每當颱風接近,氣象預報常會出現「最大陣風達到10級」、「沿海可能出現12級強風」,甚至「最大陣風達到17級以上」等說法。這些數字究竟代表什麼?風速是怎麼計算的?17級風是不是代表自然界最大的風?其實,「風速」與「風級」是兩種不同的概念,一個表示空氣移動的速度,另一個則是為了方便理解,把不同範圍的風速分成不同等級。
簡單來說,風就是正在移動的空氣,而風速就是空氣移動的速度。氣象上常使用「公尺/秒」來表示風速,例如風速10公尺/秒,意思就是空氣每秒大約移動10公尺。如果要換算成大家比較熟悉的「公里/小時」,只要把數字乘以3.6即可,因此10公尺/秒相當於時速36公里,而50公尺/秒則相當於時速180公里。
氣象人員並不是站在戶外憑感覺猜測風速,而是利用風速計進行測量。傳統氣象站常見一種裝有幾個杯狀小碗的風速計,風吹過時會帶動杯子旋轉,風越強,轉動速度越快,儀器便能依照轉速計算風速。現在也有超音波風速計,利用聲波在不同方向傳播速度的差異,同時測量風速和風向。
不過,氣象報告中的「平均風速」與「陣風」並不相同。平均風速是計算一段時間內的平均情況,陣風則是短時間突然出現的強風。例如某地平均風速可能只有每秒12公尺,但最大陣風卻突然衝到每秒25公尺。這也解釋了為什麼颱風天有時看起來風勢稍微減弱,幾秒鐘後卻突然出現一陣猛烈強風,把樹枝、招牌和路邊物品吹得東倒西歪。
人們常說的「幾級風」,通常是依照蒲福風級(Beaufort scale)來描述。這套制度以英國海軍軍官法蘭西斯·蒲福(Francis Beaufort)的名字命名,早期主要供航海人員使用。當時船員還沒有現代化的精密儀器,因此會觀察船帆和海面的變化,判斷風力大小。後來,科學家逐漸把不同風級和實際測量的風速範圍連結起來,成為今天常見的風力分級方式。
在傳統的蒲福風級中,風力從0級到12級。0級代表幾乎沒有風,煙霧甚至可能筆直向上升;1級到3級屬於較弱的風,可能讓樹葉和細小樹枝輕輕搖動;到了4級和5級,人們可以明顯感受到風吹,較大的樹枝也會開始晃動。當風力達到6級或7級時,撐傘和迎風走路都會變得困難。
如果風力繼續增強,破壞的可能性也會快速增加。8級和9級風可能吹斷樹枝,也可能讓部分招牌或較不牢固的設施受損;10級風的時速大約可達89至102公里,可能造成樹木倒伏和建築物受損;11級風可能帶來更廣泛的破壞。到了12級,風速已達每小時118公里以上,屬於具有嚴重破壞力的強風。
那麼,新聞中為什麼還會出現13級、15級甚至17級風?這是因為傳統蒲福風級最高只有12級,但為了描述熱帶氣旋等更猛烈的極端強風,部分地區使用延伸到17級的分級方式。在這套延伸制度中,17級風的風速已超過每小時200公里。不過,17級並不表示自然界的風速只能到這裡,如果測得更高的速度,風仍然可以比17級的最低標準更強,只是分級制度不一定繼續使用18級、19級的名稱。
強風真正危險的地方,在於它的破壞力並不會隨著風速簡單地一倍一倍增加。從物理學來看,風對物體造成的壓力大致與風速的平方有關。簡單來說,如果其他條件相同,風速增加到原來的2倍,風壓可能接近原來的4倍;如果風速增加到3倍,風壓尺度可能接近原來的9倍。因此,時速150公里的強風不能只理解成比時速50公里的風「快3倍」,它對建築物造成的壓力可能大得多。
強風造成的災害還可能像骨牌一樣接連發生。例如屋頂的一小部分先被掀開,風可能進一步灌入房屋,使更多屋頂結構受損;招牌或鐵皮被吹落後,又可能成為高速飛行的危險物體;大樹倒下後,則可能壓斷電線,造成停電甚至阻斷道路。因此,強風災害往往不是單一物體被吹倒,而是一連串互相影響的事件。
即使是相同風級,在不同地方造成的結果也可能不一樣。建築物是否堅固、強風持續多久、陣風有多猛烈,以及當地的地形,都會影響實際災情。例如空曠海岸缺少遮蔽物,可能直接承受強風;高樓之間的狹窄街道有時會讓風加速;山區複雜的地形,也可能產生亂流和局部強風。因此,不能簡單認為某一級風一定會吹倒某種東西,風級主要是幫助人們了解風速的強弱範圍與可能出現的影響。
下一次看到氣象預報說「最大陣風可能達到17級以上」,就可以知道,這不只是「今天風很大」而已。這代表短時間內可能出現時速超過200公里的極端強風,足以對樹木、招牌、電線和建築物造成嚴重威脅。了解風速與風級,不只是學習一組氣象數字,更重要的是知道大自然的力量有多強,以及為什麼颱風來臨時,待在安全的室內、遠離窗戶與容易掉落的物品,是保護自己的重要方法。
看更多:台灣的颱風分級根據是什麼?有定義嗎?跟其他國家的是否不同?
(完)
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範例問題:
- 文章提到,風速增加到原來的2倍時,風造成的壓力可能接近原來的4倍。你認為這個現象告訴我們,為什麼颱風天不能只用「感覺風好像沒有很大」來判斷是否安全?請說說你的想法。
- 同樣是10級強風,在海邊、都市高樓區和山區可能造成不同的影響。如果要請你選擇其中一個地方進行防風準備,你會特別注意哪些事情?為什麼?
- 天氣預報中的「平均風速」和「最大陣風」代表不同的情況。你認為氣象報告為什麼需要同時告訴大家這兩項資料?如果只公布其中一項,可能會讓人產生什麼誤解?
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