名称理论热力学理论.PDF

焚風 （Föhn wind ）是出現在山脈背面的乾熱風，焚風往往以陣風形勢出現，從山上沿山 坡向下吹。 世界各地幾乎所有的山脈都有類似的風，在各個地方它也有不同的名字。 名稱 焚風這個名稱來自拉丁語中的 favonius（溫暖的西風），德語中演變為 Föhn，主要用來 指阿爾卑斯山的焚風。此外在世界各地對類似的現象還有類似的地區性的稱呼，比如在 智利的安第斯山脈這樣的焚風被稱為帕爾希風 （Puelche），在阿根廷同樣的焚風被稱為 Zonda，美國洛磯山脈東側的焚風叫欽諾克風 （Chinook），在加利福尼亞州南部被稱為 聖安娜風 （Santa Ana），在墨西哥被稱為倉裘風 （Chanduy）。此外在其它許多地區還 有許多不同的稱呼，例如臺灣民間因其炎熱而稱之火燒風 。 布拉風是一種類似焚風的冷風，布拉風的名字來源於克羅埃西亞和蒙特內格羅的愛琴海 岸。 理論 熱力學理論 按照熱力學理論焚風與其它風一樣是由於氣壓不同而形成的，山背風面的氣壓低。在迎 風面空氣上升，溫度乾絕熱下降（隨氣壓的下降溫度下降，熱量不散發），這個下降速 度約為每上升 1000 米氣溫下降 6 攝氏度。當氣溫下降到露點時空氣的相對濕度達到 100%，在這種情況下空氣繼續上升就開始進入濕絕熱降溫的過程了。在這個過程中水不 斷凝結出來，而空氣的相對濕度保持在 100%。這個過程中氣溫下降的速度為略小於 0.6 度/100 米，接近 0.5 度/100 米，使得溫度相比沒有焚風的時候下降來得緩慢。以至於焚 風會使在足夠高的山頂上出現相對高溫的情況。凝結出來的水在山的迎風面形成雲 ，假 如空氣繼續不斷上升會產生雨和雪 。從山的背風面看上去可以看到山脊上形成一堵雲 牆，而它的後面則是藍天。假如焚風非常強的話，也有可能將降雨區帶到背風面。 在山脊背後空氣開始下降，按照這個理論空氣下降的原因是山兩邊的氣壓差。在下降過 程中空氣隔熱升溫（隨氣壓上升而溫度上升，不吸收熱），但由於空氣的相對濕度隨溫 度上升而下降，這個升溫過程完全是乾的，沒有水蒸發的過程，因此升溫的速度大約是 1 度/100 米，比空氣在迎風面上升時要高。同時空氣的相對濕度不斷降低，造成了乾燥 的熱風。 熱力學理論的缺陷 熱力學理論非常形象地解釋了焚風形成的原因，因此它也常常被列入教科書中。但是這 個理論有許多不足之處，比如： 1. 有時焚風在迎風面沒有形成雲或降水的情況下也會形成 2. 有時迎風面上升的空氣並不是在背風面下降的空氣，有時迎風面上升的空氣甚 至會流回。 此外熱空氣下降也是一個不容易理解的事。 動力學理論 雖然空氣是氣體 ，但是有時空氣也顯示出液體的特性。在許多情況下空氣中會形成大氣 波 。大氣波是許多不同的力，比如大氣壓力差、科里奧利力 、引力和阻力相互影響造成 的。在許多大氣不穩定狀態下會有大氣波產生。今天對焚風的解釋主要是一個流體力學 的動態學理論。 福祿數 最好的焚風的解釋是一個三維的流體力學模型，在這個模型里山谷起一個重要的作用。 山谷造成的橫向的壓縮對於焚風的形成是非常關鍵的。 在這個模型中福祿數 F 是一個關鍵的數據。這個數體現出一個流體系統中慣性力與重力 之間的關係。 • F=1 的流體稱為臨界流，在這種情況下產生地形波的可能性非常高 • F1 的流體稱為亞臨界流，氣流無法越過障礙物 • F1 的流體稱為超臨界流，氣流沒有大的震蕩就可以越過障礙物 1. 亞臨界流里的慣性力占支配地位，在障礙物前流體升高，流速降低，流體的動 力能轉化為勢能。流體越過障礙物後勢能又迴轉為動能，流體的流速沿障礙物 向下加快 2. 超臨界流里流體在障礙物上方被壓縮，流體的流速因此加快，它的勢能轉化為 動能，在越過障礙物後它的動能迴轉為勢能 假如氣流獲得足夠的加速度，以及阻擋氣流的障礙物足夠大，所以氣流被足夠強地壓縮 的話，那麼本來的亞臨界流可以變成超臨界流，在障礙物的背風面這個超臨界流就會以 極高的速度衝下山坡。衝下山坡後它會遇到山坡下本來處於亞臨界流的氣流，從而又轉 變為亞臨界流，這個轉變是一個斷續過程，在超臨界流和亞臨界流之間會造成激波 。這 個激波現象實際上每個人都觀察到過：水龍頭裡的水高速衝擊到面盆里後會以超臨界流 的方式向四方沖流，這個沖流是相當平的，其中幾乎沒有漩渦。但是衝到了一定的距離 後它會遇到周圍的亞臨界流流體，造成一個幾乎圓形的激波，這個激波里有非常激烈的 漩渦。大氣里的氣流也是這樣的。不同的是，水流在從超臨界流過渡到亞臨界流時