科氏力对出山口大风方向的影响

horizontal rule


张学文,2007-3-25, zhangxw@xj.cninfo.net 


2007.2.28日凌晨2时5分,从乌鲁木齐开往南疆阿克苏的5807次列车行至吐鲁番以西珍珠泉到红山渠间42公里+300米处(应当属于兰州新疆铁路的30里风区外的偏南位置),该列火车的最后9-19节竟然被大风吹翻,造成4人死亡33名旅客受伤,千人受害。这个事件发生后,再次使我考虑:出了山口的大风是否受着科氏力的摆布。

 新疆的大风多与山口有关。山口是连接两个盆地的空气通道。在天气形势配合下,如果两个盆地的大气压力明显不同(峡谷高程附近),在这个空气通道中和它的附近就有气压差形成的大风。阿拉山口大风、乌鲁木齐东南大风、西北方向的30里风区等都是其例。应当承认这里的风的大小决定于山口两侧的气压差(风穿过等压线的),而没有必要考虑科氏力问题。对此可以理解为山间峡谷的走向决定了风的方向,科氏力不是不存在,而是被山体对空气的反作用力抵消了(风不可能在科氏力作用下吹入山体内)。
 我们现在的问题是大风出山以后(山体就没有对空气的作用力了),它是否依然沿着峡谷的走向直行?不考虑科氏力自然认为它会沿着原方向继续往前吹,并且逐步减弱。但是在旋转的地球上,必然存在科氏力。我们应当考虑科氏力对大风的影响。
 我们知道科氏力与风速的大小成正比例,所以对于存在摩擦力的地面附近的比较小的风,我们可以忽略科氏力,但是对大风就不能忽略它。
 我们知道水平的科氏力总是垂直风的方向,它只能改变风的方向而不能改变风的速度。在北半球,这个力把运动着的物体拉向运动方向的右侧。铁轨或者河床的右侧磨损比左侧重就是因为它们抵抗科氏力的结果。
 结合上面的分析,容易得出这样的结论:出山口的大风,会在科氏力的作用下向右则偏转而不是沿着原方向前进。结合出山口的风应当在摩擦力作用下逐步减弱的一般特点,我们得到的结论是,出山口的大风的主轴因为科氏力使它向右偏转,然后风力在摩擦力作用下逐步减小。
 根据这个分析,兰新铁路的30风区的西北大风在出山以后,主力不是冲向吐鲁番方向而是转向其右侧的托克逊方向。这个结论与托克逊大风比吐鲁番多而且大的事实是一致的。
 大家知道乌鲁木齐并不在达板城峡谷的轴线方向上,可乌鲁木齐的东南大风显然是从达板城峡谷吹来的,这大风在出了达板城峡谷以后就向右侧偏。某些论著上的新疆大风分布图上把阿拉山口的西北大风在出山后也分析了一个向右偏的分量。

 
 应当承认我们过去对新疆大风做了很多分析,但是也都没有把科氏力对它的影响考虑进去。现在(2007)看应当补进去这方面的认识。
如果没有科氏力的作用,没有出山大风的转向,2007年2月28日没有行进在兰州新疆线上,并且不是在正对风口着的地方的火车就不大可能偏偏被吹翻(而不是更早、更西被吹翻)。
把科氏力引入新疆大风分析,看来是必需的、必要的。否则有些现象不好解释。