大氣的水平運動就是風。產生大氣水平運動的原動力是水平氣壓梯度力。在地球表面作水平運動的物體都要受水平地轉偏向力的影響(赤道地區除外),使其運動發生偏向,北半球右偏,南半球左偏。當水平氣壓梯度力和水平地轉偏向力達到平衡狀態時,就是說,它們的合力為零時,空氣質點作慣性運動,形成穩定的風。
1.水平氣壓梯度力和水平地轉偏向力作用下形成的風:參照課本上的插圖,圖上表示了北半球平直等壓線的情況。初始狀態時,空氣質點垂直等壓線運動(按水平氣壓梯度力的方向)。最終狀態時,風向平行于等壓線。這個過程是水平氣壓梯度力和水平地轉偏向力逐步建立平衡的過程,在這個過程中,空氣質點始終是按兩個力的合力方向運動,而水平地轉偏向力始終是垂直于運動方向之右側,所以使得風向不斷地右偏。最后,風向平行于等壓線,此時,水平氣壓梯度力與水平地轉偏向力大小相等、方向相反,其合力為零,達到平衡狀態,空氣運動不再偏轉而作慣性運動,形成了平行于等壓線吹的穩定的風。通常把這種穩定的風叫地轉風,因為它只考慮了氣壓梯度力和地球自轉的影響。
地轉風是大氣運動最簡單的情況,它在高空平直等壓線的狀況下是實際存在的。依地轉風原理,可以推導出風與氣壓場之間的關系:人背風而立,低壓在左,高壓在右。通常稱之為風壓定律。
2.摩擦力對風的影響:如果在近地面的大氣層里平直等壓線的情況下,就要考慮水平氣壓梯度力、水平地轉偏向力和摩擦力的作用。當水平氣壓梯度力與其他兩種力的合力達到平衡時,形成斜穿等壓線吹的風,這便是近地面風的情況。下圖表示出水平氣壓梯度力與其他兩種力的合力達到平衡時形成風的情況。
從圖中可以看出,因為摩擦力永遠和運動方向相反,即與風向相反,而水平地轉偏向力又在運動方向右側90°,所以,摩擦力與水平地轉偏向力的合力和水平氣壓梯度力達到平衡時,風是斜穿等壓線吹的。
近地面風的形成(北半球)一般摩擦力的影響可達離地面1 500 m左右的高度,在這范圍內的風向都斜穿等壓線。摩擦力越大,風向與等壓線之間的夾角(∠α)越大;摩擦力越小,其夾角越小。當摩擦力為零時(高空的情況)風向便平行等壓線了。因此,在實際大氣中因摩擦力隨高度增加而逐漸減小,所以風向隨著高度的增加而逐漸右偏,即越往高空,風向與等壓線之間的夾角越小,最后,風向與等壓線平行。這就是風向隨高度變化最一般的規律。風速則隨高度的增加而加大。
陸地表面和海洋表面的摩擦力不同,地面摩擦力大,洋面摩擦力小,所以在相同的氣壓條件下,陸地表面的風與等壓線間的夾角大,風速。缓Q蟊砻娴娘L與等壓線間的夾角小,風速大。
風斜穿等壓線吹,具有很重要的意義。因為風本身進行著大氣質量的輸送,風穿越等壓線吹,就會把高壓區的大氣向低壓區輸送,它直接影響著高低壓的興衰狀況。高低壓的興衰又導致氣流的變化,所以氣壓系統與大氣運動相互影響、相互制約,構成千變萬化的大氣活動舞臺。
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