風乍起吹皺壹池春水是啥意思
—漫話流體運動的不穩定性
王 振 東
風乍起,吹皺壹池春水.
閑引鴛鴦香徑裏,
手挼紅杏蕊.
鬥鴨欄桿獨倚,
碧玉搔頭斜墜.
終日望君君不至,
舉頭聞鵲喜.
這首受到人們普遍贊賞、傳誦而經久不衰的《謁金門》,被評價為歷代傳下描寫閨怨的少數優秀詞作之壹,作者馮延巳（903～960）,字正中,廣陵（今江蘇揚州）人,是南唐中主李璟的丞相,也是唐、五代存詞最多的作家.馬令《南唐書·黨與傳下》有壹段涉及此詞的記載：
延巳有“風乍起,吹皺壹池春水”之句,皆為警策.元宗嘗戲延巳曰：“吹皺壹池春水,幹卿何事?”延巳曰：“未如陛下‘小樓吹徹玉笙寒’.”元宗悅.
元宗即南唐中主李璟,他也是壹位才情橫溢的著名詞人.這段詼諧的對話,說明李璟對此詞贊嘆之情已溢於言表.
“風乍起,吹皺壹池春水”是這首詞的頭壹句,也是全詞最精彩的壹句.作者用壹個“皺”字,將春風吹拂而過,在水面上蕩漾起細微波紋,使靜景成為動景,把生活中常見的景色寫活了.當然馮延巳這裏是由景入情,以景寓情,以春水被吹皺,來形容少婦的思緒蕩漾.而“風乍起,吹皺壹池春水”,從力學的角度來看,是壹幅流動不穩定性的畫面.馮延巳正是用流動不穩定性的物理畫錄像,將女主人公不平靜的內心世界巧妙地揭示了出來.
美藉華裔流體力學家易家訓1980年在其《Stratified flows》（《分層流動》）壹書中,曾用這壹名句以及李璟與馮延巳那段精彩的對話,作為“流體動力學穩定性”壹章的開頭.他的好友、中國科學院外藉院士馮元楨將這句話用毛筆寫出,放在這本英文著作第四章的起始,讓人看了十分新鮮.
流體運動的不穩定性,是指某種形態的流體運動受到某壹擾動後,不能恢復到原來形態的運動情況.風吹過水面引起波浪的不穩定性問題,是流體力學中著名的“風生波”問題.實際上在古詩詞中,還有不少涉及風生波這壹流動不穩定性過程的詩詞.
有關“風生波”的古代詩詞
唐代詩人韋應物有好幾首詩均涉及了到他所觀察到的風生波的現象.如：
《野次聽元昌奏橫吹》
立馬蓮塘吹橫笛,微風動柳生水波.
北人聽罷淚將落,南朝曲中怨更多.
野次即郊外,橫吹是樂府橫吹曲辭,出自北方的軍中音樂,多在馬上演奏.詩首句寫奏樂者的姿態,接下來以景寫聲,描繪了眼前景色.樂聲如微風使柳枝搖曳,使池塘表面水波蕩漾,掀起了聽者情感的波瀾.哀怨的笛聲,使來自北方的詩人思鄉之情油然而生,不禁潸然淚下.
《送汾城王主薄》
少年初帶印,汾上又經過.芳草歸時遍,情人故郡多.
禁鐘春雨細,宮樹野煙和.相望東橋別,微風起夕波.
表達了詩人傍晚送客遠行、告別時對友朋依戀難舍的深情厚意.送到東橋這個地方,相互道別,望著客人遠去,這時詩人的心境,己如“微風起夕波”那樣不平靜了.
《夕次盱眙縣》
落帆逗淮鎮,停船臨孤驛.浩浩風起波,冥冥日沈夕.
人歸山郭暗,雁下蘆洲白.獨夜憶秦關,聽鐘未眠客.
敘說了詩人黃昏日暮在盱眙縣（唐代屬楚州,今屬江蘇省）泊舟孤驛時的見聞與感受,這時風也吹得河面上興起了波浪.
元結《石魚湖上醉歌》
長風連日作大浪,不能廢人運酒舫.
範成大《眼兒媚》
春慵恰似春塘水,壹片轂紋愁.
溶溶曳曳,東風無力,欲避還休.
春日的慵懶恰似池塘裏靜靜的春水,水面上壹片漣漪就像春愁泛起.碧碧緩緩波蕩（溶溶曳曳是指蕩漾的樣子）,東風柔軟無力,水面像要皺起波浪,又將微波抹去.
風生波是流動不穩定性的過程
當風突然吹向平靜的池面時,馬上就會引起細小的波浪.而風壹停止,波浪不久就會消失.但如果風持續地吹送（或足夠大）,則會產生波長較長的波浪,並向著風的下沿方向傳播開去,甚至在風下沿方向不太遠的對岸處,就可以看到波長超過20厘米的波浪.風越強,波浪的波長越長,波高也越大,波峰就接二連三地破碎,而變成所謂的白浪（white cap,亦譯為白冠浪）狀態.
“風乍起,吹皺壹池春水”實際上描述的是風突然吹向平靜的池面,引起細小波浪的過程,也就是近代流體力學研究的“風生波”這壹流體運動的不穩定性問題,其簡化的模型亦稱為Kelvin-Helmholtz界面不穩定性問題.這種界面不穩定性是討論兩層不同密度的流體作平行於其水平界面的相對運動時的不穩定性問題.海面（或水面）上由於風而引起波浪的問題,正是這種界面不穩定性問題.
實際上造成海浪增長的不只是相對速度,還有其他壹些原因,所以當風速遠小於此值時,波浪也可能開始增長.但觀察發現,當風速達到此值時,碎浪和蒸發率都突然增加；且當風速增大達到8.88米/秒時,波浪的臨界波長可增大到6厘米.
用線性穩定性理論來研究“風生波”問題,只是壹種初步的近似.實際問題由於因素很多（如幅射,湍流邊界層等）,還比較復雜.
所謂水波,系指我們附近的水窪、水池、河流中的水所產生的波浪,甚至在湖泊、海洋表面傳播的風浪,以及使湖泊和海灣內的整個水體產生顯著振蕩的靜振（seiche）、潮汐波等.由於海洋開發和利用的需要,風浪的發生機制問題至今仍是流體力學和海洋科學工作者關心和研究的對象.盡管如此,“風乍起,吹皺壹池春水”仍不失為定性描述“風生波”乃至整個流動不穩定性問題的千古絕句.
龍卷風是由氣流不穩定產生的
龍卷風是壹種風力極強而範圍不太大的渦旋,狀如漏鬥,風速極快,破壞力很大.其中心的氣壓可以比周圍氣壓低百分之十.龍卷風長期以來壹直是個謎,它的出現和消失都十分突然,很難進行有效的預報.
龍卷風是壹個猛烈旋轉著的圓形空氣柱,其上端與雷雨雲相接,下端有的懸在半空中,有的直接延伸到地面或水面,壹邊旋轉,壹邊向前移動.發生在海上,猶如“龍吸水”的現象,稱為“水龍卷”；出現在陸上,卷揚塵土,卷走房屋、樹木等的龍卷,稱為“陸龍卷”.遠遠看去,它不僅很像吊在空中晃晃悠悠的壹條巨蟒,而且很像壹個擺動不停的大象鼻子.
龍卷風的危害很大.在美國,龍卷風每年造成的死亡人數僅次於雷電.它對建築的破壞也相當嚴重,經常是毀滅性的.在強烈龍卷風的襲擊下,房子屋頂會像滑翔翼般飛起來.壹旦屋頂被卷走後,房子的其他部分也會跟著崩解.1995年在美國俄克拉何馬州阿得莫爾市發生的壹場陸龍卷,諸如屋頂之類的重物被吹出幾十英裏之遠.大多數碎片落在龍卷通道的左側,按重量不等常常有很明確的降落地帶.較輕的碎片卻飛到300多千米外才落地.
龍卷風究竟是怎樣形成的?可以從夏天在操場上常看到的壹種現象,得到啟示：壹陣風刮來,突然在操場中間出現了壹個氣流渦旋,它卷起了沙土和樹葉隨氣流旋轉,而且越轉越快地在移動著,過了壹會,又迅速慢了下來,突然消失了.這是很小尺度的氣流不穩定性造成的.而龍卷風則是中尺度的氣流不穩定性造成的,其平均直徑為200-300米,直徑最小的不過幾十米,只有極少數直徑大的才達到1000米以上.它的壽命也很短促,往往只有幾分鐘到幾十分鐘,最多不超過幾小時.其移動速度平均每秒15米,最快的可達70米；移動路徑的長度大多在10公裏左右,短的只有幾十米,長的可達幾百公裏以上.它造成破壞的地面寬度,壹般有l-2公裏.
有人認為,龍卷風是雲層中雷暴的產物,是雷暴巨大能量中的壹小部分在很小的區域內集中釋放的壹種形式.龍卷風的形成可以分為四個階段：
1,大氣的不穩定性產生強烈的上升氣流,由於急流中的最大過境氣流的影響,它被進壹步加強.
2,由於與在垂直方向上速度和方向均有切變的風相互作用,上升氣流在對流層的中部開始旋轉,形成中尺度氣旋.
3,隨著中尺度氣旋向地面發展和向上伸展,它本身變細並增強.同時,壹個小面積的增強輔合,即初生的龍卷在氣旋內部形成,產生氣旋的同樣過程,形成龍卷核心.
4,龍卷核心中的旋轉與氣旋中的不同,它的強度足以使龍卷壹直伸展到地面.當發展的渦旋到達地面高度時,地面氣壓急劇下降,地面風速急劇上升,形成龍卷.
從上可知,龍卷風的形成和消失,都是氣流運動不穩定的過程.
臺風和颶風是產生於熱帶洋面上風速達到33米/秒以上的壹種強烈的熱帶氣旋,只是發生地點不同,習慣的叫法不同,在北太平洋西部、國際日期變更線以西,包括南中國海範圍內發生的熱帶氣旋稱為臺風；而在大西洋或北太平洋東部的熱帶氣旋則稱颶風.臺風和颶風的形成、發展加強、移動、減弱和消失都是大尺度流體運動不穩定的過程.
由於國內用語的習慣,通常所說的“流動穩定性問題”,在國際上多稱作為“流動不穩定性問題”.只要翻開國際上著名的幾種流體力學雜誌,就不難看到,研究各種流動不穩定性問題的文章占有很大的比例.這是因為自然界以及人們生產活動中與許多流動不穩定性問題密切相關.