风切变是什么？通俗解释定义与分类

金港资讯网 2026-08-14 152 文末可点击分享

首先，我们来认识一下风切变。

我们开始说起物理量的分类, 质量、温度这类仅用一个数值大小以及单位便可描述的, 是标量, 力、速度这类物理量, 不仅有大小, 而且还有方向, 这类乃属于矢量。

风究竟是什么? 风乃是空气进行运动时所呈现出的速度, 它不但存在着快慢之分（也就是风速）, 而且还包含着朝着哪个方向吹拂（即风向）的情况。所以, 风是属于矢量范畴的。

于大自然里头, 同一时刻处在不同位置的风, 一般而言是不一致的, 或者是风速发生了改变, 或者是风向产生了变化, 又或者是两者都出现了变化。这般情形下的风矢量在空间当中的差异变化, 就被称作风切变。举个例子来说, 正常状况下对一条河流进行观察, 则河流中央的水流速度较快, 而靠近岸边的水流速度较慢。这种同一截面上流速不相同的现象便是水流切变, 它与大气的风切变原理是相通的。

风切变一般被划分成两类, 一类是垂直风切变, 它指的是风速或者风向随着高度而出现的变化, 举例来说, 当处于地面的时候是轻柔的南风, 然而到了几千米的高空却转变为咆哮的西风；另一类是水平风切变, 其表示的是风速或者风向在水平方向上所产生的变化, 例如在同一高度的情况下, 距离50公里外刮的是北风, 而你所站立的位置刮的却是东风。

这种切变作用, 会在桥梁上施加旋转力, 也就是切应力, 还会在高层建筑以及飞机上施加旋转力, 也就是切应力。对于航空而言, 低空风切变是飞机起飞阶段的一个重要因素, 在飞机飞行高度低、速度慢的时候, 一旦突然遭遇风速风向的急剧变化过程, 留给飞行员的反应时间极其短暂。所以, 低空风切变被人们称作飞机的“无形杀手”。

风切变是什么？通俗解释定义与分类(图1)

历史当中是有着不少令人惨痛的事例的, 就如, 在1982年7月的时候, 在美国路易斯安那州的新奥尔良机场那儿, 期间一架民航客机在起飞之际突然遭遇到了强风切变, 进而致使升力在瞬间就丧失掉了, 最终造成了重大的空难事故。所以说, 低空风切变的监测以及预报这两项工作, 对于航空气象部门来讲有着至关重要的意义。

了解完风切变，我们再来认识大气中复杂的能量体系。

人们都清楚, 有个圆球于高处放置着, 存有势能, 待其滚落时, 势能转而变为动能。地球上的大气与此相仿——鉴于大气属于流体, 人们一般将势能称作重力位能（乃是因高度而具备的能量）, 把和风速相对应的运动能量叫做动能。

但大气的能量远远不止这两种, 还有内能, 它是空气分子热运动的能量, 通俗来讲就是“空气自身的冷热能量”, 还有潜热, 水汽凝结成水滴的时候会释放出其原本携带的潜热, 这部分“藏着”的能量便是潜热。能量转换要比一个圆球从高处滚落复杂得多。

在大气当中, 位能匿藏于空气分子的状态之内, 并非全部位能都能够释放出来用以做功, 需借助具体剖析, 界定究竟有多少位能能够释放, 这一部分就称作有效位能。尤其要指出的是, 大气里边那些能够促使空气向上运动、进而构成对流的潜在能量, 被叫做对流有效位能, 英文简称为CAPE（全称）。

更具体地来讲, 当有一团空气, 其相较于周围环境而言, 更暖和、更轻盈的时候, 浮力会将它朝着上方推去。而CAPE所衡量的便是, 这团空气从起始点开始一路向上攀升的过程中, 浮力总共能够为其做的“功”究竟是多少。CAPE的值越大, 一旦对流被激发, 那么风暴就有可能越发剧烈。

为什么有时候能量攒够了还不“爆发”？

为了看一个在生活当中能够见到的例子, 我们来看, 下图里有三个酒瓶, 其中一个是正立着的, 一个是平放着的, 还有一个是倒立着的, 它们分别代表着稳定平衡、中性平衡以及不稳定平衡这三种不同的状态。大气同样也存在类似的三种状态, 而倒立酒瓶所呈现的那种状态, 就对应着大气当中CAPE非常高、处于极度不稳定的那种情形。

风切变是什么？通俗解释定义与分类(图2)