据英国《每日邮报》报道,冬季风暴“尤尼斯”(Eunice)于2月18日在康沃尔郡登陆,威尔士、英格兰东南部遭到重创。而根据英国气象局的数据监测结果,位于怀特岛的三针石(TheNeedles)的气象站还监测到了每小时km的风速,这是英格兰有监测数据以来的最强阵风。
这次英国遭遇的风暴“尤尼斯”到底有多恐怖呢?国内有“科普”人士称:甚至能把牛吹上天!不仅如此,文中给出了对应的图片,可以看到确实有一头牛被“吹”到了空中。
网友们对此议论纷纷,有人表示质疑,有人则认为文中的图片就是“铁证”。相信很多人都很好奇,这场风暴真的有那么大的威力吗?到底多大的风速才能把牛吹上天呢?
在回答这个问题之前,我们不妨先来认识一下地球上的风力等级。
地球上的风力等级
为了便于描述、评估风速的大小,科学家提出了不同的等级标准,比如蒲福风级、T等级、F等级、EF等级、S等级。其中,我国天气预报广泛采用的标准是蒲福风级。
年,英国人弗朗西斯·蒲福提出了蒲福风级,这也是世界上最早的风力等级评定标准。按照早期的蒲福风级,自然风力按照强弱共分为13个等级,也就是0~12级,其中12级大风的风速为32.7~36.9m/s。
随着测量技术的发展,人们发现自然界中出现的风速偶尔可以超出12级。于是在年,蒲福风级进一步扩展到18个等级,最大为17级,对应风速为56.1~61.2m/s。13~17级主要用于描述、评估热带气旋的风速,在我国表现为台风,在美国则为飓风。
根据蒲福风级表,各等级的风力所对应的风速如下:
英国这次遭遇的风暴“尤尼斯”最高风速为km/h,也就是54.4m/s,按照风级表应属于16级风,确实是一种相当恐怖的风暴。在海上,16级风可轻松掀起滔天巨浪;在陆地上,也必然会引发巨大的自然灾难,后果不堪设想。
这里要说明的是,蒲福风级基本可以涵盖陆地上出现的超强飓风或者台风,但仍有一些极端的超级风暴(比如龙卷风)仍能超过17级风速。为此,美国学者Fujita在上世纪70年代又提出了藤田等级,简称F等级(共分为0~12级),专门用来评估龙卷风、台风等致灾性风力的强度。
F等级跨度更大,F1就相当于蒲福风级12级。最高的风级F12,其起始风速高达m/s,相当于一个马赫。理论上,龙卷风的最大地面风速也只能达到F5等级,对应风速~m/s,F6及其以上的风力目前还未发现过。
最强的F12是什么概念呢?这一等级的龙卷风可以产生小汽车大小一般的飞射物,抛射距离m以上;可将树木的树叶剥光,并把树干剥皮;可把房屋框架从地基处直接吹起;专家还认为,这一风力可使沥青路面被剥掉,年时Doswell就曾报道过类似的自然灾害。
暴风“尤尼斯”能否把牛吹上天?
1,理论分析
从图片来看,这只被吹上天的牛很有可能是西门塔尔牛。西门塔尔牛原产于阿尔卑斯山区,在欧洲乃至全球都是一种很常见的乳肉兼用品种。这种牛身上的毛色呈黄白色,成年后身高约为公分,公牛体重~公斤,母牛则为~公斤,这里取0公斤来计算。
我们知道风速越大,对应的风压也就越大,两者可通过简化公式进行换算:wp=v/.
其中,wp表示风压(KN/m),v表示风速(m/s)。
风暴“尤尼斯”的最大风速值为54.4m/s,为方便计算,不妨取60m/s。代入通用公式,可得风压wp=2.25KN/m=N/m.
接下来的问题就是一头牛被风吹起时,受力面积到底有多大?西门塔尔牛成年后身高约1.4m,体长不超过2m,受力面同样按照最大的躯干部位(高度0.7米)来算,约为1.4m。
受到的风力F=wp·S=N.而牛的体重为0公斤,重力加速度g取9.8N/kg,受到的重力G=9N>N.
因此,暴风“尤尼斯”的最大风速是无法把一头牛吹上天的。更何况上述公式中的受力面积、风速值均比实际中偏大,因此上面的图片很有可能是伪造的。
我们也可以从其他角度来判断照片的真实性。假设牛被大风吹到了空中,那么路边的树木就显得十分违和了:树枝没有任何吹弯、吹断的迹象,空中也看不到木板、框架、塑料桶等杂物,这显然不合常理。
根据报道,“尤尼斯”产生的大风曾把行人横向吹倒在伦敦街头。但从视频中可以看到,行人趴在或坐在地上后就可以保持稳定不动,说明实际的风力小于人与地面的摩擦力,根本不至于把人吹到空中。再有,“尤尼斯”风暴不同于龙卷风,后者在内部形成了上升气旋,因此具有向上的风力,而前者主要是水平风向,不具有明显的“抬升力”。所以,“尤尼斯”很难把人向上“抬离地面”,就更不用说大型牲畜了。
2,实例对比
自然界的风速难以实时观测,但人造风却可以精准控制。在国内外有一种名为室内跳伞的训练项目,从风洞底部可以喷出强劲的垂直气流,常用于高空跳伞训练。风洞设备的主要结构由风机、风道、飞行舱、收缩段、控制室等构成,气流自下而上运动,训练者需配备护目镜、头盔。
风洞中的实时风速通过电脑精准控制,一般而言,当风速超过km/h时就勉强可以支撑住人体的重量,换算下来就是44.4m/s。
当然,体验者的体重不同,对应的风速也不一样,具体还是和体重、身体的受力面积等因素相关。根据经验,风速的范围一般在45~60m/s左右,女士一般为45~50m/s,男士一般为55~60m/s。在风洞中,参与者的身体和地面保持水平,从而保证受力面积最大,而且风向非常集中,这些条件在实际中都很难达到。
如果把训练员换成体重为0公斤的牛(成年人体重按公斤计算),受力面积(俯视图面积)按人体的2倍来估算,所需要风速至少为~m/s。很显然,这也是“尤尼斯”所无法达到的一个速度。
到底多大的风速才能把牛吹起来?
根据上述分析,要把一头体重0公斤的西门塔尔牛吹起来,风速范围至少在~m/s左右(若考虑风力在竖直方向上的分量,数值还要更大),这一风速也已经超出了蒲福风力等级表的最高级,是17级风力的4~6倍。
借助风压基本公式也可以反推得出,wp=7KN/m,对应风速约为.8m/s,同样达到了百米每秒的等级。这一数据和利用风洞类比推出的数据存在出入,原因之一就是受力面积在计算时所取的数值不同(注意,两种方法中的风向都按照了竖直方向设定)。
在风洞跳伞实例中,气流自下而上运动,对应的受力面为牛身体俯视图的面积(实际取值也同样偏大)。而在风压基本公式中,我们选用的则是最大受力面积,即体侧的面积(含头部和躯干)。
从生活的实际经验出发,牛身体一侧的面积要明显大于身体腹部的面积,两者相差2~3倍属于正常现象。
因此,m/s还是~m/s是基于不同的受力面积推算出来的,现实中的情况要复杂得多。比如,如果风从牛头吹向牛尾,那么受力面积将会很小,对应的风速将是一个难以想象的数值——按照国外一位作者的模拟推算,风速将达到恐怖的8马赫!
因此,即便地球上出现m/s的大风也不见得能把牛吹到空中,这主要取决于牛的具体站位和受力形势,需要具体情况具体分析。
地球上最大的自然风速是多少?
前文已经提到,用蒲福风力等级难以衡量地球上最大的风力,从风速范围上看,F等级范围更广,最高可达m/s,可以用来描述地球上已知的最大风速。
最大风速是一个气象学概念,是指在一段时间内10分钟平均风速的最大值。世界各地有监测数据以来的最大风速记录如下:
年4月12日,美国华盛顿天文台的工作人员测得了.2m/s的地表风速;
年4月10日,澳大利亚巴罗岛的一个自动气象监测站测得了.3m/s的风速;
年5月3日,俄克拉荷马遭遇了一场史无前例的强龙卷风,多普勒天气雷达观测到了超过了m/s的风速,最大风速为m/s(另有数据称是m/s)。这场龙卷风是风暴“尤尼斯”风速的两倍多,可归为F5等级(对应范围~m/s)。
而对地外行星而言,最大风速要远远高于上述数值,年华威大学的科学家在系外行星HDBb上观测到了m/s的风速,是地球最大风速的15~20倍。