“鬼門關(guān)”。

我們觀察地球海陸分布情況時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，南半球的陸地比北半球少很多，正因?yàn)榇耍习肭蜿懙貙︼L(fēng)造成的阻隔也較少，那里的空氣流動(dòng)模式因而被放大，并且方向定向?yàn)槟媳毕?，大大減弱了西風(fēng)的速度。而南緯40～60度之間，幾乎全部為遼闊的海洋，在太平洋、印度洋和大西洋南部，表層海水受風(fēng)力的作用，產(chǎn)生了自西向東的環(huán)流，形成西風(fēng)漂流。由于常年吹刮西風(fēng)，這些海區(qū)風(fēng)大、浪高、流急，終年浪高在7米以上。