风,从来向吹
背风而立读气压
气象上的风向是风的来向,跟日常理解反着来,这是第一个坑。第二个坑是风压定理的两句口诀:自由大气里风沿等压线吹,背风而立,高压在右、低压在左(北半球);摩擦层里风斜穿等压线,高压在右后方、低压在左前方。风怎么形成、怎么变、地方性风四种、对起飞着陆航行的影响,这页按六块过一遍。地转偏向力的三句话也要背:风速越大越大、纬度越高越大、赤道为零。
01 风的定义与测量
- 风向
- 气象上的风向是指风的来向,常用 360° 或 16 个方位表示
- 风速
- 单位时间内空气微团的水平位移;单位:米/秒(m/s)、千米/时(km/h)、海里/小时(nm/h,节)
- 测量
- 仪器探测(风向风速仪、测风气球、风袋、多普勒测风雷达)和目视估计两大类;跑道旁设风向袋便于飞行员观测
- 风向袋
- 袋口对着的方向指示风向,飘起的角度估算风速
注 · "风向是来向"是全局性的坑:METAR 里 050 是东北方向吹来的风,不是吹向东北。所有后续章节都用这个定义。
02 形成风的四个力
- 四力
- 水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力、惯性离心力
- 气压梯度力
- 垂直于等压线,从高压指向低压;等压线越密,风越大
- 地转偏向力
- 风速越大、纬度越高,地转偏向力越大;赤道附近为零;方向垂直于物体运动方向,北半球指向右、南半球指向左
注 · 地转偏向力三句话是标准多选题选项:赤道为零(所以赤道没有台风)、风速越大越大、纬度越高越大。
03 风压定理
- 自由大气风压定理
- 风沿等压线吹;北半球背风而立,高压在右、低压在左;等压线越密风速越大;南半球相反
- 摩擦层风压定理
- 风斜穿等压线吹;北半球背风而立,高压在右后方、低压在左前方;南半球相反
注 · 先有气压梯度力让风从高压吹向低压,地转偏向力把它拉偏到沿等压线;近地面再加摩擦力,就斜穿等压线了。一句话物理链条。
04 风的变化
- 随高度
- 北半球随高度增加:风速增大,风向向右偏;南半球相反
- 日变化
- 白天近地面风速增大、风向向右偏,上层相反;晚上下层风速减小、风向向左偏,上层风速增大、向右偏
- 阵性
- 乱流涡旋随大范围基本气流一起运动,引起局地风向不断改变、风速时大时小
- 自由大气
- 风速随高度增大,对流层顶附近最大;风向趋于一致,中纬度偏西
注 · 北半球的风永远在"向右偏":随高度右偏、白天右偏、晚上上层右偏。南半球全部反过来。
05 地方性风
- 海陆风
- 白天陆地增热快:陆上空气上升、海上空气下沉,低层风从海上吹向陆地(海风),上层反向,构成完整热力环流;晚上相反(陆风)
- 山谷风
- 成因与海陆风相似:白天山坡气温高于山谷上同高度气温,底层风从谷地吹向山坡(谷风);晚上形成山风
- 峡谷风
- 山口、河谷地区,空气进入狭窄处流速增大,形成风速较大的风;山区丘陵常见,风速变化增大,影响山地飞行
- 焚风
- 气流过山后沿背风坡向下吹的热干风:气温迅速升高、湿度急剧减小
注 · 海陆风和山谷风同一套逻辑:白天哪边热风就吹向哪边(海风、谷风),晚上倒过来。峡谷风考"狭窄处流速增大",焚风考"热干"两个字。
06 风对飞行的影响
- 起降
- 通常要求在逆风条件下进行;着陆时既考虑跑道上的风,也考虑进场区域的风(都是摩擦层中的风,受地表面特征影响很大)
- 载重
- 起飞前制定飞行计划时,应根据机场的温度和风进行载重量计算
- 顺风
- 减小燃油消耗,增加航程
- 逆风
- 增加燃油消耗,增加飞行时间,减小航程
- 侧风
- 导致偏离计划航线,需修正风的影响
注 · 看似矛盾其实一致:起降要逆风(要的是空速),巡航喜欢顺风(要的是地速)。