飞沙走石：风灾与风暴的防范自救(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：徐帮学

出版社：河北科学技术出版社

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飞沙走石：风灾与风暴的防范自救试读：

前言

人类文明史的进程，是一个与各种灾害相抗衡、与大自然相适应的艰难历程。随着经济与社会的不断发展，社会财富快速积累，人口相对集中，各种自然灾害、意外事故等对人类的生存环境和生命安全构成的威胁越来越严重。尤其是近些年来，地震、洪水、台风、滑坡、泥石流等自然灾害，以及各种突发性疫情、火灾、爆炸、交通、卫生、恐怖袭击等伤害事故频频发生。这些“潜伏”在人生道路上的种种危险因素，不仅会造成巨大的经济损失，更为严重的是会造成人员伤亡，给社会和家庭带来不幸。这些事件看起来似乎离我们很遥远，但事实上，每个人都处于一定的安全风险中，而且谁也无法预料自己在何时何地会遇到何种灾难。

人无远虑，必有近忧。因此，不要等到地震来临时，才想起不知道最佳避震场所的位置；不要等到火灾发生时，还想不起逃生通道在哪里或是不知道灭火器怎样使用；不要等到车祸发生时，因惊慌失措而枉自送了自己的性命；也不要等到遭受人身侵害时，才想起当时不该疏忽大意……

古人云：“居安思危，有备无患。”这话就是提醒我们在平时就应注意防范身边可能出现的各种危险，并做好充分的准备。曾经发生的灾难给我们留下了血的教训，倘若我们平时能够了解、积累一些有利于自我保护的基本常识和技巧，并加以适当的训练，那么，当我们陷入突如其来的困境和危险时，就会镇定自若、从容应对，产生事半功倍、化险为夷的效果。

人生最宝贵的是生命，生命对于每一个人只有一次。特别是青少年，掌握一些减灾自救的安全常识，是必不可缺少的。只有了解掌握这些宝贵的知识，才能在紧要的危急时刻，临危不乱、张弛得当，有方法、有步骤地采取积极有效的措施，将各种灾难带来的损失降到最低。

为此我们特意编写了本书，主要内容包括“自然灾害”、“火场危害”、“交通事故”、“水上安全”、“中毒与突发疾病”、“突发环境污染”等，书中主要针对日常生活中遇到的各种灾害问题作了详细解答，并全面地介绍了防灾减灾的避险以及自救的知识。我们衷心希望本书能够帮助青少年迅速掌握各种避险自救技能。让广大青少年牢牢记住：你的安危，牵系全家的幸福，让我们给你的幸福再加一道保险！谁都无法预测明天会发生什么！注意——危险时刻会发生！防患于未然，只有懂得更多自救措施，才能更有效地保护自己，救助他人！珍爱生命，关爱身边的人，让我们细读本书，一旦在身处危难时，我们才能够用科学的自救方法和救助他人的方法一道去守护危境中的生命！

心心相印，我们一起向前走，手挽着手，我们共同跨过逆境。我们一起努力，让脆弱的生命坚强起来，让宝贵的生命绽放出更美丽的花朵。

第一章 来去无影的风

认识大气

大气的成分主要有氮、氧，这两种气体占空气总容积的99.98%。其中，氮气为主要成分，占空气体积的78%。氮很少呈氮化物状态存在，只有在豆科植物根瘤菌的作用下才能变为能被植物体吸收的化合物，这主要是由于其化学成分不活泼造成的。氮不仅是地球上生命体的重要成分，还是工业、农业化肥的原料。氧气约占空气体积的21%，大多数都是以氧化物形式存在于自然界中，其化学成分活泼。氧是生命活动的根本，人类的一切生命活动都离不开氧气。图1图1　豆科植物里含有根瘤菌

此外，空气中还有水蒸气、氖、氦、氪、氩、氙、臭氧等稀有气体。

二氧化碳在大气中含量甚少，占空气体积的0.03%，它是植物进行光合作用的原料。二氧化碳主要是通过海洋和陆地中有机物的生命活动、土壤中有机体的腐化、分解以及石化燃料的燃烧而进入大气的，它主要集中在大气低层（11~20千米以下）。近年来，由于工业蓬勃发展，石化燃料燃烧量迅速增长，森林覆盖面积减少，二氧化碳在大气中的含量有快速增加的趋势。

臭氧在大气中含量很少，主要集中在15~35千米间的大气层中，尤其以20~30千米处浓度最大，称为臭氧层。大气中臭氧主要来自大气中的氧分子在太阳光的紫外线（0.1~0.24微米波段）照射下发生光解作用，光解的氧原子又同其他氧分子发生化合作用而形成的。臭氧层能大量吸收太阳辐射中的紫外波段，这不仅增加了高层大气热能，同时也保护了地面的生命免受紫外线辐射伤害，使生物得以繁衍生息。图2图2　石化燃料燃烧会引起二氧化碳的排放量增加

水汽是大气中含量变化最大的气体，含量很少，仅占大气体积的0~4%，但它却是低层大气中的重要成分。水汽主要来自于地表海洋和江河湖水等其他水体表面蒸发和植物体的蒸腾，通过大气垂直运动输送到大气高层。大气中水汽的含量自地面向高空逐渐减少，到1.5~2千米高度，大气中水汽平均含量仅为地表的一半，到5千米高度，就会减少到地面的1/10，到了10~12千米，水汽成分的含量就更少了。不仅如此，在水平方向上，大气中水汽含量也不尽相同。一般情况下，陆地上的水汽成分少于海洋，高纬少于地纬，干旱、植物稀疏的地表少于湿润、植物茂密的地表。

悬浮在大气中的固态、液态的微粒称为杂质。大气杂质对太阳辐射和地面辐射具有一定的吸收和散射作用，对大气的温度变化有着很重要的影响。杂质主要来源于火山灰尘、植物花粉、有机物燃烧的烟粒、风吹扬起的尘土、宇宙尘埃、海水浪花飞溅起的盐粒、细菌微生物以及工业排放物等，大多都集中在大气底层，其具有吸湿性，因此通常会成为水汽凝结的核心。

地球大气的成分直接影响着人类的生产、生活活动，它与我们的生活息息相关，那么，空气最早是怎么形成的呢？图3图3　人类生存离不开空气中的氧气

要想知道空气最早是怎么形成的，首先要了解行星。行星是怎么形成的呢？据天文学家推测，一些巨大的气体和尘埃旋转构成行星，而构成这些气体尘埃的各种元素比例，一般等于它们在宇宙中所占的百分比。在地球形成之前，与其他行星一样，其成分有90%是氦，还有少量的碳、氧和氖等元素。地球雏形即是地球的尘埃在高速旋转中逐渐靠拢形成的一个核心，且在构成之中一些气体也被笼罩在圆体形成物中间。随着堆积物越来越大，其内部的压力也越来越高，致使火山喷发。通过火山喷发，裹在地表以下的气体喷发出来，密度小的氢、氦和氖被燃烧，随之消失不见。而其他的气体由于密度大或者水蒸气的凝结，没有消失，因此形成了大气，在地球的表面存在着。此外，还有水蒸气、氨、甲烷和少量的氩。海洋的形成就是由于水蒸气凝结降落到地球表面。以上就是原始大气的最早雏形。图4图4　水蒸气凝结降落上地面上

一般情况下，地球大气的成分是比较稳定的。但现代大气跟原始大气相比，它们的成分之间有很大的差异，这之间经历了怎样的演变？

原来，阳光中的紫外线就像一把小斧子，它把水蒸气劈成了氢气和氧气：

2HO→2H+O，这就是光解作用。分解出来的氢又逃逸掉了，222于是仅剩下氧；氧比较重而且活泼，因此留在了大气层，并与甲烷、氨发生了下列化学反应：

第一个反应：CH（甲烷）+2O（氧气）→一氧化碳2（二氧化42碳）+2HO（水）2

4NH（甲烷）+（氧气）3O→2N（氮气）+6HO（水）3222

于是，大气的成分也发生了根本的变化，现代大气的主要成分已被氮和氧取代，从而为生命的诞生和孕育作出了极为突出的贡献。

还有一个有趣的反应：3O（氧气）→2O（臭氧）23

其生成物的臭氧具有普通氧气没有的特性：它挡住了阳光中大部分的紫外线。正是由于这些高层大气层中氧气与紫外线作用下的产物，反过来阻止了紫外线的入侵，为水分子的光解作用画了一个关键的休止符，也促使大气的成分维持在一个恰好的水平上。我们今天生活在大气中，是一件很幸福、很偶然的事情。

你知道吗用臭氧制作家庭空气消毒剂将臭氧发生装置移植于空调中，在空气出口处安装臭氧催化分解、吸附装置，这样既可以制冷制热，还可以利用室内循环风对空气进行消毒、净化，分解后的氧气和负离子可以使室内空气保持清新。另外，空气消毒用臭氧发生器也可在宾馆、饭店、商场、剧院等公共空间使用。

大气的垂直结构

大气的总质量5.27×10吨，相当于地球质量的百万分之一。假如地球周围大气分布均匀，那么它分布的高度仅为8千米。但实际上大气的密度随着高度的增加越来越小，所以在平原上生活习惯的人，到高原地区，就感到呼吸困难，实际是高原地区气压降低，氧气的分压也降低的缘故。图5图5　高原地区气压低

从总体上说，5千米以下的空气质量大约占大气总质量的50%， 10千米以下的空气质量占到大气总质量的75%，20千米以下的空气质量占到大气总质量的95%，其余5%的空气散布在20千米以上的高空。地球大气的质量是模糊的，地球大气和星际气体之间并不存在一个截然的上界。为了研究需要，一般根据大气中极光出现的高度定为大气的上界，即1200千米高度称为大气的物理上界。

根据大气在垂直方向上的物理性质差异，可以把大气分为五层。

1. 对流层

对流层是大气圈最低的一层，底界是地面。由于其与地面接触，从地面得到热能，使大气温度随高度升高而降低，平均每升高100米气温约降低0.65℃。

对流层内具有强烈的对流作用，但其强度随纬度位置不同而有所不同。一般在低纬度区较强，高纬度区较弱，所以对流层的厚度从赤道向两极逐渐减小，在低纬度区约为17~18千米，中纬度区为10~12千米，高纬度区为8~9千米。

对流层相对于大气圈的总厚度来说是很薄的，但质量却占整个大气质量的75%，主要天气现象（云、雾、雨、雪、雷、电等）都发生在这一层，由于温度和湿度在对流层分布不均匀，使空气发生大规模的水平运动，因此对流层对人类生产、生活的影响最大。大气污染现象（发生、迁移、扩散及转化）也主要发生在这一层中，特别是靠近地面的1~2千米范围之内。图6图6　闪电发生在对流层

2. 平流层

从对流层顶到距地面50~55千米的一层，空气垂直对流运动很弱，主要是水平运动，故称为平流层。根据温度的分布情况又把平流层分为同温层和暖层，同温层是从对流层顶到30~35千米范围内，气温几乎不变，常年保持在-55℃~-50℃；暖层是从35~55千米处，气温随高度的上升而增高，到平流层顶气温升高到-3℃，主要是由于该层中的臭氧能吸收来自太阳的紫外线，同时被分解为原子氧和分子氧，当它们重新化合生成臭氧时，释放出热能，使气温升高。

这一层空气干燥，下面对流层的云和气流不易穿入，所以没有云、雨等天气现象及尘埃，大气能见度很高，是现代超声速飞机飞行的理想场所。但是该层由于空气对流很弱，所以飞机排放的废气很难扩散稀释，废气中的氮氧化物与臭氧迅速反应，消耗臭氧，这样就降低了大气遮蔽波长小于300纳米的紫外线的能力，从而大量紫外线射向地面，使人类皮肤癌发生率增高。

3. 中间层

从平流层顶到距地面85千米是温度再一次随着高度上升而下降的中间层。到层顶温度降至-100℃，在这一层又出现较强的垂直对流运动。

4. 电离层

从中间层顶到距地面800千米，空气稀薄，仅占大气总质量的0.5%，这一层由于原子氧吸收了太阳紫外线的能量，使该层的温度随高度上升而迅速升高，由于太阳和其他星球射来的各种宇宙射线的作用，使该层大部分空气分子发生电离，成为具有较高密度的带电粒子，故称为电离层。电离层能将电磁波反射回地球，是全球性的无线电通信理想场所。

5. 逸散层（外层）

高度800千米以外的大气圈最外层称为逸散层。由于地心引力减弱，大气越来越稀薄，以致一个气体质点被撞出这一层，就很难有机会被上层的气体质点撞回来，而进入宇宙空间去了，空气分子几乎全部电离。该层气温也是随高度增加而升高的。图7图7　强烈的紫外线

你知道吗飞机为什么在平流层飞1. 能见度高：地球大气的平流层水汽、悬浮固体颗粒、杂质等极少，天气比较晴朗，光线比较好，能见度很高，便于高空飞行；2. 受力稳定：平流层的大气上暖下凉，大气不对流，以平流运动为主，飞机在其中受力比较稳定，便于飞行员操纵架驶；3. 噪声污染小：平流层距地面较高，飞机绝大部分时间在其中飞行，对地面的噪音污染相对较小；4. 安全系数高：飞鸟飞行的高度一般达不到平流层，飞机在平流层中飞行就比较安全。所以在起飞和着陆时，要设法驱赶开飞鸟才更为安全。

大气温度变化

说完了大气的构成，下面我们再来看看关于大气温度的一些问题。

1. 大气温度的变化

大气温度的变化有周期性变化及非周期性变化。周期性变化主要表现为大气温度的日变化和年变化。大气温度一天中有一个最高值和一个最低值。最高值出现在14~15时，最低值出现在清晨日出前后。由于日出时间随纬度和季节变化而不同，因而各地最低温度出现的时间也不尽相同。

日出以后，地面开始积累热量，同时地面将部分热量输送给大气，空气也积累热量，直到14~15时低层大气积累热量达到最多，因而出现了一天的最高温度。15时以后，大气得到的热量少于支出的热量，大气积累的热量开始逐渐减少，直到次日日出前后，大气剩余热量达到最低值，因而出现了一天的最低温度。图8图8　地球内核释放大量的热量

一天中，最高气温与最低气温的差值，称为气温的日较差。气温日较差也受纬度、季节、地形、天空云况、下垫面性质等因素的影响。

气温的年变化。气温一年中有一个最高值和一个最低值。陆地上一年中最高气温出现在夏季，即7月；海洋上一年中最高气温出现在8月。最低气温出现在冬季，大陆上多出现在1月，海洋上多出现在2月。

气温年变化的幅度称为年较差，它是一年内最热月的平均气温与最冷月的平均气温之差。由于太阳辐射的年变化是随纬度增高而增大的，所以气温的年变化也随纬度的增高而增大，在赤道大约为1℃，中纬度约为20℃左右，高纬度可达30℃以上。

2. 大气温度的空间分布状况

气温的水平分布和垂直分布是气温分布的空间状况。用等温线图表示，等温线即地面上气温相等点的连线称之为水平分布。等温线排列的不同可反映出不同的气温分布特点，例如，等温线稀疏，则表示各地气温相差不大；等温线密集，表示各地气温悬殊；等温线平直，表示影响气温分布的因素较少；等温线弯曲，表示影响气温分布的因素较多；等温线沿东西向平行排列，表示温度随纬度而不同，即以纬度为主要因素；等温线与海岸线平行，表示气温因距离海洋远近而不同。

纬度、海陆和海拔高度是影响气温分布的主要因素。为了消除高度的影响因素，把纬度、海陆及其他影响气温的因素凸显出来，气象工作者在绘制等温线图时常把温度值订正到海平面上。图9图9　海拔越高温度越低

气温的垂直分布，在对流层中，气温随高度的升高而降低。这是因为大气的主要热源是地面长波辐射，因此越靠近地面，空气获得的热量就越多，温度也越高。

对流层顶的高度以及气温状况与纬度、季节以及天气系统的活动有关。因此，高纬度地区的对流层顶比低纬度地区低，同一纬度夏季的对流层顶比冬季高，暖气团控制时对流层顶较高，冷气团控制时对流层顶较低。

逆温现象。一般来说，气温直减率越大，大气越不稳定；反之，大气越稳定。逆温现象形成的原因有多种，根据成因，分为以下两种：

辐射逆温。在晴朗无风或微风的夜晚，地表会因辐射失去热量，较高的气层冷却比较缓慢，与地面接近的气层冷却最为强烈。所以，低层大气产生逆温现象，即为辐射逆温。辐射的逆温厚度可以从数十米到数百米。地面温度升高，逆温现象会逐渐消失，这种情况通常发生在日出以后；逆温层较薄，消失快，这主要发生在夏季，因为夜短；逆温层较厚，消失会很慢，主要发生在冬季，夜比较长。

平流逆温。平流逆温是暖空气平流到冷的下垫面上形成的。形成逆温的原因就是暖空气移动到冷地表面上空时，底层空气就会受冷地表面的影响降温，上层空气因离地远，所以降温少。中纬度沿海地区的冬季，海陆温差比较大，平流逆温经常出现。

你知道吗风与城市规划风向、风速对于大气污染物的扩散有着密切的关系。城市中工厂及取暖排出的烟尘及各种有害气体，统称大气污染物。这些污染物是对人体健康有害的。风向决定着空气中污染物的飘移方向；风速的大小则决定着对空气中污染物的稀释程度。风速越大，则污染物容易很快稀释并被吹走，不致造成严重的大气污染；风速小或无风，使污染物长期在一地积聚，就会造成严重的空气污染危害。所以，在进行城市规划或旧城改造时，需要根据当地的风向风速进行科学的规划。将城市中的工厂区或集中供暖的厂房建在盛行风向的下风一侧，而将文化区、住宅区建在盛行风向的上风一侧。在受山谷风、海（湖）陆风影响的地区，应尽量使山谷风或海（湖）陆风的方向与城市布局相垂直，即工厂区和居住区平行于山谷走向或平行海（湖）沿岸。这样布局，海风与陆风的交替或山风与谷风的交替，不会使污染物影响到居住区。

大气运动

大气时刻不停地运动着，运动的形式和规模复杂多样。既有水平运动，也有垂直运动。大气的运动使不同地区、不同高度的热量和水分得以传输和交换，使不同性质的空气得以相互接近、相互作用，直接影响着天气、气候的形成和演变。

1. 大气运动的原因

一个地方的气压值经常有变化，主要是其上空大气柱质量发生变化。当气柱增厚、密度增大时，则空气质量增多，气压就升高；反之，气压减小。任何地方的气压值总是随着海拔高度的增高而递减。根据实测，在近地面层中，高度每升高100米，气压平均降低12.7百帕。空气总是从气压高的地方向气压低的地方运动。气压是推动空气由静止到运动的根本原因。空气是在转动着的地球上运动，运动后要产生地转偏向力。由于地球转动而使在地球上运动的物体发生方向偏转的力，称为地转偏向力。在赤道，地球自转轴与地表面的垂直轴正交，表明赤道上的地平面不随地球自转而旋转，因而赤道上没有水平地转偏向力。图10图10　地球在自转

在北半球的其他纬度上，地球自转轴与地平面垂直轴的交角小于90°，因而任何一地的地平面都有绕地轴转动的角速度w，单位质量空气的水平地转偏向力为A=2vwsinφ。w为旋转角速度（对于地球来-5说，它等于15度/小时或7.29×10弧度/秒）；φ为地理纬度；v为风速。2vwsinφ称为科氏参数（f）。显然，地转偏向力的大小同风速和所在纬度的正弦成正比。

地转偏向力只是在物体相对于地面有运动时才产生。地转偏向力的方向同物体运动的方向相垂直，它只能改变物体运动的方向，不能改变物体运动的速率。

空气作曲线运动时，还要受到惯性离心力的作用。惯性离心力的方向同空气运动的方向相反，并自曲线路径的曲率中心指向外缘，其大小与空气转动角度（w）的平方和曲率半径（r）成正比。对单位质量空气来说，它的表达式为C=w2r。在实际大气中，运动的空气受到的惯性离心力通常很小。但当空气运动速度很大，而运动路径的曲率半径特别小时，惯性离心力也可以达到很大值，并有可能大于地转偏向力。

摩擦力：两个相互接触的物体作相对运动时，接触面之间所产生的一种阻碍运动的力，称为摩擦力。摩擦力分为内摩擦力和外摩擦力。内摩擦力是指在速度不同或方向不同相互接触的两个空气层之间产生一种相互牵制的力。它主要是通过湍流交换作用使气流速度发生改变的力。

外摩擦力是空气贴近下垫面运动时，下垫面对空气运动的阻力，它的方向与空气运动的方向相反，大小与空气运动的速度和摩擦系数成正比。

以上的几个力都是水平方向上作用于空气的力。一般来说，气压梯度力是主要的，它是使空气产生运动的直接动力；其他的力，则是空气在运动以后，视具体情况而确定。图11图11　因摩擦力所致

2. 自由大气中空气的水平运动

大量观测表明，自由大气中空气的水平运动比较稳定，由于在自由大气层中，摩擦力对空气运动的作用，一般可以忽略不计，因而空气运动的规模比摩擦层中要简单一些。当自由大气中的空气作直线运动时，只要考虑气压梯度力和地转偏向力的作用就行；而当空气作曲线运动时，除了这两个力之外，还必须考虑惯性离心力的作用。（1）地转风

气压梯度力和地转偏向力相平衡时的风，称为地转风。地转风是怎样形成的呢？在平直等压线的气压场中，原来静止的单位质量空气，因受气压梯度力的作用，由高压区向低压区运动。首先，当空气质点开始运动时，它就受到地转偏向力的作用，并迫使它向运动方向的右边偏离（在北半球）；其次，在气压梯度力的作用下，它的速率会越来越大，而地转偏向力使它向右偏离的程度也越来越大；最后，当地转偏向力增大到与气压梯度力大小相等，而方向相反时，空气就沿着等压线作匀速直线运动，地转风就形成了。图12图12　风吹麦浪（2）梯度风

梯度风是由气压梯度力、地转偏向力和惯性离心力三力平衡时的风形成的，这三力是大气中的空气做曲线运动时作用于空气中的。一般情况下，空气做直线运动时，其惯性的离心力等于零，此时梯度风就变成了地转风。据有关调查显示，北半球低压中的梯度风平行于等压线，逆时针旋转绕低压中心。高压中梯度风平行于等压线，顺时针旋转绕高压中心。南半球则相反。

很显然，在一定的纬度带，当地转偏向力相等时，低压梯度风风速小于地转风风速，高压梯度风风速大于地转风风速。即V高>V地>V低。（3）风的日变化和风的阵性

风在近地层中发生规律的日变化。一般来讲，白天风速会增大，午后则会增至最大，夜间风速开始减小，到凌晨时会减到最小。与之相反的是摩擦层上层，白天风速小，夜晚风速大，原因就是摩擦层的上层风速大于下层风速。白天地面受热会使空气变得不稳定，湍流得以发展，上下层间空气动量交换增强，使上层风速大的空气进入下层，造成下层风速增大，风向向右偏转。同理，下层风速小的空气进入上层，造成上层风速减少，风向向左偏转。通常情况下，风的日变化，阴天比晴天小，冬季比夏季小，海洋比陆地小。日变化规律比较稳定，只有在强烈天气过境时才可能发生偏差。图13图13　被风刮倒的房屋

风的阵性是指风向变化不定，风速忽大忽小的现象。它是因为大气中湍流运动引起的。当大气中出现强烈扰动时，空气上下层间交换频繁，这时与空气一起移动的大小涡旋可使局部气流加强、减弱或改变方向。风的阵性在摩擦层中经常出现，特别是山区更甚，随着高度的增高，风的阵性在逐渐减弱，以夏季和午后最为明显。（4）局地环流

由于局部地区空气受热不均而产生的环流称为局地环流，它包括海陆风、山谷风和焚风等地方性风。

你知道吗海陆风转换海风和陆风转换的时间随地区和天气条件而定。一般说来，海风开始于9~1l时，到13~l5时最强，之后逐渐减弱，17~20时转为陆风。如果是阴天，海风出现的时间要推迟。通常海风的强度比陆风大。

几个重要的气象要素

风、云和降雨等大气物理现象受众多因素的影响，其中主要包括气压、温度、湿度等。图14图14　被雨淋过的松树

1. 气压

气压是大气压强，它是空气分子运动与地球重力场综合作用的结果。静止大气中任意高度上的气压值等于其单位面积上所承受的大气柱的重量，因此它是随高度增加而降低的。地面气压分布一般在940~1040百帕，在热带气旋中心可能低于900百帕。

2. 气温

气温是表示空气冷热程度的物理量。气体分子运动的平均动能只与温度有关。因此，当空气获得热量时，它的分子运动平均速度增大，随之平均动能增加，气温也就升高；反之当空气失去热量时。它的分子运动平均速度减小，随之平均动能减少，气温也就降低。

3. 湿度

湿度表示大气中水汽量的多少，它是影响多种天气现象的一个重要因素。在温度一定的情况下，单位体积空气中能容纳的水汽数量是有限度的，当水汽含量达到一定限度时，空气就呈饱和状态了。水汽和其他气体一样也有压力，大气中由它产生的那部分压力叫水汽压。空气湿度有多种表示方法，其中应用最广泛的是相对湿度，它是空气中的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的比值（用百分数来表示），其大小直接反映了空气距离饱和的程度。另外，相对湿度也与温度有关，当水汽压不变时，气温升高，饱和水汽压增大，相对湿度会减小；反之，气温降低，相对湿度会增大。图15图15　溪林的空气都比较潮湿

气压带和风带

气压带，由于地球表面纬度高低不同，接受太阳辐射的多少不同，于是形成不同的气压区域，这些区域就是气压带。图16图16　太阳辐射

假设地球表面是平滑、均匀的，气压水平分布表现出纬向带状。地球上的水平气压带有7个，它们是：

1.2个极地高压带：分布在北极和南极地区，是空气受冷收缩、积聚，而高空气流辐合，质量增多，在低空形成的高压带。冬季强度增大，范围扩展；夏季势力减弱，范围收缩。

2.2个副极地低压带：分布在南、北纬60°及其两侧，各约5°。由于来自副热带高气压带的热空气向北移动来自极地高气压带的冷空气南下（北半球）两者相遇热空气被迫抬升地面形成低压而形成的。

3.2个副热带高压带：分布在南、北纬20°~30°的强大高压带，是自低纬高空向极流动的气流在地转偏向力作用下发生质量辐合形成。它随季节南、北移动达几十个纬度，活动范围约占地球的1/2，是对大气环流影响最大的气压带。

4.1个赤道低压带：分布在赤道附近。由于终年高温，空气受热膨胀上升，到高空向两侧外流，引起气柱质量减少，低空形成低压带。全球7个纬向气压带排列规则，而且高、低压带交错分布。

气压带可随太阳直射点位置的变化而南北平移。就北半球而言，气压带的位置大致是夏季偏北，冬季偏南。上下移动各约5°。

虽然大气的压力随时都在变化，但是地球大气的压力分布还是有规律的。在地球赤道两侧环绕地球的一个宽带上，接近地面的气压都比较低，叫做赤道低压带。在南、北纬30°附近环绕地球的一个宽带上，气压都比较高，叫做副热带高压带。到了南、北纬60°附近环绕地球的一个宽带上，气压都比较低，叫副极地低压带。到了地球南北两极区，气压较高，叫极地高压带。

接近地面的风向分布也是有规律的。由于有地面的摩擦阻力和地球的自转偏向力，北半球副热带高压带的空气并不是由北向南流向赤道低压带，也就是说不是北风，而是东北风，叫做东北信风带。在北半球，副热带高压带和副极地低压带之间是西南风，叫做西风带。北极是东北风，叫极地东风带。在南半球，赤道低压带和副热带高压带之间是东南信风带，接下来是西风带，是西北风，南极是东南风，也叫极地东风带。

风带共有6个，即极地东风带，中纬西风带和东北（南）信风带，南北半球相似。

其产生原因主要是3圈环流，分别为：0~30°——低纬环流；30°~60°——中纬环流；60°~90°——高纬环流。在简化后（认为大气在均匀地面上运动），在气压梯度力作用下产生大气的3圈环流，形成了赤道低气压带、副热带高气压带、副极地低气压带和极地高气压带。在地转偏向力（北半球向右，南半球向左）作用下，使得0—30°处近地面为东北风，即东北信风。同理，产生了剩余的几个风带。同时，在海陆热力差异和地形因素的影响下，形成了如西伯利亚高压一样的高（低）压中心，随季节变化，出现了季风环流（气压带风带的季节位置移动也是成因之一）。图17图17　由西伯利亚高压引起的严寒天气

你知道吗什么是副热带高压副热带高压简称副高，是位于副热带地区的暖性高压系统。它对中、高纬度地区和低纬度地区之间的水汽、热量、能量的输送和平衡起着重要的作用，是大气环流的一个重要系统。随着季节的更迭，副热带高压带的强度、位置也会发生明显的季节变化。从1~7月，副热带高压主体呈现出向北、向西移动和强度增强的趋势；从7~1月，副热带高压主体则有向南、向东移动和强度减弱的动向。强度和位置冬夏不同，夏季特别强盛、庞大。

风的形成

风是由空气水平流动而形成的。描述风特性的基本指标是风速和风向，其中风速是指单位时间内空气水平运动的距离，它反映了风力的强弱；而风向是指风的来向。图18图18　风速仪

风一般是在水平气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力、摩擦力等综合作用下形成的，由气压高的地方吹向气压低的地方。

地球上各地气压不但有差异，而且还会随时间变化。高、低气压在多种因素的影响下，交替地控制着陆地和海洋。在山区，白天山坡上日照受热的空气膨胀上升，谷地气压相对较高，于是风就从山谷吹向山坡，这种风被称为“谷风”；到了晚上就会发生相反的情况，山坡上比山谷里的空气降温快，谷地气压相对较低，于是风就从山坡吹向山谷而形成“山风”。由高峻的山坡、高原上吹下来的剧烈“山风”，由于受重力的影响，非常寒冷，被称为“重力风”。

在海陆交接地区，由于白天海洋上的温度比陆地低，气压比陆地高，所以空气就从海洋流向大陆，形成“海风”；而到了夜间，陆地的散热快于海洋，气温和气压的分布正好与白昼相反，风就反向从陆地吹向海洋，形成“陆风”。而在赤道无风带，几乎长期不变的气温、降水量等水热条件使湿热的气流（与地面不平行的空气流动不能叫风，只能称为气流）上升到高空后，在气压梯度力的作用下将分别向两极流动。对向北流动的这股气流，由于受地转偏向力的作用，在到达北纬25°~30°地区时，已变成为大致与纬圈平行的西风，并阻碍从赤道上空源源不断流来的空气继续北上，再加上气流在北进过程中的辐射冷却，导致气流堆积下沉和地面气压升高而形成“副热带高压带”。在地球自转的影响下，自这个气压带下流出的空气有南、北两支：向北的一支在地转偏向力作用下变为西南风；向南的一支在地转偏向力作用下变为东北信风，补充了赤道附近的上升气流而构成一个低纬度闭合环流圈。图19图19　海风

你知道吗狂风吹出的“魔鬼城”乌尔禾风城，远远看去壮观、雄伟，你会感叹大自然的鬼斧神工，深入到风城之中，你会因它的奇形怪状而心生恐怖，有进入“魔鬼城”之感。这是由于它地处风口，魔鬼城四季狂风不断，最大风力可达10~12级。强劲的西北风给了它魔鬼之“名”，更让它有了魔鬼之“形”。千百万年来，由于风雨剥蚀，地面形成深浅不一的沟壑，裸露的石层被狂风雕琢得奇形怪状：有的龇牙咧嘴，状如怪兽；有的危台高耸，垛蝶分明，形似古堡。在起伏的山坡地上，布满着血红、湛蓝、洁白、橙黄的各色石子，宛如魔女遗珠，更增添了几许神秘色彩。每当风起，飞沙走石，天昏地暗，怪影迷离。如箭的气流在怪石山间穿梭回旋，发出尖厉的声音，如狼嗥虎啸，鬼哭狼嚎，若在月光惨淡的夜晚，情形更为恐怖。

风对运动的影响

1. 风对球类运动的影响

为了避免风、雨等不利气象条件的影响，许多正式的球类比赛项目，除足球和棒球外，大多都移到室内进行。但是我国广泛开展的群众性球类运动，许多都还是在露天下进行。这就不得不考虑风对球类运动的影响。

在篮球运动中，顺风、逆风、侧风都会影响投篮的命中率，也会影响传球过大或不到位，甚至造成出界。这时场上的运动员应根据不同的风向风速对自己传球和投篮动作进行必要的修正。图20图20　逆风行驶的船舶

在排球运动中，强力发球是争取场上主动权的关键，而在顺风情况下，发球和扣球经常容易出界。在逆风情况下，发近网球经常容易落网。这时场上运动员也必须对自己的动作进行修正。

即使在运动馆内进行比赛，馆内虽然风速较小，但也是有风的。这对于小球运动项目如乒乓球、羽毛球运动员的正常发挥也是会有影响的，一些擅长打底线球的羽毛球运动员，由于顺风常会使发球和抽球出界，而擅长打短球的运动员则会因逆风而使球落网。这些都是运动员在临场中需要考虑的因素。

2. 风对登山的影响

平常我们在平地上行走，遇上六七级大风就会感到阻力很大，行路困难。当出现八级以上的大风，就要停止一切高空作业，以免发生事故。可是在青藏高原上，尤其在珠穆朗玛峰地区，经常会出现八九级大风，而登山运动员在极端缺氧的情况下，为什么能顶着八九级大风登上海拔8844米高的珠峰呢？

作用于人体上的阻力就是风压。它不仅与风速有关，还与空气密度有关。在珠峰地区海拔高，空气稀薄，这里的空气密度仅相当于平地的1/2左右。如果同样是八九级大风，在珠峰地区的风压仅相当在平地时的1/2左右，即相当于平地上四五级风时的风压，所以登山运动员才能顶着八九级风登上珠峰。图21图21　大风会使人们登山困难

3. 风对投掷铁饼、标枪的影响

在田赛中，一般认为顺风对创造好成绩有利，但是研究表明，投掷铁饼、标枪这两项运动，在适当的逆风条件下往往比顺风条件下更为有利。澳大利亚学者乌格尔的研究认为，当铁饼运动员出手离地面高度为2.1米的情况下，投掷角度为35°时，在5米/秒逆风中投掷成绩为64.6米，而在5米/秒顺风中投掷成绩仅为63.0米。这是因为铁饼的投掷距离与飞行高度有关，在一定的逆风条件下，逆风一方面对铁饼产生阻力，另一方面也使铁饼产生向上的升力。这种升力延长了铁饼在空中的飞行时间，因而能提高成绩。投掷标枪和铁饼相似，逆风可以使标枪飞行弧度增大，飞行距离延长。图22图22　顺风投标枪可能会更有好处

因为铅球是球体，没有一个面使其升力增加，逆风只能增加阻力，所以逆风投铅球时成绩将会下降。

4. 风与短跑运动

现今，100米短跑的世界纪录在10秒以内。若以100米成绩为10秒计，则在静风时，短跑运动员与空气的相对速度为10米/秒，运动员所受的空气阻力约为28.8牛顿，即运动员要输出5%~8%的功率来克服阻力。若运动员在2米/秒的逆风条件下以原来的速度跑动，则相对风速增大到12米/秒，阻力增大到41.5牛顿，即运动员要输出9%~13%的功率来克服阻力，显然将会使成绩下降。相反，假如运动员在3级（4.4米/秒）顺风下跑动，相对风速减低为5.6米/秒，因而阻力大大减小，只需输出2%~3%的功率来克服阻力，因而短跑成绩可以缩短到9.8秒以内。为了消除不同风速的影响，国际《田径竞赛规则》中规定，凡顺风风速超过2米/秒条件下创造的成绩不予承认。这一规定不仅适用于100米、200米短跑，也适用于跨栏、跳远等距离径赛项目。国际《田径竞赛规则》还规定，全能运动员的单项成绩，凡顺风风速超过4米/秒者，全能纪录不予承认。

第二章 认识台风

热带气旋

热带风暴

人们大多数见过江河中不时有涡旋出现。实际上，热带气旋就是在大气中绕着某一中心急速旋转的、同时又沿某一方向移动的空气涡旋。它在北半球作逆时针方向转动，在南半球则作顺时针方向旋转。气象学中将大气中的涡旋称为气旋，因为这种涡旋产生于热带洋面上，所以称为热带气旋。而如果产生于温带洋面上，则称为温带气旋。图23图23　热带气旋

热带气旋是一种低气压天气系统，在热带地区离赤道平均3~5个纬度外的洋面（如南北太平洋、北大西洋、印度洋）上形成，其移动主要受到地转偏向力及其他大尺度天气系统所影响，最终在海洋上消散、转化为温带气旋或在登陆陆地后消散。登陆陆地的热带气旋可以造成严重的财产损失或人员伤亡。

热带气旋的最大特点是它的能量来自水蒸气冷却凝固时放出的潜热。热带气旋登陆后，或者当热带气旋移到温度较低的洋面上，便会因为失去温暖而潮湿的空气供应能量，而减弱消散或转化为温带气旋。

热带气旋，按照强度大小，可以分为不同等级，而且有不同的名称。

在美国，热带气旋分为四个等级：热带扰动、热带低压、热带风暴、飓风。热带扰动，气压稍微降低，没有闭合等压线，风速稍大，有显著扰动；热带低压，气压降低，有闭合等压线，风力较大，但在7级以下；热带风暴，形成圆形低压，中心附近最大风力为7~12级；飓风，发展为深厚强烈气旋，中心附近最大风力大于或等于12级，破坏力极大。图24图24　受热带风暴袭击的人们

在日本，热带气旋分为两个等级：热带低压和台风。热带低压，最大风速小于或等于17米/秒，即风力在8级以下；台风，最大风速大于17米/秒，即风力大于或等于8级。

由于各国分级方法不统一，有时会引起混乱，也不便于国际交流。1950年，世界气象组织统一规定：热带气旋中心附近最大风力在6~7级的，称为热带低压；风力在8~9级的，称为热带风暴；风力在10~11级的，称为强热带风暴；当热带气旋中心附近最大风力达到或超过12级时，在西北太平洋和南海地区称为台风，在东太平洋和大西洋地区被习惯地称为飓风。图25图25　遭受热带风暴袭击

在我国，1989年前，对国内使用我国的划分标准，即将热带气旋分为热带低压、台风和强台风；对国外则使用国际标准。从1989年1月1日起，我国停止使用老的热带气旋名称和等级标准，对国内外统一使用国际规定的热带气旋名称和等级标准。

从全球看，对最高级别热带气旋的称呼有所不同，如在印度洋地区称为热带风暴，澳大利亚地区称为旋风，西北太平洋和南海地区称为台风，在东太平洋和大西洋地区称为飓风。有趣的是，我国清代以前也称飓风，因为“飓风者，具四方之风也”，即台风过境时，风向会从北、西、南、东旋转一圈。也有说，“一曰惧风，言恐惧也”。图26图26　享受热带气旋天气热带风暴

热带风暴是热带气旋的一种，是指中心最大风力达17.2~24. 4米/秒的热带气旋。其中心附近持续风力为63~87千米/时，即8~9级风的风力，即烈风程度的风力。每年热带气旋都从海洋横扫至内陆地区。强劲的风力和暴风雨过后留下的只是一片狼藉。

热带风暴发生于热带洋面上，它急速旋转像个陀螺，我国及东南亚一带称之为“台风”，美洲人叫它“飓风”，澳洲称它“威力威力”，气象学上则称它为“热带气旋”或“热带风暴”。热带风暴每年在全世界造成的损失高达60亿~70亿美元，它所引发的风暴潮、暴雨、洪水、暴风所造成的生命损失占所有自然灾害的60％。图27图27　由洪水引发的一种自然灾害

濒临中国的西北太平洋，是世界上最不平静的海洋，属于自然灾害的“重灾区”。

每年盛夏和初秋，中国东南沿海一带，经常遭受热带风暴的侵袭。其中造成灾害的热带风暴每年近20次，相当于美国的4倍、俄罗斯的30倍。热带风暴是我国沿海地区危害程度最严重的灾害性天气。

热带风暴直径从几百千米到上千千米，高度一般在9千米以上。热带风暴最大风速一般为40~60米/秒以上，个别强热带风暴可达110米/秒。一次热带风暴过程，降雨量可达200~300毫米，有时高达1000毫米。因此热带风暴经过之处常常出现狂风暴雨，并引起洪涝灾害。发生在1975年的第3号热带风暴，使中国东部10多个省出现暴雨洪水。河南省受灾最严重，暴雨中心恰好位于两座水库上游，导致水库决堤，高达10多米的水舌像巨龙一样倾泻，大量农田、村舍被淹，京广铁路被冲毁100余千米，造成很多的人畜伤亡。图28图28　暴风大雨席卷整个城市

近年来，中国在海洋灾害的研究和预测方面已进入了国际先进行列，沿海岸边和岛屿已建成280个验潮站，成为世界上监测站网分布密度最高的国家之一，并且多次成功地发布了强风暴潮警报，对防灾抗灾起到了重要作用。图29图29　海洋灾害

热带风暴是热带气旋的一种，是指中心最大风力达8~9级（17.2~24.4米/秒）的热带气旋。其形成的基本条件为：

首先要有足够广阔的热带洋面，这个洋面不仅要求海水表面温度要高于26.5℃，而且在60米深的一层海水里，水温都要超过这个数值。其中广阔的洋面是形成台风时必要的自然环境，因为台风内部空气分子问的摩擦，每天平均要消耗3100~4000卡/厘米的能量，这个巨大的能量只有广阔的热带海洋释放出的潜热才可能供应。另外，热带气旋周围旋转的强风，会引起中心附近的海水翻腾，在气压降得很低的台风中心甚至可以造成海洋表面向上涌起，继而又向四周散开，于是海水从台风中心向四周围翻腾。这种海水翻腾现象能影响到60米的深度。在海水温度低于26.5℃的海洋面上，因热能不够，台风很难维持。为了确保在这种翻腾作用过程中，海面温度始终在26.5℃以上，这个暖水层必须有60米左右的厚度。图30图30　灾害性海浪

在台风形成之前，首先要有一个弱的热带涡旋存在。我们知道，任何一部机器的运转，都要消耗能量，这就要有能量来源。台风也是一部“热机”，它以如此巨大的规模和速度在那里转动，要消耗大量的能量，因此要有能量来源。台风的能量是来自热带海洋上的水汽。在一个事先已经存在的热带涡旋里，涡旋内的气压比四周低，周围的空气挟带大量的水汽流向涡旋中心，并在涡旋区内产生向上运动；湿空气上升，水汽凝结，释放出巨大的凝结潜热，才能促使台风这部大机器运转。所以，即使有了高温高湿的热带洋面供应水汽，如果没有空气强烈上升，产生凝结释放潜热过程，台风也不可能形成。所以，空气的上升运动是生成和维持台风的一个重要因素。然而，其必要条件则是先存在一个弱的热带涡旋。

并且要有足够大的地球自转偏向力。因赤道的地转偏向力为零，而向两极逐渐增大，故台风发生地点大约离开赤道5个纬度以上。由于地球的自转，便产生了一个使空气流向改变的力，称为“地球自转偏向力”。在旋转的地球上，地球自转的作用使周围空气很难直接流进低气压，而是沿着低气压的中心作逆时针方向旋转（在北半球）。图31图31　巨大的风浪席卷海岸

在弱低压上方，高低空之间的风向风速差别要小。在这种情况下上下空气柱一致行动，高层空气中热量容易积聚，从而增暖。气旋一旦生成，在摩擦层以上的环境气流将沿等压线流动，高层增暖作用也就能进一步完成。在北纬20°以北地区，气候条件发生了变化，主要是高层风很大，不利于增暖，台风不易出现。

热带风暴继续增强就形成了台风。

黑风暴

谈到风暴，人们自然会联想到发生在太平洋洋面上的热带风暴和台风，它会造成我国东南沿海极严重的强风和暴雨灾害。然而，这里要向大家介绍的是发生在戈壁沙漠中的黑风暴，它在我国也是一种较严重的灾害性天气。图32图32　黑风暴的袭击

黑风暴和台风都是一种由低压系统产生的风暴现象，是以强风为主角的灾害性天气，但它们也存在许多显著的差异。一是台风和黑风暴发的下垫面不同。二是台风主要出现在夏秋两季，发生时伴随强风或暴雨，甚至特大暴雨，雨涝成灾；而黑风暴集中在春季，来临时狂飚卷夹了大量沙尘，伸手不见五指，破坏和掩埋近地面物体和良田，几乎没有降水现象。由此可见，台风和黑风暴是很不相同的。

黑风暴实际上是强沙尘暴现象，俗称为黑风。它是强风、浓密度沙尘混合的灾害性天气。强风是启动力，具有丰富沙尘源的荒漠和半荒漠地面，是构成黑风暴的物质基础，当然还必须具备发生近地面大风的有利天气条件——大范围强冷空气入侵和对流不稳定。图33图33　沙尘暴天气

沙暴现象发生时，风力多在4~8级，近地面的细沙和粉尘被输送到15~30米的高度，水平能见度可维持在千米以上，通常就地形成，卷起的沙尘物质一般在就近的障碍物或绿洲边缘沉积，造成沙埋、沙割之害。还有一种与沙暴不同的尘暴现象，它是8级以上强风把大量尘土及其他细颗粒物质卷入高空，形成一道高达500~3000米翻腾的风暴。尘暴携带的尘土滚滚向前，在高空可飘到数千千米甚至1万千米之外。在荒漠和半荒漠地区尘暴与沙暴往往结合发生即为沙尘暴，黑风暴是特大的强沙尘暴天气。我国气象上定义发生沙尘暴时最大瞬间风速≥25米/秒，能见度<50米就称为黑风暴。图34图34　遭受强沙尘暴袭击

黑风暴的危害主要有两个字，一是风，二是沙。

大风的危害也有两种：一是风力破坏，二是刮蚀地皮。

先说风力破坏。大风破坏建筑物，吹倒或拔起树木电杆，撕毁农民塑料温室大棚和农田地膜等等。此外，由于西北地区四五月正是瓜果、蔬菜、甜菜、棉花等经济作物出苗，生长子叶或真叶期和果树开花期，此时最不耐风吹沙打。轻则叶片蒙尘，使光合作用减弱，且影响呼吸，降低作物的产量；重则苗死花落，那就更谈不上成熟结果了。例如，1993年5月5日黑风暴，使西北地区8.5万株果木花蕊被打落， 10.94万株防护林和用材林折断或连根拔起。此外，大风刮倒电杆造成停水停电，影响工农业生产。

大风作用于干旱地区疏松的土壤时会将表土刮去一层，叫做风蚀。例如，1993年5月5日黑风平均风蚀深度10厘米（最多50厘米），也就是每亩地平均有60~70立方米的肥沃表土被风刮走。其实大风不仅刮走土壤中细小的黏土和有机质，而且还把带来的沙子积在土壤中，使土壤肥力大为降低。此外大风夹沙粒还会把建筑物和作物表面磨去一层，叫做磨蚀，也是一种灾害。图35图35　树木在狂风中折断倒伏

沙的危害主要是沙埋。前面说过，狭管、迎风和隆起等地形下，因为风速大，风沙危害主要是风蚀；而在背风凹洼等风速较小的地形下，风沙危害主要便是沙埋了。例如， 1993年5月5日黑风中发生沙埋的地方，沙埋厚度平均20厘米，最厚处达到了1.2米。

此外更重要的是，人生命的损失。例如1993年5月5日黑风中共死亡85人，伤264人，失踪31人。此外，死亡和丢失大牲畜12万头，农作物受灾560万亩，沙埋干旱地区的生命线水渠总长2000多千米，兰新铁路停运31小时。总经济损失超过5.4亿元。图36图36　风蚀地貌

全球有四大沙尘暴区，它们分布在具有大沙漠和风蚀地的中非、北美、中亚及澳大利亚。我国西北地区属中亚沙尘暴区的一部分，有大沙漠和风蚀地60.38万平方千米，戈壁56.95万平方千米，不同程度的沙漠化土地6.0373万平方千米。此外，还有风蚀性的低山丘陵、戈壁面上零星分布的风蚀残墩以及大面积风蚀性土漠。这些地方年降水量在150毫米以下，植被稀少，沙尘物质极为丰富，风蚀强烈。

据1952年以来的气象资料分析，西北地区有3个强沙尘暴高频区，第一个在甘肃河西走廊和宁夏黄河灌区一带，中心在甘肃民勤；第二高频区在新疆和田地区；第三个高频区在新疆吐鲁番地区。它们都分别位于巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠和塔克拉玛干沙漠边缘，具有丰富的沙源物质。图37图37　干旱的沙漠

强沙暴在我国主要出现在3~5月。统计中发现一个有趣的现象，历史上的4月13~18日和5月8~16日，似乎是强沙尘暴的“宁静期”，从未发生过强沙尘暴。

还有一个有趣现象是被巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠包围的甘肃省民勤县是强沙尘暴出现最早（3月6~7日）和最晚（7月17日）的地方，类似和田地区3~6月也可发生强沙尘暴。强沙尘暴每次出现的范围和持续时间并不相同，有的只出现在一个县，持续1~2个小时；有的则跨省区持续数天，甚至影响我国几个省区。如1983年4月26~28日的特强沙尘暴天气过程，不仅在3天时间内先后造成新疆吐鲁番盆地和和田地区、青海柴达木盆地、甘肃陇东、宁夏黄河灌区、内蒙伊克昭盟和陕北榆林的黑风暴，而且几乎横扫了我国北方。

回顾半个多世纪，我国西北地区的黑风暴是逐年增加的，这可能与土地荒漠和气候干旱化有关。1993年是黑风暴出现次数多、强度大的一年，其中最强的是5月5~6日的一次，新疆东部、甘肃河西走廊、内蒙阿拉善盟、宁夏中北部都受到了黑风暴侵袭。在黑风暴临近前，可看到上黄、中红、下黑三种颜色的旋转式沙尘团组成的沙尘暴墙，形似原子弹爆炸后的蘑菇状烟云，在1千米远处就能听到沉闷的轰鸣声，大有三军战鼓齐鸣之势。黑风暴过境时，甘肃金昌市和宁夏中卫市风力达到12级，能见度降至零。这次黑风暴造成85人死亡，264人受伤，31人失踪，12万头（只）牲畜死亡和丢失，73万头（只）牲畜受伤，农作物受灾面积达37万公顷，直接经济损失约7.25亿元。至于黑风暴造成的土地退化等生态灾变和社会影响，则难以评估。图38图38　远观黑风暴

黑风暴对不同地物的危害方式也不同，如暴风机械危害型、沙埋危害型和风蚀沙割危害型。强风造成的沙尘搬迁风蚀物，不仅直接影响沙源区土壤和营养物质的过度流失，而且污染空气，对其他地区以至全球的太阳辐射和热平衡都有一定的影响。全球每年因沙尘暴引起沙尘搬迁的沉积物可达10~20吨/平方千米。气象卫星资料分析气溶胶光学厚度发现，我国西北沙尘暴是大气气溶胶的重要来源，它们可以蔓延数千千米，覆盖上百万平方千米面积。黄沙长距离输送会损坏农田沃土，但也起到增加降水量、缓解酸雨危害程度的作用。日本观测确认，来自中国的黄沙粒子是日本冰晶凝结核的主要部分，增加了日本的降水量。又如1988年4月的一次沙尘暴，使北京地区空气中总含沙量比正常情况高15.7倍，由于碱性亲石元素大量增加，减轻了酸雨危害。此外，平流层内沙尘微粒浓度的增加会造成平均气温降低。

目前，对沙尘暴的形成以及它对大气生态环境的影响已引起了全球科学界的重视，并开展了一系列研究。我国的研究表明：发展有效的黑风暴天气防护体系，包括建立中尺度天气监测网和预报、警报系统；加强和完善黑风暴天气的联报联防；研究制定西北地区脆弱生态系统保护规划；加强退化生态区域的恢复治理和植被保护；加强沙尘暴防灾抗灾知识的科普宣传教育工作等，都是减轻黑风暴危害的有力措施。图39图39　突发黑风暴

你知道吗风蚀风蚀是风沙对地表物质的吹蚀和磨蚀作用。风吹过地表时，产生紊流，使沙离开地表，从而使地表物质遭受破坏，称为吹蚀作用；风沙流紧贴地面迁移时，沙砾对地面物质的冲击、摩擦的作用，称为磨蚀作用。在陡峭的岩壁上，经风蚀形成大小不等、形状各异的小洞穴和凹坑，称为风蚀壁龛；孤立突起的岩石，经长期风蚀，易形成柱状，称风蚀柱，或形成顶部大、基部小的形似蘑菇的岩石，称风蚀蘑菇；松散物质组成的地面，经风吹蚀，形成宽广而轮廓不大明显的风蚀洼地，它们多呈椭圆形，成行分布，并沿主要风向伸展；干旱、半干旱区的耕地如无防风设施，很易受到风蚀，土粒吹蚀后形成风蚀沙地，沙粒及岩石碎屑吹蚀后，石砾或基岩裸露，称为砾漠或石漠，又称戈壁。

台风的危害

台风灾害是我国夏季经常发生的一种气象灾害，也是世界上最严重的自然灾害之一，在世界十大自然灾害中排名第一。十大自然灾害是：热带气旋、地震、洪水、龙卷风与雷暴、暴雪、火山爆发、热浪、雪崩、泥石流、潮汐波。台风具有很强的破坏力，狂风会掀翻船只、摧毁房屋及其他设施，巨浪能冲破海堤，暴雨能引起山洪暴发。台风带来的主要危害有强风灾、大暴雨、风暴潮。图40图40　龙卷风

1. 强风灾

台风中心由于气压很低，气压梯度非常大，因而能造成很强的大风。台风中心附近的风速常达40~60米/秒，有的可达100米/秒，大风足以损坏以至摧毁陆地上的建筑、桥梁、车辆等。特别是在建筑物没有被加固的地区，造成的破坏更大。大风亦可把杂物吹到半空，使户外环境变得非常危险；海上巨浪滔天，航行的船只如不及时躲避，很难逃脱灭顶之灾。

明成化21年（1485年），福州遇台风影响“拔木发屋，公署民庐尽坏，官舰私船漂及无算，死者千余人”。

1954年9月，在菲律宾吕宋岛东方的海面，向西北行进的“玛瑞”号台风突然转了一个大弯，直冲日本而去。停泊在日本函馆港的一艘4337吨的“洞斧丸”渡轮，被强风吹到港外距七重滨海滩约300米处触礁沉没，船上1254名旅客遇难；港内另有4艘货轮也相继沉没，186人死亡，造成世界航海史上第二大灾难。加上北海道的损失，这次台风中共有1761人死亡或失踪，房屋全毁和半毁达3万栋以上。图41图41　龙卷风威力之大

1973年第14号台风，9月14日凌晨登陆海南岛琼海时，强风摧毁了所有测风仪器，以致没有取得实测的风速记录。当时刮走的瓦片嵌入椰子树杆内有6~7厘米深，直径90厘米的钢筋水泥柱被“削”成两段，狂风的巨大压力使房屋的门无法推开，凡在屋内的人很少幸免于难。

1988年第7号台风在西太平洋生成后，迅速向偏北方向移动，直扑我国东南沿海。此台风于8月7日15时在浙江象山登陆，登陆时最大风速达126公里/小时。8月8日，登陆后的台风袭击了杭州市，使素有“人间天堂”之称的杭州市遭到建国以来最严重的浩劫。数以万计的树木被刮倒，电信、输电线路全部被破坏，全市停水停电时间长达5天。铁路、公路和市内公共交通完全中断，机场航班全部停航，整个城市几乎陷入瘫痪。

除了自身的强大风力外，台风引起的龙卷风也会造成巨大的损失。1989年第23号台风在浙江温岭登陆，其右前方对流带中频发龙卷，袭击了江苏11个县。在美国，约有半数以上的飓风登陆后可能诱发龙卷风。图42图42　山洪暴发造成桥梁破损

2. 大暴雨

由强对流发展释放的潜热，是台风发展和维持的重要条件，因此，强烈的对流性、阵性降水是台风过程中必然出现的现象。1909年11月，中美洲牙买加一次飓风过程，4天总降水量达2451.1毫米。1952年3月15~16日，南印度洋的一个台风，在留尼汪岛上1天降雨高达1869.9毫米。袭击我国的台风暴雨，以1967年10月17日在台湾省新寮日降雨量最大为1672毫米，其次是1963年9月11日在台湾省北部山区百新的日降雨量为1247毫米。台风能引起如此大的降水，可称得上是空中水库，它登陆后所产生的暴雨能引起山洪暴发或使大型水库崩塌，形成巨大洪涝灾害，从而造成惨重的人员伤亡和财产损失。图54

1934年7月19日，一个台风登陆台湾省，高雄地区半天骤降暴雨1137毫米，比雨量充足的苏南地区一年的降水量还要多，使良田尽成湖泊，街道可以行船。

1996年8月8日，一个很弱的热带风暴致使福建龙岩地区遭受特大暴雨洪灾的严重危害，死亡和失踪共526人，直接经济损失近30亿元。

2004年第7号台风“蒲公英”带来的持续暴雨，致使台湾中南部地区多处发生泥石流和山洪，造成21人死亡、9人失踪，农业灾害总损失超过23亿元台币。洪灾造成中南部地区21万户居民停电，公路塌方94处，铁路部分路段因路基受损停驶一周。大甲溪的洪灾重创6座电厂，其中青山电厂惨遭淹没，德基电厂进水。此次台风给台湾造成的经济损失超过百亿元台币。

3. 风暴潮

台风暴潮也称气象海啸或风暴海啸。由于台风和伴随的大风或强低气压引起气压剧变，从而导致海面异常显著的升降现象。由于台风中心气压极低，对海水的吸吮作用使海面升高，当台风中心气压低于正常气压100百帕时，海面就会上升1米。台风中心引起海洋上汹涌的波浪有时纵深达200公里，但在海上的船舶几乎是感觉不到的。巨浪以50公里/小时以上的速度快速向前推进。此外，风暴潮还有一个可怕的特点：接近海岸时，由于海底摩擦作用，波速变慢，波浪变陡，波高不断增大。有时，滔天恶浪竟在岸边涌成一道高达40米的水墙。一般说来，波浪的高度只有6~10米，但这也足以使海浪所到之处的一切荡然无存。图43图43　风暴海啸

较大的风暴潮，特别是风暴潮与天文潮高潮叠加时，会引起沿海水位暴涨，海水倒灌，狂涛恶浪，泛滥成灾。台风移近陆地或登陆时，由于其中心气压很低及强风可使沿岸海水暴涨，形成风暴潮，常会掀起狂涛巨浪，浪高可达10米以上，致使海浪冲破海堤、海水倒灌，造成生命财产的巨大损失。

我国历史上因台风风暴潮灾害造成的生命财产损失触目惊心，最严重的当属上海地区1696年发生的一次特大风暴潮。《松郡志》记载：“康熙三十五年六月初一日，大风暴雨如注，时方状亢旱，顷刻沟渠皆溢，欢呼载道。二更余，呼海啸，飓风皆大作，潮挟风威，声势汹涌，冲人沿海一带地方几数百里。宝山纵亘六里，横亘十八里，水面高于城丈许，嘉定、崇明及吴淞、川沙、拓林八、九团等处，漂没千丈，灶户一万八千户，淹死者共十万余人。黑夜惊涛猝至，成人不服相顾，奔窜无路，至天明水退，而积尸如山，惨不忍言。”图44图44　由风暴潮引起的巨大损失

1949年建国后，我国几乎每年都会发生台风风暴潮，严重的潮灾平均每2~3年一次。死亡人数最多的是1956年8月2日，发生在浙江省象山县的5612特大台风风暴潮灾，在强风暴潮的袭击下，沿海海塘溃决，海水涌入内陆，纵深10公里一片汪洋，淹没农田41万亩，冲毁房屋7万多间，死亡4629人。

随着沿海经济的迅速发展，台风风暴潮灾害造成的损失也日趋严重，由20世纪50年代的几亿元左右到80年代的平均每年几十亿元。而进入90年代以来，平均每年直接经济损失超过100亿元，台风引起的风暴潮已成为制约我国沿海经济可持续发展的一个比较重要的因素。

1980年7月22日，在我国广东省雷州半岛登陆的8007号台风产生的南渡潮位站的风暴潮高度为5.94米。这次风暴潮造成414人死亡，12万间房屋损毁，约400公里海堤被冲垮，船只被打沉打散失踪的多达3000条以上，湛江港一艘外轮被抛到防护坝上，经济损失达4亿元。

1997年9月18日至9月21日，受第11号台风和天文大潮的共同作用，中国东部沿海发生了一次严重的风暴潮灾。潮灾先后波及福建、浙江、上海、江苏、山东、天津、河北、辽宁等省，受灾人口达2000多万人，死亡220人，毁坏海堤1170多公里，受灾农田193.3万公顷，成灾33.3万公顷，直接经济损失高达308亿元。图45图45　海堤建设奋力抗御风暴潮

4. 间接破坏

台风除所带来的大风、暴雨、风暴潮能造成致命的威胁外，它所造成的间接破坏也不可小视。热带气旋过后所带来的积水，以及下水道所受到的破坏，可能会引起流行病暴发；热带气旋可能破坏道路，输电设施等，阻碍救援工作的进行。

台风的结构

台风是一个近似圆形的强热带气旋。一个发展成熟的台风，在水平上，从里向外大约可分为台风眼区、近中心附近的强风区和暴雨区，外围的大风区和降水区。在气象卫星云图上，有呈黑色的台风眼，近中心附近有深厚对流云区和外围的螺旋云雨带。据飞机探测资料，台风在垂直结构上，从里向外有呈近似漏斗状的台风眼区，从高空向下一直延伸到海平面，中心两侧有宽厚的云墙，外围有强度不等的对流云柱。在温度场的结构上，中心区具有暖核。在气压场的结构上，台风环流高度一般可达12公里，在北半球其上为高空反时针方向转动的涡旋，气象学称为反气旋，南半球则相反为顺时针方向。有时，其环流高度高于12公里，甚至达16公里。图46图46　台风眼

1. 台风眼

台风眼是台风发展成熟的一个重要标志，它是由台风眼壁所围成的一个区域，在气象卫星云图和雷达回波图上，一般可以见一个类似眼睛的黑区，其形状多呈圆形或椭圆形，少数有两环的同心圆，个别台风眼也有卵形、多边形、马蹄形等。

台风眼的直径一般为5~50公里，大的超过100公里。在台风眼内，既无狂风又无暴雨，天上仅有薄云，白天能见阳光，夜间可见星斗。台风眼经过某地，该地会突然变得风平浪静，暴雨骤止，并可能持续20分钟到1小时左右，此时常被误认为台风已过，实则是正好处于台风眼之中。越是风平浪静，越是表明台风非常强，一场更猛更狂的疾风骤雨将再度出现，风向也恰好与台风眼到来之前相反。许多地方因为台风造成的重大灾害，经常是在台风眼过境后发生的。

2. 台风眼壁

在台风眼外围，有一个环状的对流很强的云带，称为台风眼壁或台风云墙。这是台风结构最重要的一部分，台风形成12级以上的最强狂风和高达10米以上的怒涛主要发生在眼壁区内。同时，台风眼壁也是造成台风暴雨主要的区域之一。在眼壁区内还会出现龙卷风、闪电、雷暴，有时还会伴有冰雹。由于台风往往形成很强的狂风、暴雨、怒涛，造成极大的破坏，因而对龙卷风、闪电、雷暴等所造成的破坏常常被忽视。在考察台风造成的破坏时发现，有的重物能被扬起十几米或更远，可能就是由于龙卷造成的；由于台风眼壁内风声、雨声常把雷声掩盖，因而难以听到雷声，但是经常观测到闪电，按常理有强烈的闪电，必定伴有雷声。图47图47　台风可能会引起巨浪

3. 螺旋云雨带

螺旋云雨带紧接在台风眼壁之外，范围很广，形式多样，是台风结构中一个非常重要的特征，是判断热带气旋强度能否发展加大的重要标志，还可以用来判断台风影响外围云雨带的分布及其阵性的特征。一个台风中，常具有多条多方向对称或不对称的螺旋云雨带，中间有一定间隔。螺旋云雨带的分布和强度是千变万化的，在多条云雨带中不但每条的强度不同，就是同一条螺旋云雨带中，其强度也不尽相同。在螺旋云雨带影响的地方常伴有阵性降水和阵风，其降雨强度和时间随云雨带发展范围和强度不同而不同，这在雷达回波上也有类似的特征。

4. 台风风场

由于台风中心气压很低，梯度很大，并随着向中心靠近增加，因而台风的风场基本上是随着气压梯度增大而加强。到近中心附近，通常是在台风的眼壁达到最大。而到台风眼区，风力迅速减小，甚至有的接近静风。台风环流影响近600公里范围，其风场分布大体可分为三圈：外圈，风力由5~6级逐渐向内增大到6~8级、8~10级、10~11级；中圈，风力在11~12级；内圈，即台风眼区，风力5~6级或更小。

你知道吗怎样判定台风中心方位我们知道，台风区内各处的风向和台风的运动方向是截然不同的两个概念。影响到我国沿海的台风，大多是从东南方向移来的，但这时台风抵达地区并不会因为台风从东南方向移来而吹东南风，从台风区内风向的分布图中可以看到，这时吹的是偏北风。这时如果你是面向南而立，那么台风中心就在你的左前方45°方向之内，也就是台风向我国移来的东南方。可见，不论你站在台风区中的哪一个地方，只要你背风而立，台风的中心一定在你的左前方45°~90°的方向内。假如你无法得到台风警报，根据台风将来临的预兆观察，确知台风已到，这时有一个方法可以让你自己知道台风中心在什么方向。请你站在空旷地方，以背对风，那么在左手前方就是台风中心所在的方向。知道了台风中心所在的方向以后，可以根据风力的大小，估计距离台风中心的远近，假如风力只有6级左右（每秒12米），那么你是在台风的边缘；要是风力有11~12级（每秒30~35米），那么你距离中心就很近了。就是台风中心所在的方向。

台风形成的条件

从大量的卫星云图分析结果表明，每年有几百个热带扰动发生，然而能发展成台风的却不到1/10。有些扰动产生后很快就发展成台风，有些却很慢，有些几经加强和减弱，有些则不能发展成台风。所有这些，都涉及到台风的发生发展条件问题。

台风形成的学说有好多，有对流学说、动力学说、赤道锋学说、三气团交点学说和涡度理论等。但是，所有这些学说，在解释热带气旋产生的原因和发展时，不是遇到这方面的困难，就会遇上那方面的矛盾。但是大多数认为，最初是由一个冷性的热带扰动或是一个低压，逐渐变为暖中心热带气旋的过程，而这个暖中心结构是直接或间接地由凝结潜热的释放而形成和维持的。台风形成的必要条件，目前比较一致的看法有四个，它们是：广阔的暖洋面；对流晨风垂直方向变化大小；要有一定的水平地转偏向力；低层要有初始扰动。图48图48　海面霞光自然风景

1. 广阔的暖洋面

热带气旋要产生在一个规模大而深厚“不稳定’的空气中。所谓“不稳定”的空气就是指容易产生上升和下沉运动的空气，也就是说“不稳定”的空气容易对流。如果底层是高温高湿的空气，因为它轻，就要上升，所以高温高湿的空气就是“不稳定”的空气，容易对流。对流形成后，上升空气冷却，其中水汽凝结而释放出的潜热，又助长了对流。因此，大规模而深厚的高温高湿“不稳定”的空气中所含有的大量不稳定潜能，是空气中产生热带气旋的根本原因。

广阔的暖洋面是产生大规模而深厚高温高湿“不稳定”空气的有利的地理条件。实践证明，热带气旋只能形成在60米深度内的水温都要高于26~27摄氏度的暖洋面上。在这样有利的地理条件下，特别是在比较宁静的洋面和散布着疏小而平缓的岛屿的浅海里，因为这些区域吸收太阳热量比较容易。因此，我们就不难理解；西北太平洋与西印度群岛附近海面是热带气旋的多发地区了。

2. 对流层风垂直方向变化要小

对流层是大气层最低的一层。大气在垂直方向上按气温高度的变化，分为对流层、平流层、中层、热层和散逸层5层。对流层离地面的高度随纬度和季节而变化，低纬度地区平均高度为17~18千米，中纬度地区平均高度为10~12千米，高纬度地区平均高度为6~8千米；夏季高于冬季。

为了保持热带气旋的暖心，需要上升气流释放出的潜热集聚在一个有限的气柱内，而不被扩散出去。如果对流层风垂直方向变化很大，即高、低空风速相差很大或风向相反，则潜热会迅速向外扩散出去，不利集聚在一个有限的气柱内。这个条件是在大量观测资料，经过统计分析得出的。定量计算的方法是这样：用200百帕高度（约12千米）和850百帕高度（约1.5千米）两层的风速矢量差来计算统计。统计分析表明，在孟加拉湾和阿拉伯海海域上，盛夏低空盛行强西南季风，高层有强东风存在，风在垂直方向变化很大，因而很少有热带气旋发生。西北太平洋、东北太平洋、西北大西洋、西南太平洋和南印度洋的洋面上热带气旋发生频率较高，就是因为这些海域的风在垂直方向变化都很小的原因。图49图49　阿拉伯海海域

3. 要有一定的地转偏向力

为什么在赤道附近热带气旋反而不能产生呢？这是因为赤道附近没有地转偏向力，没有地转偏向力空气就不能旋转，空气不能旋转，热带气旋就不能产生了。事实表明，纬度大于5°是使空气旋转的必要地理条件。

4. 低层要有初始扰动

热带气旋形成，低层要有较强的辐合气流，而与之对应的高层必须有较强的辐散气流，而且高层的辐散要超过低层的辐合从而引起地面气压不断降低，在这种情况下，地面的扰动才有可能发展成热带气

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