焚风
气象学术语之一
焚风(Foehn),又称为“火风”,是由于空气作绝热下沉运动时,因温度升高、湿度降低而形成的一种干热风。通常形成于气流翻越山脉之后的背风坡,在高压区遇到空气下沉时也可产生焚风。焚风主要特点为干、热,还具有带电特性。
焚风的形成主要受到地形、风向以及山地两侧降水和气温差异等因素影响。在世界各地山脉几乎都有焚风存在,但其称呼各异。焚风在欧洲的阿尔卑斯山脉北美洲落基山脉和亚欧大陆的高加索地区较为显著。此外,在中国许多地区也都有焚风现象出现。
焚风可以促进春雪消融,作物早熟;同时,也易引起森林火灾、干旱等自然灾害。在高山地区,焚风还会造成融雪,使上游河谷洪水泛滥,有时还会导致雪崩
定义
焚风是指气流越过高大山体后绝热下沉,在山的背风坡脚产生的干热风。在迎风坡成云致雨、在背风坡形成干热风的现象称为“焚风效应”。
命名
焚风英文名为“Foehn”,来自拉丁语中的“favonius”(意为温暖的西风),最早主要用来指越过阿尔卑斯山脉后在德国奥地利谷地变得干热的气流。
在世界各地山脉几乎都有类似的风,对类似的现象还有类似的地区性的称呼。例如,在智利的安第斯山脉这样的焚风被称为“帕尔希风”(Puelche);在阿根廷同样的焚风被称为”桑达“(Zonda);美国落基山脉东侧的焚风叫“钦诺克风”(Chinook);在加利福尼亚州南部被称为“圣安娜风”(Santa Ana);在墨西哥被称为“仓裘风”(Chanduy)。
形成
形成原理
焚风是山区特有的天气现象,它是由于气流越过高山后下沉造成的。气流越过山脉时,在迎风坡上升冷却,达到饱和状态时按湿绝热递减率降温,同时有水汽凝结,大部分水汽在山前降落,气流被迫失去水分,湿度大大降低。过山顶后,空气沿坡下降过程中基本按干绝热直减率增温。也就是说,气流在背风坡下沉时温度升高,每下降1000米,温度平均升高6.5℃,形成又干又热的气团,所经之地湿度明显下降,气温也迅速抬升,焚风由此产生。
在迎风坡,潮湿空气上升过程中会逐渐降温冷却,空气中的水汽逐渐达到饱和状态。当空气中的水汽达到饱和或过饱和时,水分子便会凝结成云而形成降水。在山地迎风坡的一定高度范围内,降水量随海拔升高而增加,这一范围叫最大降水量带。在最大降水量带以上随着高度的增加因水汽减少,降水量也随之逐渐减少。在背风坡,空气顺山坡下沉过程中会逐渐升温,空气中的水汽不易达到饱和状态,故降水较少。
当空气沿迎风坡上升时,可以把它看成是在做垂直运动,空气的这种运动过程常常是绝热的。在所含水汽达到饱和之前按干绝热直减率(1℃/100m)降温;当空气上升到凝结高度(即达到饱和状态)以后按湿绝热直减率((0.3℃~0.6℃)/100m)降温。空气过山后,在背风坡已经成为缺少水汽的干空气,它顺坡下沉基本上是按干绝热直减率(1℃/100m)进行增温的。故气流过山后的温度比山前同一高度的温度高得多,湿度也显著减少。
影响因素
地形作用有利于形成焚风效应而造成高温。地形越高,焚风效应越明显。例如,福建省地形西北高东南低,如果台风中心位于福建外围的东北方,福建处于台风中心的西南侧,则地形作用有利于焚风的形成。
焚风出现位置与风向关系密切。因受地形条件和气压系统的影响,风向有所不同。例如,在太行山麓,西北风造成的焚风主要出现在太行山北段东侧,偏西风主要影响太行山南段,而西南风主要影响中段;而焚风在西安市地区为南风,在铜陵市地区为西南风。
初始气温与焚风强度有关。初始气温越高,焚风效应形成的高温强度越大。焚风增温的水平范围与焚风强度及持续时间有关。焚风强度越大,持续时间越长,焚风增温的水平范围越大。例如,距太行山东侧110千米外,一般情况下,焚风效应不显著。
主要特征
干热
焚风具有干、热的特点。干热指的是当潮湿空气越过高山时,在背风坡形成的焚风较迎风坡气流温度更高,湿度更低。干热也指焚风经过的地区温度升高,相对湿度下降。例如,石家庄市的强焚风曾在十分钟内使气温升高13.1℃,相对湿度下降了52%。
带电性
焚风还具有带电特性。梵风区有二股空气的汇合处边缘因摩擦产生的带有高电荷的不快区,这个区域能产生凯尔文-霍尔姆茨(开尔文Helmholtz)波,可影响天电、离子及气压波动。如焚风区,天电电荷为1~100kHz,脉冲为1/1000秒,阳离子达4000个/cm3。气压计可以测出焚风引起的气压波动。
主要分布
世界分布
最早发现焚风效应最为显著的地区是欧洲阿尔卑斯山脉。此外,南美洲南部大陆东侧的巴塔哥尼亚沙漠的形成也与焚风效应有关。在世界上,亚洲的阿尔泰山、欧洲的阿尔卑斯山、北美的落基山脉、南美的安第斯山脉和亚欧大陆的高加索山脉等地都是著名的焚风出现区。
中国分布
在中国,焚风现象也到处可见。如在天山南北、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、台湾的中央山脉等地都能见到其踪迹。焚风现象在中国西南峡谷区表现得尤为明显。例如,云南怒江谷地自然环境具有热带亚热带稀树草原特征,这与焚风效应关系密切。
总之,在中纬度相对高度不低于800米的任何山地都会有焚风出现,有时在更低的山地也会有焚风出现。
典型焚风区
瑞士奥地利等阿尔卑斯山区,焚风被称为“阿尔卑斯焚风”(Alpine foehn)。这种风在山脉的北侧和南侧形成不同的气候效应,通常会导致快速的气温升高和显著的干燥现象​。
在典型的偏南焚风中,比斯开湾(the Bay of Biscay)周围或不列颠群岛(the British Isles)上空通常有一个强大的低压区。一般而言,低压系统会缓慢地向东或东北移动。与低气压相关的冷锋位于法国上空,并缓慢向东移动,冷锋前方是横跨阿尔卑斯山脉的南流。阿尔卑斯山南侧的降水溢出到阿尔卑斯山主脊以北的地区。
典型的偏北焚风是由西欧或大西洋地区的高压区引发的。它将凉爽潮湿的空气从北海地区带到阿尔卑斯山,气团从北向南穿过阿尔卑斯山,云层和降水的堆积区位于阿尔卑斯山的北坡上。云层的厚度越远,云层的厚度就越小。当它到达汝拉山脉时,云层通常已经破碎。在北风焚风中,阿尔卑斯山北侧的中部和东部山坡的降水量最大。
在北美的落基山脉东侧,这种焚风被称为“Chinook”风,常常带来急剧的温暖和干燥,有时候甚至能在一天之内使得大量积雪消融​​。
始新世之前,落基山脉并没有那么高,焚风对背风(顺风侧)没有影响,因为气团不够高,无法越过冷凝层。因此,空气遵循山脉两侧的干绝热直减率,两侧的植被都很茂盛。然后落基山脉开始隆起,山脉越过凝结层,上风侧开始处于云层和降水状态。由于这种水分损失,在顺风侧更早地达到干绝热直减率。因此,在逆风侧的相同高度下,背风处的温度更高。
太行山东麓地区,即河北省石家庄市邢台市一带。太行山脉分隔出河北、山西省两省,也是黄土高原和华北平原的分界,海拔落差大。西侧的山西阳泉,平均海拔在1000米以上,而越过太行山,东麓石家庄平原地区的海拔仅有50米左右。当风自西向东吹过太行山时,在山的东侧沿着地形迅速下沉,温度也急速升高,常使得石家庄的气温在很短的时间内上升10℃左右,远远高过平原东部的沧州市衡水市,成为名副其实的“热点”。
在中国东北地区,大兴安岭东坡的焚风是中国冬季地形影响气候的三大主要现象之一,这种焚风作用直接影响着东北地区地面风场、温度场和湿度场的分布,使东北西部形成一温度暖舌和湿度干舌。齐瑛等人从仅考虑地形的动力强迫作用出发,利用二维大气中尺度数值模式,成功地模拟了冬季一月份中国大兴安岭东坡上的焚风现象,证实了大兴安岭焚风确属地形的动力强迫作用所致。
大兴安岭一东北平原是中国东部湿润季风气候向内陆干旱气候的过渡带,是生态系统从半湿润森林草原向干旱草原的过渡带,它独特的气候特点不仅是东北区域气候的表现,更是研究全球气候必不可少的一部分。大兴安岭东坡的焚风,及其产生的气候效应对该区的工、农、林业生产至关重要。
主要影响
积极影响
初春的焚风可使积雪融化,利于灌溉。北美的落基山脉,冬季积雪深厚,春季焚风使积雪融化,当地人把它称为“吃雪者”;焚风还可以带来丰富的热能资源,催熟庄稼和果树。瑞士罗纳河谷上游的玉米和葡萄,靠焚风的热量而成熟;高加索犬塔什干绿洲的居民将焚风称为“玉蜀黍风”,它使当地玉米和果树的成熟期提早。
消极影响
对自然环境的影响
焚风可能引起严重的自然灾害。焚风常造成农作物和林木干枯,也易引起森林火灾,于特定地形,还会引起局部地区火灾,造成人员伤亡和经济损失;焚风在高山地区还可大量融雪,造成上游河谷洪水泛滥,有时还能引起雪崩;如果地形适宜,强劲的焚风又可造成局部风灾,刮走山间农舍屋顶,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。
对人体的影响
焚风对人体健康有一定影响。人体对干热带电大气的刺激可产生明显的应激反应。当焚风侵袭时,空气中会产生大量的正电离子,正电离子会直接影响人体的细胞活动,干扰神经元之间的正常传递,从而影响人的情绪和行为。
因焚风出现时天气燥热,相当一部分人会出现不适的症状,如疲倦、抑郁、头痛、脾气暴躁、心悸和浮肿等。焚风天气时出现的一系列症状被称为“焚风病”或“焚风综合征”,老年心脏病患者容易发作。焚风天气还对某些疾病的发病或原有病患的加重有一定影响。如血栓、溃肠、胆石症心肌梗死等。
对大气质量的影响
一是气温增高加剧热岛效应,造成空气干燥,不利于城市大气污染物的扩散,反而导致郊外污染物的内移,进一步加剧了城市大气的污染程度。二是气候干燥造成湿度减小,降水减少,不利于污染物的冲刷净化。
利用与防治
利用
在山地迎风坡,湿气团随地形升高而降温冷却,形成降水。为此,在迎风坡植树种草可防止水土流失,而森林的存在因其增湿降温作用更能够增加降水机会;
在适当的位置修建水库和大坝,把储存的水通过输水管道送到需水地区,以调节降水的时空分布不均。
个人防治
建筑施工单位要注意作好防尘工作,居民应该多喝水、多吃蔬菜和水果,以免引起上呼吸道感染等疾病。
防止焚风病必须针对干热天气引起的各种生理反应机制采取有效措施。一是尽量减少在高温环境的逗留时间,并采取遮阳等对策。露天施工者及司机应及时调整工作时间,并保证足够的睡眠,以减少意外事故的发生。二是要足量饮水以防失水,缺钠则要及时补充盐分,适量补充糖分以减少高钾血症的发生。三是如出现焚风病症状应及时到医院诊治,注意休息。
相关研究
南极洲近年来观测到了罕见的高温现象,冰盖破化加速。2020年,世界气象组织的研究人员探索是否与焚风天气现象有关。焚风在南极半岛北部尤为明显,这一地区是地球上变暖最快的地区之一。由于气压差引起的强风气流沿斜坡迅速下降时的加热,导致了极端的气温记录。这种现象对于理解全球气候变化和南极冰盖融化有重要意义​。
温暖干燥的焚风会使南极半岛地表冰盖融化,从而破坏冰架的稳定性。2021年,马修·拉芬(Laffin,M.K.)等人研究1979-2018年南极半岛融化状况,研究显示,南极半岛的表面融化部分是由焚风引起的。通过结合区域气候模型和地面气象站数据,研究人员估计,焚风导致的融化量占南极半岛总融化量的3.1%,在靠近山区的地方高达18%。这些结果有助于评估气候模型在模拟南极半岛融化及其对周边海洋淡水输入的准确性。
焚风效应之一是焚风清除效应,其特征是万里无云的天空和强烈的太阳短波辐射。2024年,李子茹等研究人员发现,南海春季暖池的形成与焚风清除效应有着密切的关系。这种效应是由于吕宋岛山脉阻挡引起的尾流效应,导致地表潜热通量在吕宋岛以东海域明显减少,进而影响了南海春季暖池的形成。研究指出,如果没有这种风口清除效应,春季暖池将不会形成。这一发现对于理解南海气候变化及其对夏季风爆发的预测具有重要意义​。
重要事件
十九世纪,阿尔卑斯山脉北坡几场著名的火灾,发生在焚风盛行时期。
2002年11月14日夜间,时速高达每小时160公里的焚风风暴袭击奥地利西部和南部部分地区。数百栋民房屋顶被风刮跑或被刮倒的大树压垮,风暴把300公顷森林的大树连根拔起或折断。风暴还造成一些地区电力供应和电话通讯中断,公路铁路交通受阻。
2003年1月8日美国南加州一带肆虐的“圣安娜”焚风引发多处森林火灾,焚风进入南加州后,横扫森林和房屋,吹倒电线杆造成停电,并且直接导致两人死亡。
2004年5月11日,台湾的台东市又刮起焚风,40.2℃的高温创下了台东百年纪录。当日中午12时57分,台东县市区突然刮起强烈的焚风,室内外温度如烤箱般急速上升。至13时14分,气温飙升到40.2℃。
2011年8月17日,叙永县出现历史最高温度43.4℃。泸州市气象台于当日早上8点30分,再次发布高温红色预警信息,这也是泸州的第九次高温预警(4次橙色5次红色)。由于特殊的地理环境和高温持续,叙永、古蔺县昨日出现了大范围的焚风现象,给当地群众生产生活带来了较大影响。
2022年11月6日,台风“艾莎尼”通过台湾南侧海面,造成台湾南部、东半部出现暴雨,但北部却因台风带来气流沉降效应出现“焚风”,桃园、新竹市地区气温偏高。新竹气象站在12时36分测出34.3摄氏度,打破该站设立83年以来11月份的高温纪录。
参考资料
..2024-04-04
焚风.剑桥词典.2024-05-11
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..2024-04-03
台风带来高温?焚风效应是推手.福州新闻网.2024-04-04
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焚风.天气网.2024-04-04
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焚风——山脉背后的干热使者.中国气象局.2024-06-25
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logoNamePrev logoNameNext.Swiss federal authorities.2024-05-14
Foehn winds.World in Maps.2024-05-14
焚风——山脉背后的干热使者.中国气象局.2024-05-12
..2024-05-12
..2024-04-03
..2024-04-08
..2024-05-15
..2024-05-12
焚风效应.科普中国.2024-05-11
43.4℃! 泸州焚风吹焦菜叶.北纬网(雅安新闻网).2024-05-11
目录
概述
定义
命名
形成
形成原理
影响因素
主要特征
干热
带电性
主要分布
世界分布
中国分布
典型焚风区
主要影响
积极影响
消极影响
对自然环境的影响
对人体的影响
对大气质量的影响
利用与防治
利用
个人防治
相关研究
重要事件
参考资料