为什么会刮风(风是怎样产生的?)

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风是怎么产生的?

你一定觉得这个问题很可笑——小孩子都知道,空气流动形成风,风是因为空气流动形成的嘛!

那么,空气为什么会流动?我指的当然不是你打开电风扇,更不是你鼓起腮帮子吹一口气,而是自然界大规模的空气流动,你知道答案吗?

2021-09-28 我们就来谈一谈风的起源,从科学的角度探究大气压力、地球转动以及热力分布对风的影响。然后你就会知道,风,绝不是吹一吹那么简单。

在大风中摇曳的樱桃树

大气压力

我们的地球表面覆盖着厚厚的大气,它主要由氮气和氧气构成,这两种气体占到了大气体积的99%以上。气体是物质,它们也是有质量的,地球大气的总质量达到约5.1510⁸ kg。我们所说的气压,就是每单位面积的大气压力,也就是它上方空气柱的重力。

你可能会说:这很简单啊!谁都知道一个标准大气压是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相当于每平方米要承受10.3吨的压力。

大气压的测量

很好,你的回答很正确。但这是“一个标准大气压”,它既是一个测量值,也是一个规定值。即:当温度为0℃、在纬度45度海平面、水银气压表上的数值为760毫米水汞柱高(相当于1013.25百帕),这就是一个标准大气压。

事实上,在纬度为45度的海平面,温度并不总是维持在0℃,而只要温度发生变化,气压也随之发生变化。这是因为随着温度的升高,空气分子的运动速度会加快,彼此之间会远离,空气密度随之减小;反之,温度的降低会导致空气密度增加。而一个地区大气厚度基本不变,密度增加就意味着这个地区上空有更多的空气,其大气压力自然增加了。

大气压力会随温度变化而发生变化

地球表面因地形地貌的差异、日照强度的变化、水气蒸发量的不同等一系列复杂的原因,造成了地表空气形成一个个不同温度的气团。在这些气团相交汇的地方因大气压力不同会导致空气流动,空气会从压力高的区域向压力低的区域倾泻,这就是风。

全球主要气团,颜色表示冷暖

大气环流

大气环流是覆盖地球的规模最大、范围最广的风。百思特网由于地球赤道附近覆盖着大面积的海洋,这里的阳光也最强烈,海水在强烈阳光的照射下大量蒸发进入大气,同时海面的高温也加热空气。海面上方的空气团受热形成上升气流、气压降低。

赤道上升的气体不会堆积,它一方面在高空冷却形成大规模降水,同时向两侧极地方向移动。当这些空气移动到南北纬30附近时,它已经变得又干又冷,干冷的空气因密度增加而下沉,在这一纬度带形成副热带高压区。到达地面附近再次向赤道流动,补充赤道地区上升的空气,从而完成一个循环。我们称这个环流圈为哈德利环流圈或信风环流圈,因为它造就了赤道两侧庞大的信风带。

大气环流形成原因

你也许注意到了,在南北纬30附近的副热带百思特网高压区两侧,大气环流的方向是不一样的:在北纬30线以南吹的是东北信风,以北吹的却主要是西风。为什么会出现这种情况?

有三种力量可以控制风的走向:大气高地压差造成的压力梯度变化,地球自转,摩擦力。

根据之前段落的分析,我们知道空气会从高压区向低压区流动,它应该是直线运动。同时因为百思特网地球在一刻不停地自转,地球自转会给流动(原创www.isoyu.com版权)的空气施加第二个力——科里奥利力。

科里奥利力在转盘上的模拟,铅笔移动方向代表流体运动方向

由于科里奥利效应,当风从北纬30副热带高压区向两侧吹送时,它会呈顺时针方向运动,在南半球则方向相反。同样地,如果在北半球海洋上出现热带气旋或龙卷风,它的转动方向则是逆时针方向。

因科里奥利效应,北半球高压区风向为顺时针,低压区为逆时针

大气湍流

湍流是不规则的大气运动,它经常发生在大气底层的边界层内、对流云的云体内部,以及大气对流层上部的西风急流区内。当空气层中具有明显的风速切变、上层空气温度低于下层对流条件时容易发生随机的湍流现象。

由于太阳对地面各部分加热并不均衡,大气的高低压区域往往是随机交错的,因此空气团在运动过程中会发生随机的湍流现象。大气湍流伴随着物质、能量和动量的传递和交换,其运动速度远大于层流,因此其扩散和剪切应力也非常大。加之湍流随机发生,风速快、风向不定,突然遭遇的风切变常常对飞机的飞行安全构成威胁。