科學(xué)認(rèn)知西風(fēng)帶

趙桂香

西風(fēng)帶，又稱暴風(fēng)圈、盛行西風(fēng)帶，位于南北半球的中緯度35°～65°，由于該區(qū)域空氣常年自西向東運(yùn)動(dòng)而得名。

西風(fēng)帶的形成與地球自轉(zhuǎn)密不可分，中緯度氣流向極地輸送，原本應(yīng)該是北半球?yàn)槟巷L(fēng)，南半球?yàn)楸憋L(fēng)，但由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏向力作用于其前進(jìn)方向的右側(cè)，使得南風(fēng)變成了西南風(fēng)，而北風(fēng)則變成了西北風(fēng)。西風(fēng)帶在對流層中上部和平流層下部最為明顯，而在地表附近，則是南半球更為明顯。另外，該區(qū)域還極易形成溫帶氣旋，常常是一個(gè)氣旋尚未“結(jié)束使命”，另一個(gè)氣旋已經(jīng)“登場”。

西風(fēng)是西風(fēng)帶的盛行風(fēng)，風(fēng)力強(qiáng)勁且持久，尤其在對流層高層300百帕以上，常常達(dá)到40～50米/秒，甚至60米/秒以上。海洋上風(fēng)浪更大，陸地迎風(fēng)坡地帶則溫和多雨。

西風(fēng)帶的環(huán)流特征對中、高緯度的天氣具有重要意義，一般分為兩大類：一是緯向環(huán)流型，其特點(diǎn)為中高緯度以平直西風(fēng)為主，多短波槽活動(dòng)，造成下游多陰雨天氣，但不易產(chǎn)生寒潮。二是經(jīng)向環(huán)流型，中高緯度常形成南北跨度較大的深厚高空槽，槽前后冷暖空氣交匯劇烈，極易產(chǎn)生大范圍雨雪、大風(fēng)、強(qiáng)降溫等惡劣天氣。

西風(fēng)帶可借極地冷空氣之手，促使中緯度短波槽形成發(fā)展。多數(shù)時(shí)候，影響我國的冷空氣來自高緯地區(qū)，常常先在貝加爾湖以西或西側(cè)堆積，在冷空氣逐步向南侵襲的過程中，使得中緯度西風(fēng)帶上的等壓面下降，形成階梯槽或一個(gè)又一個(gè)的短波槽，這些短波槽后的冷空氣與槽前的西南暖濕氣流不斷交匯，造成持續(xù)的陰雨天氣。

西風(fēng)帶可與中低緯度系統(tǒng)相互作用，帶來大范圍降水、降溫。西風(fēng)帶中的短波槽，在東移過程中，由于極地冷空氣的不斷補(bǔ)充、西南暖濕氣流的不斷輸送，常常與高原槽或南支槽合并加深為西風(fēng)槽，環(huán)流經(jīng)向度加大，冷暖空氣在河套地區(qū)到華北地區(qū)強(qiáng)烈交匯，造成大范圍降水。由于環(huán)流經(jīng)向度大、槽后冷空氣勢力強(qiáng)且地面往往有鋒面形成，因此，降水過后，還會(huì)有大風(fēng)、劇烈降溫等天氣。

西風(fēng)帶可與海上系統(tǒng)相互作用，帶來狂風(fēng)暴雨。西風(fēng)帶中的短波槽總是自西向東移動(dòng)，在其東移過程中，不同季節(jié)會(huì)“遭遇不同對手”。夏季尤其是七八月，當(dāng)短波槽遇上副熱帶高壓，它們往往“密切合作”，攜手給北方地區(qū)帶來狂風(fēng)暴雨；當(dāng)臺(tái)風(fēng)在副熱帶高壓“庇護(hù)”下，其殘余會(huì)一路向北，而當(dāng)其并入短波槽中時(shí)，它們會(huì)聯(lián)合起來，造成我國東北地區(qū)大范圍降水，常會(huì)引發(fā)洪澇等災(zāi)害。

西風(fēng)帶常年吹偏西風(fēng)，風(fēng)速很大，被稱為“魔鬼地帶”。北緯40°～60°區(qū)域，多陸地分布，受陸地阻擋，海上風(fēng)速降低很多；而南緯40°～60°為遼闊海洋所環(huán)繞，由于沒有陸地的阻擋，海面上常形成一個(gè)自西向東的環(huán)流，使得這個(gè)海區(qū)的風(fēng)速不斷加大，形成巨浪。航船經(jīng)過這里猶如開水鍋中的小米粒，不停地上下顛簸，有被瞬間吞噬的危險(xiǎn)。1991年3月6日，我國“極地”號南極考察船航行到南緯55°處，遇到35米/秒的強(qiáng)風(fēng)，浪高達(dá)20米，山一樣的巨浪呼嘯而至，將船尾盤結(jié)的粗纜繩全部打散，沖入海里。可見，西風(fēng)帶給船只的航行帶來了巨大威脅。

火箭發(fā)射是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)工程，極易受到外界因素影響，如雷電、降雨、溫度、風(fēng)等氣象條件，而其中高空風(fēng)對發(fā)射的影響最為顯著。影響火箭發(fā)射的高空風(fēng)一般指距離地面5～20千米的風(fēng)?；鸺陲w行過程中會(huì)穿越大風(fēng)區(qū)，遭受強(qiáng)烈的氣流沖擊，從而影響火箭的飛行姿態(tài)。如果風(fēng)速過大，還可能導(dǎo)致箭體彎曲變形，損壞火箭結(jié)構(gòu)甚至導(dǎo)致解體。

對于火箭來說，高空風(fēng)就像設(shè)在空中的一道“生死通行卡”，必須闖過這道關(guān)卡，才能使火箭順利入軌。多年來，研究人員試圖在火箭設(shè)計(jì)時(shí)就考慮這一因素，但發(fā)現(xiàn)這樣可能會(huì)增加箭體重量等，從而影響火箭正常發(fā)射。因此，火箭發(fā)射時(shí)就需要天氣預(yù)報(bào)的保障，以避開高空風(fēng)過大的時(shí)刻，保證火箭順利發(fā)射。

西風(fēng)帶改變了歐美農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)。阿爾卑斯山脈是中歐溫帶大陸性濕潤氣候和南歐亞熱帶夏干氣候的分界線，西起法國東南部的尼斯附近地中海海岸，呈弧形向北向東延伸，對西風(fēng)幾乎沒有阻擋，西風(fēng)得以順利地深入地勢較平的西歐，使得西歐成為受西風(fēng)影響最大的地區(qū)。而同緯度的美洲大陸西岸多為南北走向的山脈，西風(fēng)經(jīng)過這里會(huì)“繞道而行”，使得同緯度的美洲大陸與西歐形成了不同的氣候，也就造就了不同的農(nóng)牧業(yè)種植結(jié)構(gòu)。

阿爾卑斯山南麓的希臘、意大利和西班牙，受西風(fēng)和地中海氣候共同影響。夏季，西風(fēng)受地中海副熱帶高氣壓帶阻擋，使得這里干旱少雨；冬季，西風(fēng)則為地中海沿岸帶來大西洋的水汽，降水充沛。因而在夏季，希臘人種植耐旱的橄欖樹和無花果樹；羅馬人建造引水渠，以便灌溉。這種氣候也造就了地中海地區(qū)的優(yōu)質(zhì)葡萄酒。充足的日照、充分的熱量、適中且集中的降水量，是葡萄順利生長成熟、形成高品質(zhì)漿果的必要條件，用這些葡萄釀造出的葡萄酒格外甜美。

西風(fēng)帶形成了西北歐獨(dú)特的飲食文化。在不列顛群島，全年的氣壓形勢大多為南高北低，盛行偏西風(fēng)，受大西洋氣團(tuán)影響很深，雨天多，光照少。由于光照稀少，英國和法國北部產(chǎn)出的小麥質(zhì)量和產(chǎn)量都遠(yuǎn)低于東歐，但英國東南部的小麥卻非常適合制作餅干和面包；而陰冷潮濕的天氣，使得西北歐的牧草茂盛，畜牧業(yè)非常發(fā)達(dá)。因此，盛產(chǎn)肉類、羊毛和奶制品的農(nóng)場在西北歐非常多見，西北歐人也格外鐘愛品種豐富、醇厚濃香的奶酪。

西風(fēng)帶影響了人類歷史。諸葛亮靠東風(fēng)草船借箭，歐洲人則借西風(fēng)實(shí)現(xiàn)許多夢想。哥倫布是15世紀(jì)意大利著名的航海家，鮮為人知的是，哥倫布在航海時(shí)借助西風(fēng)帶減少了36天的航行。他先把船開往非洲，借著哈德萊環(huán)流提供的信風(fēng)，暢通無阻地到達(dá)加勒比海；當(dāng)返回歐洲時(shí)，再把船駛回西風(fēng)帶，借助西風(fēng)強(qiáng)勁的動(dòng)力順利返航。西班牙人借助西風(fēng)從美洲運(yùn)來金銀購買東方貨物，但泛濫的金銀卻讓歐洲出現(xiàn)了通貨膨脹。同樣借助西風(fēng)，法國把加勒比海的蔗糖運(yùn)回歐洲，大大降低了糖的價(jià)格，讓宮廷甜點(diǎn)得以走入千家萬戶。然而，“脾氣暴躁”的西風(fēng)也帶來了變幻莫測的天氣，使得船難時(shí)有發(fā)生。為了風(fēng)險(xiǎn)對沖，歐洲的保險(xiǎn)業(yè)隨著航海業(yè)的發(fā)展而得到蓬勃發(fā)展。與此同時(shí)，南半球的西風(fēng)漂流帶，也被開辟成快船航路，通過這條航線，澳洲的羊毛和黃金被運(yùn)回英國倫敦，但也有無數(shù)的航船殘骸被留在了澳大利亞墨爾本的海灘。

西風(fēng)把大西洋上的冷氣團(tuán)和暖氣團(tuán)送到歐洲，冷暖氣團(tuán)分別帶來晴雨天氣。氣象學(xué)家根據(jù)對西風(fēng)帶的預(yù)報(bào)來了解歐洲的天氣，從而為戰(zhàn)爭所用，如中世紀(jì)晚期英法大戰(zhàn)、第二次世界大戰(zhàn)中的盟軍登陸等，無一不滲透著對西風(fēng)的利用，這些戰(zhàn)爭不僅改變了歐洲歷史，也影響了整個(gè)人類歷史。

如今，這一切都被新的航運(yùn)所取代。有了高科技保障，人類便有了更多選擇和自信。我國的南極科考就曾多次穿越魔鬼西風(fēng)帶而順利進(jìn)入冰區(qū)、到達(dá)南極，圓滿完成科考任務(wù)。

乘飛機(jī)去美國，飛機(jī)不直接穿越海峽而是常常繞道北極，這是為何？原來，飛機(jī)航線的設(shè)計(jì)一般考慮以下因素：一是航線必須符合國際航空的空間管制，二是選擇從出發(fā)地到目的地的最短距離，以減少飛行時(shí)間，降低飛行成本；三是飛行安全。

從地圖上看，橫跨太平洋是最為便捷的路線。但地球是一個(gè)球體，并不像二維平面那么簡單。地球上任意兩點(diǎn)間的距離，是通過這兩點(diǎn)和地心的平面與地球表面相交之后形成的一段劣弧，被稱為“大圓航線”。飛機(jī)繞道北極實(shí)際上走了球面幾何的最短距離。以上海飛往洛杉磯為例，去程的航線要比大圓航線偏南一點(diǎn)，飛過日本之后直接從北太平洋上方穿過，雖然繞了遠(yuǎn)路，但總的飛行時(shí)間卻會(huì)縮短，這是由于借助了北半球中緯度地區(qū)對流層頂部和平流層底部間一股強(qiáng)勁的西風(fēng)，而從洛杉磯返回上海由于受西風(fēng)帶逆風(fēng)的影響，要比去程長2個(gè)小時(shí)。另外，太平洋是世界上最大的海洋，可供備降的機(jī)場很少，飛機(jī)一旦發(fā)生故障，后果不堪設(shè)想。因此，為了安全起見，國際航行一般不采用直接飛越太平洋的做法。

我們不禁感嘆，幸而有西風(fēng)帶，才借助了極地冷空氣之手，讓南來的水汽在我們這里停留，產(chǎn)生降水，滋養(yǎng)生命；也正是西風(fēng)帶，才讓我們的國際飛行變得省時(shí)省力；還是西風(fēng)帶，讓我們享受到了陽光明媚，也有了豐富多樣的世界飲食文化，貿(mào)易繁榮甚至改變?nèi)祟悮v史，但它也暗藏著“殺機(jī)”。因此，如何科學(xué)認(rèn)知西風(fēng)帶，減少其帶來的不利影響，還需要我們不斷求索！