大氣的水平運(yùn)動(dòng)就是風(fēng)。產(chǎn)生大氣水平運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力是水平氣壓梯度力。在地球表面作水平運(yùn)動(dòng)的物體都要受水平地轉(zhuǎn)偏向力的影響(赤道地區(qū)除外),使其運(yùn)動(dòng)發(fā)生偏向,北半球右偏,南半球左偏。當(dāng)水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),就是說,它們的合力為零時(shí),空氣質(zhì)點(diǎn)作慣性運(yùn)動(dòng),形成穩(wěn)定的風(fēng)。
1.水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力作用下形成的風(fēng):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(tài)時(shí),空氣質(zhì)點(diǎn)垂直等壓線運(yùn)動(dòng)(按水平氣壓梯度力的方向)。最終狀態(tài)時(shí),風(fēng)向平行于等壓線。這個(gè)過程是水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力逐步建立平衡的過程,在這個(gè)過程中,空氣質(zhì)點(diǎn)始終是按兩個(gè)力的合力方向運(yùn)動(dòng),而水平地轉(zhuǎn)偏向力始終是垂直于運(yùn)動(dòng)方向之右側(cè),所以使得風(fēng)向不斷地右偏。最后,風(fēng)向平行于等壓線,此時(shí),水平氣壓梯度力與水平地轉(zhuǎn)偏向力大小相等、方向相反,其合力為零,達(dá)到平衡狀態(tài),空氣運(yùn)動(dòng)不再偏轉(zhuǎn)而作慣性運(yùn)動(dòng),形成了平行于等壓線吹的穩(wěn)定的風(fēng)。通常把這種穩(wěn)定的風(fēng)叫地轉(zhuǎn)風(fēng),因?yàn)樗豢紤]了氣壓梯度力和地球自轉(zhuǎn)的影響。
地轉(zhuǎn)風(fēng)是大氣運(yùn)動(dòng)最簡單的情況,它在高空平直等壓線的狀況下是實(shí)際存在的。依地轉(zhuǎn)風(fēng)原理,可以推導(dǎo)出風(fēng)與氣壓場之間的關(guān)系:人背風(fēng)而立,低壓在左,高壓在右。通常稱之為風(fēng)壓定律。
2.摩擦力對風(fēng)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(zhuǎn)偏向力和摩擦力的作用。當(dāng)水平氣壓梯度力與其他兩種力的合力達(dá)到平衡時(shí),形成斜穿等壓線吹的風(fēng),這便是近地面風(fēng)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(dá)到平衡時(shí)形成風(fēng)的情況。
從圖中可以看出,因?yàn)槟Σ亮τ肋h(yuǎn)和運(yùn)動(dòng)方向相反,即與風(fēng)向相反,而水平地轉(zhuǎn)偏向力又在運(yùn)動(dòng)方向右側(cè)90°,所以,摩擦力與水平地轉(zhuǎn)偏向力的合力和水平氣壓梯度力達(dá)到平衡時(shí),風(fēng)是斜穿等壓線吹的。
近地面風(fēng)的形成(北半球)一般摩擦力的影響可達(dá)離地面1 500 m左右的高度,在這范圍內(nèi)的風(fēng)向都斜穿等壓線。摩擦力越大,風(fēng)向與等壓線之間的夾角(∠α)越大;摩擦力越小,其夾角越小。當(dāng)摩擦力為零時(shí)(高空的情況)風(fēng)向便平行等壓線了。因此,在實(shí)際大氣中因摩擦力隨高度增加而逐漸減小,所以風(fēng)向隨著高度的增加而逐漸右偏,即越往高空,風(fēng)向與等壓線之間的夾角越小,最后,風(fēng)向與等壓線平行。這就是風(fēng)向隨高度變化最一般的規(guī)律。風(fēng)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(fēng)與等壓線間的夾角大,風(fēng)速;海洋表面的風(fēng)與等壓線間的夾角小,風(fēng)速大。
風(fēng)斜穿等壓線吹,具有很重要的意義。因?yàn)轱L(fēng)本身進(jìn)行著大氣質(zhì)量的輸送,風(fēng)穿越等壓線吹,就會(huì)把高壓區(qū)的大氣向低壓區(qū)輸送,它直接影響著高低壓的興衰狀況。高低壓的興衰又導(dǎo)致氣流的變化,所以氣壓系統(tǒng)與大氣運(yùn)動(dòng)相互影響、相互制約,構(gòu)成千變?nèi)f化的大氣活動(dòng)舞臺(tái)。
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