風速每秒40公尺的風，
到底有多強？
颱風新聞裡常聽到「最大瞬間風速每秒50公尺」。感覺很強，但光看數字很難有實感。其實這個數字裡藏著一個違反直覺的特性：風的力量並不是和風速成正比，而是隨風速的平方增加。風速變成2倍，力量就變成4倍。正是這個「平方」，讓颱風的風絕對不能小看。
颱風逼近的夜晚。電視說「明天早上之前，預估最大瞬間風速將達每秒50公尺」。窗外偶爾吹來強風，但還不算太誇張。
陽台上放著曬衣桿、花盆，還有一直沒收的拖鞋。心想「這樣應該還好吧」的同時，忽然浮現一個疑問：風速50公尺，到底比今天中午的風強幾倍？
如果中午的風速大約是每秒10公尺，答案並不是「5倍」。用風推物體的力量來比較，其實是25倍。
重要的只有兩件事
風速變成2倍，力量就是2×2，也就是4倍。3倍是9倍，5倍是25倍。增強的速度遠比數字表面看起來更劇烈。風速每秒40公尺的風，會以接近成人體重的力道推動整個人。
曬衣桿、花盆、屋瓦，在強風中都會變成飛行物。飛來物的衝擊力同樣隨速度的平方增加，時速超過100公里飛來的物體，能輕易打穿玻璃窗。
接下來就一項一項，結合生活中的感覺來說明。
「平方增加」是什麼意思
騎腳踏車時，速度提高到2倍，迎面而來的風阻是不是一下子變得很沉重？那就是「平方」的感覺。
原因可以這樣理解：移動得越快，每秒鐘迎面而來的空氣量就越多（這是一個2倍），而且每一粒撞上來的空氣本身的力道也更強（這又是一個2倍）。兩者相乘就是4倍。從風的角度來看也一樣：風速變成2倍的風，是2倍量的空氣以2倍的力道撞上來，所以力量會變成4倍。
正因為這個特性，風力的感受會大大背離數字的成長幅度。風速每秒10公尺，大概是「傘撐不住」的程度；到20公尺就變成「不扶著東西就站不穩」；30公尺是「戶外活動極度危險」；40公尺則是「站都站不住，屋頂可能被掀飛」——每增加10公尺，世界就完全變了個樣。
「最大瞬間風速」約是平均值的1.5倍
天氣預報說的「風速」，是10分鐘內的平均速度。但實際的風並不是穩定不變的，會有短短幾秒遠比平均值強上許多的瞬間。這就是瞬間風速，一般認為約為平均風速的1.5倍，依地形不同甚至可能超過2倍。
也就是說，「平均風速30公尺」的預報，其實隱含著「瞬間可能吹出45公尺以上的風」的意思。換算成力量，光是平均與瞬間之間就可能有2倍以上的差距。在戶外覺得「現在還能走，應該沒問題」，下一陣風就可能把整個人連身體帶走，原因就在於這股瞬間風速。
強風造成的災害，大多不是來自風直接的推力，而是被吹飛的物體撞上來所導致。物體撞擊時的衝擊力（動能）同樣隨速度的平方增加。乘著風速每秒40公尺的風飛來的物體，換算時速約為144公里，其撞擊力道相當於從高速公路行駛中的車輛被拋出的物體，直直朝窗戶或人撞去。颱風前收拾陽台或庭院，與其說是「保護自家的東西」，不如說是避免自家物品變成凶器。
那該怎麼辦才好？
- 颱風來襲「前一天之前」，把戶外的東西收進屋內曬衣桿、花盆、拖鞋、腳踏車罩等，能搬動的都要收好；不能搬的則要固定。風勢增強後才在陽台作業，是最危險的行為。
- 風勢增強後，不要外出，也要遠離窗戶瞬間風速是平均值的1.5倍以上，「現在應該還好」不能作準。關上雨窗或鐵捲門，若沒有就拉上窗簾，待在遠離窗戶的房間裡。
- 絕對不要「去看看情況」每次颱風都會重複發生因為去查看田地、河川、海邊、屋頂狀況而受害的事故。狀況請透過電視或手機確認，是否需要避難則要依循地方政府發布的避難資訊。
總結
風速每秒40公尺的風，其真面目是「平方」雙重發威的世界。①力量隨風速的平方增加，遠比數字給人的印象強大（是風速10公尺時的16倍）。②就連飛來的物體，也會因速度平方增加的衝擊力變成凶器。而且預報上的風速是平均值。正確的防範方式，是設想瞬間會吹出1.5倍風速來做準備。
風的強度不是用加法在增加。
風速數字變成2倍，危險就變成4倍。
同樣是「平方發威」的風的物理，在龍捲風中發揮到極致。廣闊的渦旋被壓縮成細窄猛烈的風的原理，請見這篇文章。至於颱風中心的「眼」為什麼會放晴，請見這篇文章。
- 手拿墊板或團扇，正對電風扇的「弱風」，記住被推動的感覺
- 切換到「強風」，在相同距離、相同角度下比較被推動的感覺
假設風速變成2倍，推力理應是4倍。請試著確認「力量的差距」是否比「風速的差距」感覺起來大得多。走路、跑步、騎腳踏車迎風時改變速度來比較，也能體會到同樣的平方效應。
想知道更多 ― 用語、公式與教科書的關聯從國中理化到大學專業科目，明確標示各段落的程度
- 國中國中理化課程範圍
- 高中高中「物理基礎」「物理」課程範圍
- 高中＋高中「物理」的延伸內容，或教科書專欄程度的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（流體力學、氣象學）的內容
- 研究連大學都還不會當作「定論」教授、研究人員正在調查中的內容
國中用語：準確理解新聞用詞
- 風速：日本氣象預報中，指10分鐘內的平均風速［m/s］。
- 最大瞬間風速：以3秒平均測得的風速最大值。一般認為約為平均風速的1.5倍，依地形不同甚至可能超過2倍。
- 風壓（動壓）：風推動物體表面、每單位面積的力量。是本文所說「風的力量」的來源。
- 飛來物：被風吹飛而來的物體。被認為是強風災害的主要原因之一。
國中高中用公式驗證：風速每秒40公尺的風推人的力量
風推動表面的壓力，可以用 壓力［N/m²］ ≒ 0.6 × 風速的平方 來估算（這是把空氣密度與形狀係數整合起來的概算式，來源將於下方說明）。
| 用符號表示 | F ＝ ½ × ρ × v² × C × A |
| 用文字表示 | 風推動的力量 ＝ ½ × 空氣密度 × 風速的平方 × 由形狀決定的係數 × 受風面積 |
| 公式的來源 | 流動中的空氣，每立方公尺具有「½ × 密度 × 速度的平方」的動能。這股能量在物體前方被擋住，轉化為壓力（動壓）推向物體。這是流體力學中「阻力」的公式。以下計算中，係數C取約為1，並將½ × 1.2 ＝ 0.6合併使用。 |
| 風速的平方 | 40 × 40 ＝ 1600 |
| 壓力估算值（每平方公尺） | 0.6 × 1600 ＝ 960（N/m²） |
| 人體正面受風面積（估算） | 約0.5 m² |
| 全身受到的力量 | 960 × 0.5 ＝ 480（N） |
| 換算成重量的感覺 | 480 ÷ 9.8 ≒ 49（kgf） |
相當於被接近成人體重的力量從側面持續推動的計算結果。站都站不穩，甚至發生人被吹飛的事故，看了數字就能理解並不奇怪。
| 風速比 | 50 ÷ 25 ＝ 2（倍） |
| 力量比（平方） | 2 × 2 ＝ 4（倍） |
| 風速50公尺換算成時速 | 50 × 3.6 ＝ 180（km/h） |
風速每秒50公尺相當於時速180公里，接近新幹線行駛中把頭伸出窗外所感受到的風速。從「25與50」這樣的數字差距，很難想像其中隱藏著如此巨大的差異，而這正是平方帶來的結果。
高中概算式「0.6 × 風速²」的由來
物理課學到的動壓公式是 動壓 ＝ ½ × 空氣密度 × 風速的平方。空氣密度約為1.2 kg/m³，所以½ × 1.2 ＝ 0.6，這就是概算式的由來。物體實際受到的力量，是把這個動壓乘上受風面積與由形狀決定的係數（平板大約為1〜1.3，流線型則較小）。本文的計算，係數取約為1並予以省略，屬於概算。
高中＋飛來物的衝擊：動能同樣是平方關係
飛來物撞擊力的來源是動能 ½ × 質量 × 速度的平方，這裡同樣出現了平方。以風速每秒40公尺（約時速144公里）飛來的1公斤物體，其能量為½ × 1 × 1600 ＝ 800 J。這相當於把1公斤重物從約80公尺高處落下的能量，遠遠超過一般窗玻璃所能承受的範圍。颱風期間窗戶的損傷，大多被認為不是風壓本身造成，而是來自飛來物，這也是建議裝設雨窗、鐵捲門的原因。
大學陣風是怎麼形成的：亂流與陣風率
地表附近的風，因為與地面、建築物摩擦而被擾亂，夾雜著大小不一的渦旋（亂流）吹動。瞬間風速之所以會大幅超過平均值，就是因為在這些渦旋通過的瞬間，風速會突然飆升。氣象學上把最大瞬間風速與平均風速的比值稱為陣風率，海上約為1.2〜1.5，在地形起伏較大的陸地或市區則有可能超過2。建築的耐風設計，會把這種亂流的統計特性（擾動強度、渦旋大小的分布）納入考量，訂定各建築物的設計風速。
📖 公式推導與更進一步的內容：阻力（日文維基百科） ／ 亂流（日文維基百科）
研究目前尚未完全明朗的部分
風力的物理原理已經確立，但「何時、何地、會吹出多強的風」的預測仍有尚未解決的部分。
- 建築物尺度的陣風預測，目前仍做不到。 颱風整體路徑預報雖已大幅進步，但市區裡哪個地點會吹出多強的瞬間陣風，由於建築物造成的亂流過於複雜，即使以現在的運算能力也無法直接預測。市區詳細的風況模擬，是活躍的研究領域。
- 氣候變遷會如何改變颱風強度，定量上仍有爭論持續進行。 雖有多項研究顯示「強颱比例有增加的趨勢」，但在發生數量或各地區變化的估算上，研究之間仍存在差異，監測與再分析仍在持續進行。
- 飛來物開始飛起的條件建模，也還在發展中。 在什麼風速下、什麼樣的物體會開始飛起、能被帶到多遠，會受到物體形狀、擺放方式、周圍建築物很大的影響。目前正從龍捲風、颱風的災害調查進行反推研究，如何反映到防災標準中，仍是課題。
也就是說，本文的內容也是「目前已知範圍內的說明」。正因為預測並不完美，「在風勢增強前就完成準備」這種時間上的餘裕，始終是最可靠的防禦方式。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・力與壓力／氣象 | 風推動物體的力量、天氣預報風速的判讀方式 |
| 高中 | 物理基礎・力的平衡，物理・動能 | 動壓公式、0.6×風速²的由來、①②的計算 |
| 高中＋ | 物理・能量的延伸內容 | 飛來物動能的估算 |
| 大學 | 流體力學・氣象學・建築工程 | 亂流與陣風率、耐風設計的概念 |
| 研究 | 氣象學・風工程（未解決） | 市區陣風預測、氣候變遷與颱風、飛來物建模 |
| ― | 防災・安全教育 | 前一天之前的準備、瞬間風速的判讀方式、「不要去查看」 |
- 日本氣象廳（気象庁）「風の強さと吹き方」（各風速的體感、災害參考，平均風速與瞬間風速的關係）。
- 日本氣象廳（気象庁）「台風について」・日本內閣府（内閣府）防災宣導資料（颱風接近時的防範、不要外出・不要去查看）。
- 物理標準教科書中對動壓、阻力、動能的說明。
- 日本建築學會（日本建築学会）「建築物荷重指針」解說資料（設計風速、陣風率、亂流的處理方式）。
- Knutson, T. et al., Tropical Cyclones and Climate Change Assessment, Bulletin of the American Meteorological Society 101(3), 2020（關於氣候變遷與颱風強度的評估）。
※本文為一般大眾取向的科學解說。實際的防災行動，請依循日本氣象廳（気象庁）發布的警報・注意報，以及地方政府・消防機關的避難資訊・指示辦理。文中數值僅為理解原理所用的參考・概算值。