风是怎么形成的?
你一定觉得这个问题很可笑——小孩子都知道空气流形成风,风是由空气流形成的!
那么,空气体为什么会流动呢?当然,我不是说你开电风扇,更不是说你吹脸颊,而是自然界大规模的空气流 。你知道答案吗?
今天我们就来说说风的起源,从科学的角度探讨大气压力、地球自转和热分布对风的影响 。然后你就会知道风不是吹的那么简单 。
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樱花树在强风中摇曳
大气压力我们的地球表面覆盖着厚厚的大气层,大气层主要由氮和氧组成,它们占大气体积的99%以上 。是气体,它们也有质量 。地球大气层的总质量约为5.1510?千克 。我们所说的气压,是指单位面积的大气压力,也就是它上面空气柱的重力 。
你可能会说:这个很简单!大家都知道一个标准大气压有760毫米汞柱高,101325帕斯卡,相当于每平方米10.3吨的压力 。
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大气压力测量
很好,你的回答非常正确 。但这是“标准大气压”,既是测量值,也是规定值 。即温度为0℃时,纬度45度的海平面,水银气压计上的数值为760毫米汞柱(相当于0.13.25百帕斯卡),这是一个标准大气压 。
事实上,在纬度45度的海平面上,温度并不总是保持在0℃,只要温度变化,气压也会发生变化 。这是因为,随着温度的升高,空气体分子会移动得更快,相互远离,空气体密度也会相应降低 。相反,温度的降低会导致空气体密度的增加 。但是一个地区的大气厚度基本不变,密度的增加意味着这个地区有更多的空气体,其大气压力自然增加 。
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大气压会随着温度而变化 。
在地球表面,由于地形的差异、日照强度的变化、水汽蒸发的差异等一系列复杂原因,地表空气体形成了不同温度的气团 。在这些气团相遇的地方,不同的大气压力会造成空空气流动,空空气会从高压区倾泻到低压区,这就是所谓的风 。
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世界主要气团,颜色表示温暖和寒冷 。
大气环流大气环流是覆盖地球的最大和最广泛的风 。因为地球赤道附近有大片的海洋,这里的阳光也是最强的 。在强烈的阳光照射下,海水大量蒸发到大气中,海面的高温也加热了空气体 。海面上方的空气团受热形成上升气流,气压下降 。
赤道上升的气体不会积聚 。一方面会在高温空降温形成大范围降水,同时会向两侧极地移动 。当这些空气体移动到南北纬度30°附近时,变得干冷,干冷的空气体随着密度的增加而下沉,在这个纬度带形成一个副热带高压区 。到达地面附近,再次流向赤道,补充赤道地区上升的空空气,从而完成一个周期 。我们称这个环流圈为哈德利环流圈或贸易风环流圈,因为它在赤道两侧创造了巨大的贸易风带 。
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【风是怎样产生的?为什么会刮风】大气环流形成的原因
你可能注意到了,30°纬度附近副热带高压两侧的大气环流方向是不一样的:东北信风在30°纬度以南吹,而西风主要是向北吹 。为什么会这样?
有三种力可以控制风的方向:大气中的压力差引起的压力梯度、地球的自转和摩擦力 。
根据上一段的分析,我们知道空气体会从高压区流向低压区,应该是直线运动的 。同时,由于地球一直在自转,地球的自转会对流动的空气体施加第二个力——科里奥利力 。
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科氏力在转盘上模拟,铅笔运动的方向代表流体运动的方向 。
由于科里奥利效应,当风从北纬30°的副热带高压区吹向两侧时,会顺时针方向移动,而在南半球,则会反方向移动 。同样,如果北半球海洋出现热带气旋或龙卷风,其旋转方向也是逆时针方向 。
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由于科里奥利效应,北半球高压区风向为顺时针,低压区为逆时针 。
大气湍流湍流是一种不规则的大气运动,常发生在大气底部的边界层、对流云内部以及大气对流层上部的西风急流区 。当空气体层存在明显的风速切变,且上层空气体温度低于下层时,容易发生随机湍流 。
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