首页 > 专家说

风是怎样行成的?

来源:新能源网
时间:2024-08-17 16:21:14
热度:

风是怎样行成的?热心网友:我们知道,任何物体要运动,一定要有力的作用,正如一辆马车要有马来拉才会运动一样。是什么在推动空气的水平运动,形成风呢?     气压梯度 高压脊 低压槽

热心网友:我们知道,任何物体要运动,一定要有力的作用,正如一辆马车要有马来拉才会运动一样。是什么在推动空气的水平运动,形成风呢?     气压梯度 高压脊 低压槽 地球上同一高度上的不同地点,气压一般是不相等的。有的地方气压高,有的地方气压低。通过一张海平面气压分布图,我们能很清楚地看到这一点。 [图 wt2.2a]   在这张图上,有一条条曲曲弯弯的等压线。顾名思义,凡是同一条等压线经过之处,那里的海平面气压都是相等的。在等压线闭合起来的地区,如果气压高于周围,就称为高气压(图中G处),若气压低于周围,则称为低气压(图中D处)。而从高气压伸展出来的部分称为高压脊(图中B处),从低气压伸展出来的部分称为低压槽(图中C处)。这种气压分布图和表示地势起伏的地形分布图十分相象:高气压和低气压好比山峰和谷底,高压脊和低压槽犹如山脊和山坳,而等压线就像表示海拔高度的地形等高线。 从图中我们还可以看到,等压线的分布有疏有密,这种等压线的疏密程度表示了单位距离内气压差的大小,称为气压梯度。等压线愈密集,表示气压梯度愈大。等压线愈稀疏,表示气压梯度愈小。气象上,把因气压梯度的存在而作用在单位质量(1千克)空气块上的力,称为水平气压梯度力。 就好比水总是从高处流向低处,是因为高处的水和低处的水存在着水位差,各地的气压如果发生了高低的差异,也就是说两地之间存在气压梯度的话,气压梯度力就会把两地间的空气从气压高的一边推向气压低的一边,于是空气流动起来,风就产生了。 气压梯度力是推动空气运动的主要力量,风刮得猛烈还是微弱也是由气压梯度力的大小来决定的。     地转偏向力和风的偏向   风在气压梯度力的作用下吹起来了。可是出人意料,风一旦起步行走,却并不朝着气压梯度力所指的方向从高压一边直接迈向低压一边,而是不断地偏转它的方向:在北半球向右偏转,在南半球则向左偏转。 [图 wt2.2b]   是什么力量在将空气直接从高气压向低气压流动中向一侧拉动呢?   地转偏向力:这个名称的本身就已告诉我们:促使风向发生偏转的力量原来是因为地球自转而引起的。 在日夜不停地旋转着的地球上,受到地转偏向力作用的不仅是风,一切相对于地面运动着的物体都会受到它的作用,不过因为地转偏向力和物体受到的其他力比较起来极为渺小,不为人们觉察罢了。尽管如此,在经历了漫长的岁月以后,地转偏向力还是在地球上某些地方留下了它的痕迹。比如,沿着水流的方向,在北半球,河流的右岸往往比左岸陡峭;在南半球,河流的左岸比右岸陡峭;这是地转偏向力存在的一个见证。这种水流对左右岸冲刷作用的差异是微不足道的,但河里的水日夜奔流,一千年,一万年,一亿年,终于显现出来了。   地球自转为什么会产生偏向力呢?让我们来做一个示意性实验。 准备一个圆盘,把圆盘的中心固定起来,使它能转动,再准备一支笔,一把直尺。 将圆盘固定,不转动。把直尺放在圆盘的任意位置。然后用铅笔紧靠直尺的边沿在圆盘上划直线。这时候笔尖在圆盘上留下的痕迹AB当然是一条直线。 [图 wt2.2c,可加少许颜色]   这说明在不转动的圆盘上,运动着的笔尖完全遵循你手用力的方向前进,没有偏向力来干扰。 现在以逆时针的方向把圆盘转动起来,而使直尺仍保持原来的位置固定不动,让铅笔尖紧挨着直尺边沿前进,前进的方向,上下左右各个方向都可试一试,这回情况就与静止的圆盘不同了: 当笔尖从直尺边沿的起跑点A跑至B处时,圆盘己转动了一个角度,圆盘上笔尖留下的起跑点A转到了A'的位置,结果笔尖在圆盘上留下的痕迹A'B便不是直线,而是一条不断向右偏转着的曲线。 [图 wt2.2d,可加少许颜色]   如果以顺时针方向来转动圆盘,那么笔尖在圆盘上留下的足迹是一条不断向左偏转的曲线。 [图wt2.2e,可加少许颜色]   对直尺来说,笔尖的运动始终呈直线状态,因为它始终没有离开直尺的边沿。但是对转动着的圆盘来说,笔尖的运动明明是曲线运动。这就是偏向力在起作用! 地球一刻不停地自转着,人们脚下踩着的大地就好象是一只转动着的大圆盘。你从北极上空往下望,这只大圆盘以逆时针方向在运转;你再从南极上空往下望,大圆盘运转的方向则是顺时针的。走在这只大圆盘上的空气棗风,之所以发生偏向,就是由于风与转动着的地面发生了相对运动,地转偏向力将风拉向一侧。而如果是在赤道上,由于地转偏向力为零,风向不会偏转。 地转偏向力与风向是垂直的,在北半球指向风向的右侧,而在南半球指向风向的左侧。由于它只说明了空气和转动着的地面之间存在相对运动,而并不是作用于空气的实有的力,因此只能使风向偏转,而不能使风起动,也不能使已经起动的风改变速率。风的起动和快慢,都取决于气压梯度力。如果气压梯度力等于零,风无从产生,也就谈不上与地面之间的相对运动,地转偏向力也不复存在。而有了气压梯度力,也必然会相应地产生风,从而也产生地转偏向力,而且风愈大,产生的地转偏向力也愈大。 风在气压梯度力作用下被推向低气压一侧,但当风一旦起步向前,地转偏向力立刻产生,并把风向拉向右边(指北半球)。风在气压梯度力的持续推动下加快速度,越吹越大,地转偏向力也跟着加大,使劲地拉着风向右偏转。由于地转偏向力的方向与风向时刻保持垂直,于是在拉转风向的同时,地转偏向力本身也不断向右偏转,也就是越来越转到气压梯度力的反方向去。当风向被拉到转到和气压梯度力的方向成90度的角度时,虽然气压梯度力依旧存在,且和先前一样大小,但在风的方向上有效分力已等于零,因而风不再受力的作用加速,而靠着惯性等速前进。这时候地转偏向力也正好转到了气压梯度力的背后,于是风向也不再偏转。在平衡状态下,风向与等压线保持平行。     摩擦力对风的影响 在气压梯度力的作用下,风吹起来了。它一旦起动起来就开始受到地转偏向力的作用,近似地顺着等压线曲曲弯弯地流动。对于离地1.5公里以下的近地面层大气,风不仅受到气压梯度力和地转偏向力的制约,而且还受到地面摩擦力的干扰。地面摩擦力的影响可达到期1.5公里的高度,因此1.5公里以下的气层就被称为摩擦层,1.5公里以上的大气被称为自由大气。 在摩擦层里,风走在粗糙不平的地表面,受到摩擦力的作用,气压梯度力给它“规定”好的风速不得不减小下来。由于地表粗糙程度不一,摩擦力的大小不同,风速减小的程度也就不同。一般说来,陆面摩擦力比海面大;而在陆面上摩擦力,山地又比平原大,森林又比草原大。 摩擦力不仅会削弱风速,同时也能干扰风向。更重要的是,它能导致气流的辐合、辐散,产生垂直运动。从而对兴云致雨、风暴的形成产生重大影响。 辐合气流和辐散气流又统称为散合气流。散合气流都由一条条平直的流线组合起来,风沿着这种流线行进时,彼此之间的距离时刻在发生变化。在辐合气流内,各条流线或者互相靠拢,或者朝着一个称为辐合点的地方从四面八方汇集拢来,或者朝着一条称为辐合线的界线相对而行等等;在辐散气流里,情况正好相反,流线或者互相分开,或者从一个称为辐散点的地方向四面八方分散开去,或者一对对流线背朝背地向相反方向射出去,等等。 [图 wt2.2f,可加少许颜色]     知风向,估风速 我们了解了风与气压的关系,结合蒲福风力等级表,就可以对风的走向和风力的大小做出自己的估测了。 气压与风的关系可以概括为:风速与气压成正比;风向与等压线平行;在北半球,背风而立,高气压在右,低气压在左;南半球则相反。 举例来说,在气压分布图中,北京附近等压线呈西南到东北走向,高气压在东南侧,低气压在西北侧,按前面总结的规律,就可以推测北京吹的是西南风;而上海附近等压线呈东西走向,高气压在北侧,低气压在南侧,按规律应该吹东风。再看上海附近的等压线比北京附近稀疏,因此上升的风应比北京为小。

热心网友:自然现象

    无相关信息