地球上风的原动力——气压梯度力是怎么形成的?

如题所述

夏天,人们扇扇子或吹电风扇,便产生了风。这是因为扇子或电风扇的扇叶给它前面的空气施加了一种力,从而推动空气的流动,形成了风。地球上空气的自然流动,也需要某种力的驱使。

在地球上,由于纬度、海陆分布、地形及地表覆盖物不同,接受太阳辐射的多少有差异,于是便出现温度分布不均的现象,有些地方温度比较高,有些地方温度比较低。在温度较高的地方,空气膨胀上升,空气密度变小,气压降低;而在温度较低的地方,空气冷却下沉,空气密度变大,气压升高。高气压与低气压之间就产生了气压差。由于这种气压差而作用在单位质量空气上的力便是气压梯度力,气压梯度力的方向是由高压指向低压。就是说气压梯度力把空气从高压一侧推向低压一侧,从而形成了风。

就像水总是由高处往低处流一样,风也总是由高压吹向低压。气压梯度力越大,即两地的气压差越大,风也越大,就像地面上高度差越大水流越急一样。地转偏向力对风的影响地球上由于气压水平分布不均匀,便产生了气压梯度力,从而形成了空气的水平运动——风。而地球并非静止不动,它是一个不停地自西向东旋转的球体。由于地球的自转,而使空气水平运动发生偏向的力,称为地转偏向力。

地转偏向力只对相对于地面运动的空气起作用,相对于地面静止时,地转偏向力不起作用。地转偏向力的方向始终和空气运动的方向垂直,在北半球它指向空气运动方向的右方,使空气的运动向右偏转,在南半球则使空气运动向左偏转。它只影响空气运动的方向,不能改变空气运动的速度。地转偏向力的大小还与纬度和风速有关,纬度越高、风速越大,地转偏向力越大,在两极最大。

水和空气一样也是流体,它的运动也受地转偏向力的影响。如在北半球河流的右岸总比左岸冲刷得厉害,这就是因为地转偏向力使水流向右偏的结果。在南半球则相反,是左岸冲刷得厉害。因为水流是看得见的,从水流中也可以理解地转偏向力对空气流动的作用。

从地面至1500米高度称为摩擦层,在这一层中,地面对风有摩擦阻力即摩擦力。在地面附近摩擦力最大,随着高度增高摩擦逐渐减小,到1500米高度摩擦力已小到可以忽略不计,所以,在1500米以上的大气被称为自由大气。

摩擦力的大小与风速大小成正比,方向与风向相反,就是说风速越大,摩擦使风速减小的比例越大,风速越小减少的比例也越小。由于摩擦力的影响,在摩擦层内风速有随高度增加而增大的规律。

摩擦力的大小取决于地面的粗糙程度,比如在多山、多森林的地区及多高大建筑的大城市,地面粗糙程度大,因而地面摩擦力也很大,所以一般风速较小。而在江、河、湖、海上以及平原上和无森林的开阔地上,由于地面比较平滑,粗糙程度小,因而摩擦力也较小,所以风速就较大。

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