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第8章 山区热流——焚风

焚风,顾名思义,就是像火一样的风,它是山区所独有的一种天气现象。焚风在世界各地都可以见到,只有在少数地区不是很明显。在我国,焚风的发生主要集中在天山南北、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、台湾中央山脉等地区。

2009年的2月中旬,在四川出现一次焚风现象。焚风发生的时候,泸州、宜宾南部一带天气异常燥热。据当时的新闻报道称,宜宾筠连县在下午4时气温达到26℃,不可思议的是,在后来的一小时内气温骤然升高10℃,当地的气温竟然上升到36℃。气温上升得快,下降得也很快,在接下来的一小时中,当地的气温又像坐过山车一样迅速下降,到下午6点钟的时候,气温已经降到23℃。

据当地居民反映,在当时的2小时内,感觉气温一下子从初夏迈进盛夏,而又在一场大风之后,从盛夏进入了秋季。当时,人们出现早上穿棉袄,下午穿单衣的情况。而按照当地的气候特征,2月中旬仅仅是冬末初春的季节,气温一天之内有那么大的变化并不正常。根据当地气象人员的研究确定,这就是一次焚风现象。事实上,在四川地区,焚风的出现次数并不多。

然而,焚风的出现给四川地区带来了火灾。当时的新闻报道称,焚风发生的当天,泸州市叙永县白腊、赤水、后山、观兴等6个乡镇相继发生森林火灾。由此看来,焚风的出现,对人类的危害是不可忽视的。

1.焚风的定义

焚风最早是指气流越过阿尔卑斯山后在德国、奥地利和瑞士山谷的一种热而干燥的风。不过,焚风在世界其他地区也经常出现,如在亚洲的阿尔泰山、欧洲的阿尔卑斯山、北美的落基山、中国新疆吐鲁番盆地。

焚风又称焚风效应,是出现在山脉背面的、由山地引发的一种局部范围内的空气运动形式,即过山气流在背风坡下沉而变得干热的一种地方性风。焚风往往以阵风的形式出现,气流沿着山坡自上而下流动。焚风这个名称来自拉丁语中的favonius(温暖的西风)。

焚风现象的形成,主要是由于湿空气越过山脉之前气温下降,大气中的水分形成降雨而留在迎风坡,当干冷空气越过山脉,到达背风坡下沉时不断升温,从而形成又干又热的气团。一旦干热气团过境,就会给当地带来高温干燥的天气。

2.焚风的分布与作用

焚风的分布极其广泛,在全球各地的山区我们都可以看到它的行踪。通常来说,焚风经常出现在中纬度相对高度不低于800~1000米的山地,甚至更低的山地也会产生焚风效应。早在1956年的11月,地处太行山东麓的石家庄气象站,就曾经观测到短时间内气温升高10.9℃的焚风现象。焚风的出现有许多益处,比如可以加速春雪的消融,也可以促使作物的早熟。然而,它同样也会产生不利的影响,比如引起森林火灾、给当地带来干旱天气,甚至造成旱灾等。

虽然“焚风”在世界山区随处可见,但最著名的当属欧洲的阿尔卑斯山,美洲的落基山和原苏联的高加索山脉。在阿尔卑斯山脉地区,焚风发生的日子,当地的气温在白天可突然升高20℃以上。在短短几个小时内,初春的天气就会变得像盛夏一样炎热,由于空气特别干燥,所以很容易引起火灾。如果焚风过于强烈,一阵风吹过就有可能使树木的叶片焦枯,土地龟裂,甚至造成严重旱灾。

然而,焚风给人类带来的好处也是不容忽视的。在积雪覆盖的北美落基山,经春天的焚风一吹,用不了多久,山上的积雪会全部融化,为山下的青草提供了大量水分。茂盛的青草为当地的家畜提供了草场,所以当地人把焚风叫做“吃雪者”。此外,程度比较轻的焚风,由于能够增高当地的热量,对玉米和果树的成熟有促进作用。在原苏联高加索和塔什干绿洲的焚风被叫做“玉蜀黍风”,因此得名。

在我国,焚风地区同样随处可见,不过没有上述地区那样明显。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、皖南山区等地区都能寻到它的踪迹。

3.焚风的形成

既然对焚风有了初步了解,那么焚风的形成也就不难理解了。气象专家介绍,焚风是山区特有的天气现象,它的形成主要受地形的影响。它是由于气流越过高山后下沉造成的。当气流经过山脉时,在迎风坡一侧上升冷却,每上升100米,气温大约下降0.6℃左右。气流中所含的水汽因降温而达到饱和,过饱和的水汽就会形成降雨,这样气流中的水分因降雨而减少,形成干冷的气团。当气流越过山脉之后受重力作用又沿背风坡下沉,在下沉过程中,气流开始增温。由于空气比较干燥,增温速度也很快,每下降100米,气流温度大约升高1℃。所以,当气流越过山脉之后温度比山前同高度上的温度要高得多,而湿度相对而言也要小得多。这样的气流吹过,就给当地带来了焚风天气。

4.焚风之罪

由于焚风气流高温干燥,所以会带给人们许多灾害。焚风过境时,常常使果木和农作物干枯,降低作物的产量。如果焚风过于强烈,吹过之后甚至会使当地植物的叶子焦枯,使土地龟裂,带来更严重的灾害。干热的焚风还会带来火灾。干热的气流会使可燃物更加干燥易燃,一旦达到燃烧的条件,就会发生火灾。如果火灾遇到焚风天气则会加重其危害。据记载,十九世纪,发生在阿尔卑斯山北坡的几次著名的大火灾,其发生时间都是在焚风盛行时期。此外,由于焚风带来的高热量,它可以融化高山地区的大量融雪,从而导致上游河谷洪水泛滥。由于高山积雪的融化,有时候甚至会导致雪崩的发生。如果地形适宜的话,强劲的焚风还会造成局部风灾。强大的焚风过境时,能够刮走山间农舍的屋顶,吹倒庄稼,拔起树木,伤害森林,甚至使湖泊水面上的船只发生事故。

前几年,在奥地利部分地区就发生过一次焚风形成的强烈风暴,给当地带来了的严重的灾害。焚风发生时,强劲的大风以高达160千米的时速袭击了所有的农田和村庄。焚风所到之处,无数的民房屋顶被风刮走或被压垮,电力供应和通信设备也遭到破坏,造成了断电和通信中断,许多大树被连根拔起或折断,公路铁路交通严重受阻。此次的焚风风暴,共造成两人丧生,经济损失高达数百万欧元。

2004年5月11日,我国台湾的台东市也刮起了焚风,焚风带来了40.2℃的高温,创下了台东百年的高温纪录。这次焚风是从当日中午12时57分开始的。当时,台东市区在焚风的影响下,室内外温度如烤箱般飞速攀升。到下午1点多,气温达到40.2℃,当时的市民可谓酷热难忍。有的打开冷气,躲在家里避暑;有的则带着孩子,跑到郊外清澈的溪流里消暑。当时受损失最大的是农民,他们眼睁睁地看着最怕热的荖叶和茶树在劲吹的焚风中渐渐枯萎,真是痛心不已。

5.热力学对焚风的解释

从热力学角度来看,焚风与其他的风别无二致,也是由于气压不同而形成的。由于山的背风面的气压低,在迎风面的上升气流的温度干绝热下降(所谓干绝热下降是指随气压的下降温度下降,热量不散发)。在此过程中,气温下降的速度大约为每上升100米气温下降1℃。当气温下降到一定程度时,空气中的水汽开始达到饱和。此后的气流上升的降温过程就属于湿绝热降温的过程了。期间就会不断有水汽从空气中凝结出来,成云致雨,降到迎风坡。在湿绝热降温过程中,气温下降的速度大概为0.6℃/100米。此时,如果站在背风面去看,就会发现山脊上形成了一堵云墙,云墙的后面则是蔚蓝的天。一般情况下,降水发生在迎风坡,除非焚风风力非常强,才有可能将降雨区带到背风面。

到达山脊背后的空气则已经变成干冷的气流了。由于背风坡的气压比较低,受气压差的影响,气流吹过山脊之后开始下降。这时候,气流下降的同时空气开始隔热升温(所谓的隔热升温是指空气随气压上升而温度上升,在升温过程中不吸收热)。又因为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,这样使气流下降过程中温度升高得更快(升温的速度是每下降100米气温升高1℃)。所以,当气流越过山脉之后温度比山前同高度上的温度要高得多。同时,随着气温的升高,空气的相对湿度不断降低,因而生成了干燥的热风。

关于焚风,热力学作了一个形象的解释,在当前的教科书中大都采用了这一理论。但仅从热力学角度分析焚风并不全面,任何一门学科都有它的局限性,如:

(1)在有些情况下,即使在迎风面没有形成云或降水,焚风也会形成;

(2)有时候迎风面上升的空气和背风面下降的空气并非是同一气流,气流有时在迎风面上升到山脊时甚至会出现回流现象。

另外,热空气沿着背风坡下降也不像热力学解释的那样简单。此外,对于焚风的解释,还有动力学解释之说。关于焚风的解释有待于进一步的研究。

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