风的故事

风的善恶

  风在自然界里做了许多工作。风能使大范围的热量和水汽混合、均衡,调节空气的温度和湿度;能把云雨送到遥远的地方,使地球上的水分循环得以完成。

  东北信风在大西洋接近赤道一带,激起了强有力的海水流动,风把大量的海水驱向北美洲海岸,海水流到墨西哥湾以后,在这里开始弧形地沿着北美洲海岸的流动,而后穿过美国佛罗里达及古巴间的狭窄的海峡,再向广大的洋面流去。它与安的列斯岛的洋流会合以后,形成了世界上最强有力的海水流-“墨西哥湾暖流”。暖流将南方的温暖带到了欧洲西北部。与此纬度相同的加拿大东海岸,冬天冷到-20°C;但这里的温度却在0°C以上,沿岸的海水常年不冻。加拿大群岛上长的是耐寒的苔原,欧洲西北部则长有茂密的针叶林。有人估计,这股暖流每年给这里每一米长的海岸带来的热量,等于燃烧六万吨煤所产生的热量,这是多么巨大的天然的“暖气设备”啊!

  欧洲西北部温和的气候,主要由墨西哥湾暖流造成的。而西欧温暖的气候,也大大地依靠着不时地从海洋吹来的西南风,这种风带来了温暖和潮湿的空气。在北太平洋,东北信风吹刮海水向西流(北赤道海流),由于西岸陆地的阻挡,它转向南、北。向北的这支从我国台湾省东面进入东海,再向东北方向流去,然后从日本九州南面流出东海。这支海流比周围的海水温暖,颜色蓝黑,称为黑潮暖流。黑潮暖流有一个小小的分支沿黄海向西北方向流去,直指渤海海峡,我们叫它黄海暖流。它能穿过渤海海峡到达秦皇岛的沿岸一带,送去了大量的热量,这是这里冬季海水不结冰的一个重要原因。黑潮暖流的另一支直抵日本近海,足使那里的海水温暖起来,冬季的水温要比同纬度的太平洋东岸高出10°C左右。

  印度洋的季风支配着印度半岛的全部农业生产。在冬季 (12月中旬到5月底),这里吹干燥的东北风-冬季季风,造成了干燥、明朗的天气。从6月起,夏季风开始,风从海洋吹来,是潮湿的西南风。全印度都发生了大雨,全国的农业收成都是与这种雨相关联的。如果某年“季风雨”比常年开始得比较迟些或者结束得比较早些,则荒年和饥谨将不可避免。

  我国多数地方受季风影响。夏季从海洋上吹来的暖湿气流,带来了丰富的雨量,加上温度高、日照充足,使农作物和动植物都能良好地生长。夏季风还深入到大陆内部。使那里不致成为浩瀚的沙漠,大部地区仍然是农牧业生产的好地方。但是,由于每年夏季风强弱的不同,也总有一些地方发生水旱灾害。

  地方性的风对气候也有相当大的影响。因此,在许多国家的多山地区,常常遭遇到的“焚风”,会使空气的温度突然升高,在短时间内溶化掉大量的积雪。
风把水汽散布到地球的各个地方。强有力的气流把水汽带到干燥地区来。风在地面上输送水汽的巨大工作,可以由这种事实看出来:落在地面上的雨量,每一秒钟将不少于1500万吨!

  植物的一生都离不开风的帮助。

  软软的微风,帮助了植物散播花粉,让一些异花授粉的植物得到必要的花粉,使植物能“成家立业”,形成种子,结出果实,为植物留下了后一代。象青松、白杨和紫红的高粱,就都是由风当了“媒人”才产生后代的。

  风还能将有些植物的种子吹送到远方,让它们在新的环境里生长发育,继续繁荣自己的“新家庭”。风尽到了帮助植物繁育后代的责任,还要去改善植物的生长发育环境。它为、植物的生育创造舒适的条件,从密集的植物中赶走了集结在近地面层的冷空气,驱散掉湿热的暖空气,不让植物“着凉”受冻,也不叫植物闷热难受。

  随微风的吹拂,植物群体内部的空气不断地得到更新,以改善植株周围空气的二氧化碳浓度,使光合作用保持在较高的水平上。

  同时,风又频频地摇动枝叶,让每片枝叶都能有充分的机会享受阳光的照射,制造出更多的糖份来滋补身体,增强体质,使植物长得更其青翠可爱了。
微风还能帮助一些植物散发出诱人的香味,招引来了昆虫和动物替它们授粉和散布种子。

  风,又推动风车旋转,使帆船加速行驶……。

  人类不能没有风。如果没有风,靠风力传播花粉的植物就无法传播、繁殖;污染的大气得不到稀释;帆船将无法在水上航行;人类赖以生存的空气会如同“一潭死水”,污浊不堪;许多生物将难以生存。

  可是,风一旦发起脾气来,那也是有害无益的。

  当狂风怒吼的时候,已成熟的作物便会脱粒,落果,倒伏,根茎折断。狂风又能把肥沃的表土吹走,使作物根部裸露;也会把别处的沙土吹来,淹没良田。不仅如此,它还能把人吹倒,把房屋吹坍,把一切东西都卷走!这种大风的破坏力,我们在这里还可以随便举出许多的例子。 

  例如,在1860年,法国有一次暴风灾,风大得把两列火车也从轨道上翻下来。在1703年,飓风在英国和法国连根拔掉了大约25万棵树,还破坏了1000所房屋和教堂,把400只船撞在岸上,又伤害了好几千人。

  1969年1月,在苏联黑海东面的克拉斯诺达尔和罗斯托夫这两个地方,刮起了一场险恶的“黑风暴”。当它光临的时候,天昏地暗,飞沙走石。这种黑风暴,一连几天都不停。八十多万公顷的麦苗被吹得满天飞扬,棕黑色的土壤被狂风卷起,形成了长达数百公里的黑色雾浪。

  据日本有关方面估计,从1945-1965年的二十年间,因地震、大火、干旱、洪水、风等造成的重大灾害有48起,其中与风有关的就达二十多起。在美国,因风害每年平均有250人死亡,2500人受伤,财产损失的价值约为5亿美元。

  在有些高山和沙漠地带,当大风狠狠地吹击山里的岩层时,吹着吹着,即使是最坚硬的岩层,也会渐渐被吹酥而剥蚀下来了。

  大风中裹挟着沙石,因此,它的破坏力格外地凶。这些飞沙走石跟着风一起冲撞,一路上摩擦着并且破坏着岩石,它会把岩石打得光溜溜的,或者是打成像蜂窝似的一个一个的凹洞或深坑。在山岩上常常会造成对穿的穴道。在沙漠附近的山地,人们往往可以看到许多稀奇古怪的岩石:有的象巨人,有的象一株笋,有的象蘑菇,这些也是风对岩石玩的把戏。

  我国新疆克拉玛依东北的乌尔禾地区有一座方圆数十公里的奇特的“古城”。只见这里城楼耸立,街巷纵横,但是却渺无人烟。其实它不是古城堡的遗址,它是大自然塑造的风蚀地貌,是风的杰作。所以,人们称它为“风城”。大约距今一亿多年前的早白垩纪,这里是一个巨大的淡水湖。当时气候湿润,植物茂盛。蓝天中翱翔着翼龙,湖畔生活着克拉玛依龙和乌尔禾剑龙,一派生机勃勃的景象。随着地壳长期缓慢地下陷,在湖沼中沉积了一套颗粒大小和疏密不一的砂泥质地层,由沙岩、泥板岩和砂页岩组成。以后,地壳上升,湖水干涸,变成一望无际戈壁台地,这就是“风城”的前身。台地的位置,正对着进入准噶尔盆地的三大著名风口之一-老河口。在这里,经常会受到五、六级以上定向风的吹蚀,加之大陆性气候所特有的暴雨;形成了无数的冲沟,加速了台地的破坏过程。由于组成台地的岩石性质不同,抗风化和风蚀的能力也不同,造成了差别侵蚀,使台地变得支离破碎,高低不平,有呈针状、锥状、塔状、蘑菇状等,外貌奇特。

  在风的长期作用下,一切较小的整个山蜂或山脉,也都能被它销蚀掉。过去曾经有过高高的山岳的地方,如今只剩下光秃秃的山岗了;而且,这些光秃秃的山岗,它们以后又会一步一步地被销毁掉的。

  山岩在被风破坏的过程中产生了大量的沙粒和尘土。有的沙粒被水冲到河流中及海边,有的则沉积在沙漠上,成为浮动的、容易飞扬的沙层--沙丘。尘土由于风力会升腾到3000-5000米高空,而后被吹到数千公里以外。这样,尘土 成天地保持在空气中,造成了天空中的朦胧状态。荒漠中的沙层,常常形成为对文化和人类进步的威胁。历史上曾经记载了不少的先例,在风力作用下的流沙,掩埋了城镇,甚至于大片的肥沃土地。

诸葛亮借东风

  三国时代,有个诸葛亮借东风的故事,至今仍在我国民间流传。

    这故事发生在建安十三年(公元208年)ll月。当时,曹操率兵50万,号称80万,进攻孙权。孙权兵弱,他和曹操的敌人刘备联合,兵力也不过三、五万,只得凭借长江天险,拒守在大江南岸。 

  这年十月,孙权和刘备的联军,在赤壁(今湖北省蒲沂县)同曹操的先头部队遭遇。曹军多为北方兵士,不习水战,很多人得了疾病;土气很低。两军刚一接触,曹操方面就吃了一个小败仗。曹操被迫退回长江北岸,屯军乌林(今湖北洪湖县境),同联军隔江对峙。为了减轻船舰被风浪颠簸,曹操命令工匠把战船连接起来,在上面铺上木板。这样,船身稳定多了,人可以在上面往来行走,还可以在上面骑马哩。这就是所谓“连环战船”,曹操认为这是个渡江的好办法。

  但是,“连环战船”目标大,行动不便。所以,有人提醒曹操防备吴军乘机火攻。曹操却认为:“凡用火攻,必借东风,方令隆冬之际,但有西北风,安有东南风耶?吾居于西北之上,彼兵皆在南岸,彼若用火,是烧自己之兵也,吾何俱哉?若是十月阳春之时,吾早已提备矣。”周瑜也看到了这个问题,只是由于气候条件不利火攻,急得他“口吐鲜血,不省人事”。刘备军师诸葛亮用“天有不测风云”一语,点破了周瑜的病因,并密书十六字:“欲破曹公,宜用火攻;万事俱备,只欠东风。”可见,对于火攻的条件,曹、周、诸葛三人都有共同的认识。

  然而,诸葛亮由于家住赤壁不远的南阳(今湖北襄阳附近),对赤壁一带天气气候规律的认识,比曹、周两人更深刻、更具体。西北风只是气候现象,在气候背景下可以出现东风,这是天气现象。在军事气象上,除了必须考虑气候规律之外,还须考虑天气规律作为补充。当时,谙葛亮根据对天气气候变化的分析,凭着自己的经验,已准确地预报出出现偏东风的时间。但为唬弄周瑜,他却设坛祭神“借东风”。

  十一月的一个夜晚,果然刮起了东南风,而且风力很大 。周渝派出部将黄盖,带领一支火攻船队,直驶曹军水寨,假装去投降。船上装满了饱浸油类的芦苇和干柴,外边围着布幔加以伪装,船头上插着旗帜。驶在最前头的是十艘冲锋战船。这十艘船行至江心,黄盖命令各船张起帆来,船队前进得更快,逐渐看得见曹军水寨了。这时候,黄盖命令士兵齐声喊道:“黄盖来降!”曹营中的官兵,听说黄盖来降,都走出来伸着脖子观望。曹兵不辨真伪,毫无准备。黄盖的船队距离曹操水寨只有二里路了。这时黄盖命令“放火!”号令一下,所有的战船一齐放起火来,就象一条火龙,直向曹军水寨冲去。东南风愈刮愈猛,火借风力,风助火威,曹军水寨全部着火。“连环战船”一时又拆不开,火不但没法扑灭,而且越烧越盛,一直烧到江岸上。只见烈焰腾空,火光烛天,江面上和江岸上的曹军营寨,陷入一片火海之中。

  孙、刘联军把曹操的大队人马歼灭了,把曹军所有的战船都烧毁了。在那烟火弥漫之中,曹操率领着残兵败将,向华容 (今湖北省监利县西北)小道撤退。不料,途中又遇上狂风暴雨,道路泥泞难行。曹操只好命令所有老弱残兵,找来树枝杂草,铺在烂泥路上,让骑兵通过。可是那些老弱残兵,被人马挤倒,受到践踏,又死掉了不少。后来,他只得留下一部分军队防守江陵和襄阳,自己率领残部退回北方去了。

  赤壁之战,东风起了很大作用,唐朝诗人杜牧有两句名诗道:“东风不与周郎便,铜雀春深锁二乔。”意思是多亏老天爷把东风借给了周瑜,使他能方便行事,否则孙策的老婆大乔和周瑜的老婆小乔会被曹操掳到铜雀台去了。京剧《群英会》中,曹操有句唱词:“我只说十一月东风少见。”显然后悔自己对气象判断失误,吃了大亏。

  然而,诸葛亮借东风的传说,有人经过考证却认为是虚构的。不过从赤壁之战中,长江江面盛吹东南大风,到后来曹军败走华容道又遇上倾盆大雨,这在天气形势上看来,当时很象是一次锋面气旋天气。

  锋面气旋在我国,春季最多,秋季较少。它是一个发展深厚的低气压系统,其中心气压低,四周气压高。空气从外围向中心流动,呈反时针方向旋转。所以,处于气旋前部(即东部)的地方,吹东南风;气旋后部(西部),吹西北风(如左图)。气旋内部盛行辐合上升气流,能造成大片降雨区。因此,当连续吹东南风时,往往预示天气将要变坏。天气谚语说:“东南风雨祖宗,西北风一场空”和“东风雨,西风晴”是有一定实际意义的。

  另外,也有人这样去分析诸葛亮“借”来的东风:从现代天气图上,我们可以看到,当一个地方受到移动的闭合的高气压中心影响时,风向是顺时针转变的。就是说,当冷高压开始移到海上,高气压后部盛行的东南风就会暂时控制长江中下游地区。由于冬季冷高压南下过程中移动迅速,尾随南侵的后一股冷空气很快又到;所以,东南风持续的时间很短,人们往往忽略。而通晓天文地理的诸葛亮,他的家就住在离赤壁不远的南阳,是掌握这次东南风出现前的征兆的,所以他准确地作出了中期天气预报。

  这样看来,诸葛亮在冬初的十一月份,根据长江中下游地区当时的天气变化,预测将有东南大风出现,并进一步推断天气还要恶化,这是符合天气演变规律的。

风车之国及其他

  人们常把荷兰称为“风车之国”,荷兰是欧洲西部一个只有一千多万人口的国家。它的真正国名叫“尼德兰”。“尼德”是低的意思,“兰”是土地,合起来称为“低洼之国”。荷兰全国三分之一的面积只高出北海海面l米,近四分之一低于海平面,真是名符其实的“尼德兰”。

  荷兰座落在地球的盛行西风带,一年四季盛吹西风。同时它濒临大西洋,又是典型的海洋性气候国家,海陆风长年不息。这就给缺乏水力、动力资源的荷兰,提供了利用风力的优厚补偿。

  荷兰的风车,最早从德国引进。开始时,风车仅用于磨粉之类。到了十六、七世纪,风车对荷兰的经济有着特别重大的意义。当时,荷兰在世界的商业中,占首要地位的各种原料,从各路水道运往风车加工,其中包括:北欧各国和波罗的海沿岸各国的木材,德国的大麻子和亚麻子,印度和东南亚的肉桂和胡椒。在荷兰的大港--鹿特丹和阿姆斯特丹的近郊,有很多风车的磨坊、锯木厂和造纸厂。

  随着荷兰人民围海造陆工程的大规模开展,风车在这项艰巨的工程中发挥了巨大的作用。根据当地的湿润多雨、风向多变的气候特点,他们对风车进行了改革。首先是给风车配上活动的顶篷。此外,为了能四面迎风,他们又把风车的顶篷安装在滚轮上。这种风车,被称为荷兰式风车(如左图)。

  荷兰风车,最大的有好几层楼高,风翼长达20米。有的风车,由整块大柞木做成。十八世纪末,荷兰全国的风车约有一万二千架,每台拥有6000匹马力。这些风车用来碾谷物、粗盐、烟叶、榨油,压滚毛呢、毛毡、造纸,以及排除沼泽地的积水。正是这些风车不停地吸水、排水,保障了全国三分之二的土地免受沉沦和人为鱼鳖的威胁。

  二十世纪以来,由于蒸气机、内燃机、涡轮机的发展,依靠风力的古老风车曾一度变得暗淡无光,几乎被人遗忘了。但是,因为风车利用的是自然风力,没有污染、耗尽之虞,所以它不仅被荷兰人民一直沿用至今,而且也成为今日新能源的一种,深深地吸引着人们。

  目前,荷兰大约有两千多架各式各样的风车。荷兰人很喜爱他们的风车,在民歌和谚语中常常赞美风车。风车的建筑物,总是尽量打扮得漂漂亮亮的。每逢盛大节日,风车上围上花环,悬挂着国旗和硬纸板做的太阳和星星。

  在我国,使用风车的历史很早。在辽阳三道壕东汉晚期的汉墓壁画上,就画有风车的图样。这表明,风车在我国至少已有1700多年的历史。明代开始应用风力水车灌溉农田,并出现用于农副产品加工的风力机械了。

  在埃及,还可以看到古代风磨的遗留品。现今保存的一部份磨石,说明它大约还是两千年以前所造成的。这样说来,东方国家的人民在上古时代就已经在利用风力为他们工作了。

  在欧洲,第一架风车大约是出现在公元八世纪的时候。到十九世纪,风车的使用达到全盛时期。据记载,当时不仅荷兰有一万多架风车,美国农村更有100多万架风车。一直到本世纪初,多风的丹麦还保留有十多万架风车。在英国、希腊等岛屿国家的乡村中,都在广泛地使用着风车。在一些动力资源缺乏和交通不便的草原牧区、沿海岛屿,仍然用它来抽水灌溉、碾米磨面、粉碎饲料,或用它驱动小型发电机来照明等等。

风力发电

  风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面……。现在,人们感兴趣的,首先是如何利用风来发电。

  风是一种潜力很大的新能源,人们也许还记得,十八世纪初,横扫英法两国的一次狂暴大风,吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船,并有数千人受到伤害,二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论,风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦;一马力等于0.75千瓦)的功率!有人估计过,地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦,几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量,只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此,国内外都很重视利用风力来发电,开发新能源。

  利用风力发电的尝试,早在本世纪初就已经开始了。三十年代,丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术,成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机,广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用,它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过,当时的发电量较低,大都在5千瓦以下。

  目前,据了解,国外已生产出15,40,45,100,225千瓦的风力发电机了。1978年1月,美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机,其叶片直径为38米,发电量足够60户居民用电。而1978年初夏,在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置,其发电量则达2000千瓦,风车高57米,所发电量的75%送入电网,其余供给附近的一所学校用。

  1979年上半年,美国在北卡罗来纳州的蓝岭山,又建成了一座世界上最大的发电用的风车。这个风车有十层楼高,风车钢叶片的直径60米;叶片安装在一个塔型建筑物上,因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力;风力时速在38公里以上时,发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29公里,因此风车不能全部运动。据估计,即使全年只有一半时间运转,它就能够满足北卡罗来纳州七个县1%到2%的用电需要。

  怎样利用风力来发电呢?

  我们把风的动能转变成机械能,再把机械能转化为电能,这就是风力发电。风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。

  风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。

  由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。

  铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,以及风轮的直径大小而定,一般在6-20米范围内。

  发电机的作用,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,因而把机械能转变为电能。

  多大的风力才可以发电呢?

  一般说来,3级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发,风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定,一台55千瓦的风力发电机组,当风速每秒为9.5米时,机组的输出功率为55千瓦;当风速每秒8米时,功率为38千瓦;风速每秒为6米时,只有16千瓦;而风速为每秒5米时,仅为9.5千瓦。可见风力愈大,经济效益也愈大。
在我国,现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。

  我国的风力资源极为丰富,绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上,特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区,发展风力发电是很有前途的。

  风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽,用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带,因地制宜地利用风力发电,非常适合,大有可为。