'探究風的起源'

地球 龍捲風 赤道 熱帶氣旋 體育 極地 周志宏glee 2019-08-28
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風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

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風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

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風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

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風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

探究風的起源

大氣壓力會隨溫度變化而發生變化

地球表面因地形地貌的差異、日照強度的變化、水氣蒸發量的不同等一系列複雜的原因,造成了地表空氣形成一個個不同溫度的氣團。在這些氣團相交匯的地方因大氣壓力不同會導致空氣流動,空氣會從壓力高的區域向壓力低的區域傾瀉,這就是風

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風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

探究風的起源

大氣壓力會隨溫度變化而發生變化

地球表面因地形地貌的差異、日照強度的變化、水氣蒸發量的不同等一系列複雜的原因,造成了地表空氣形成一個個不同溫度的氣團。在這些氣團相交匯的地方因大氣壓力不同會導致空氣流動,空氣會從壓力高的區域向壓力低的區域傾瀉,這就是風

探究風的起源

全球主要氣團,顏色表示冷暖

大氣環流

大氣環流是覆蓋地球的規模最大、範圍最廣的風。由於地球赤道附近覆蓋著大面積的海洋,這裡的陽光也最強烈,海水在強烈陽光的照射下大量蒸發進入大氣,同時海面的高溫也加熱空氣。海面上方的空氣團受熱形成上升氣流、氣壓降低。

赤道上升的氣體不會堆積,它一方面在高空冷卻形成大規模降水,同時向兩側極地方向移動。當這些空氣移動到南北緯30°附近時,它已經變得又幹又冷,乾冷的空氣因密度增加而下沉,在這一緯度帶形成副熱帶高壓區。到達地面附近再次向赤道流動,補充赤道地區上升的空氣,從而完成一個循環。我們稱這個環流圈為哈德利環流圈或信風環流圈,因為它造就了赤道兩側龐大的信風帶。

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風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

探究風的起源

大氣壓力會隨溫度變化而發生變化

地球表面因地形地貌的差異、日照強度的變化、水氣蒸發量的不同等一系列複雜的原因,造成了地表空氣形成一個個不同溫度的氣團。在這些氣團相交匯的地方因大氣壓力不同會導致空氣流動,空氣會從壓力高的區域向壓力低的區域傾瀉,這就是風

探究風的起源

全球主要氣團,顏色表示冷暖

大氣環流

大氣環流是覆蓋地球的規模最大、範圍最廣的風。由於地球赤道附近覆蓋著大面積的海洋,這裡的陽光也最強烈,海水在強烈陽光的照射下大量蒸發進入大氣,同時海面的高溫也加熱空氣。海面上方的空氣團受熱形成上升氣流、氣壓降低。

赤道上升的氣體不會堆積,它一方面在高空冷卻形成大規模降水,同時向兩側極地方向移動。當這些空氣移動到南北緯30°附近時,它已經變得又幹又冷,乾冷的空氣因密度增加而下沉,在這一緯度帶形成副熱帶高壓區。到達地面附近再次向赤道流動,補充赤道地區上升的空氣,從而完成一個循環。我們稱這個環流圈為哈德利環流圈或信風環流圈,因為它造就了赤道兩側龐大的信風帶。

探究風的起源

大氣環流形成原因

你也許注意到了,在南北緯30°附近的副熱帶高壓區兩側,大氣環流的方向是不一樣的:在北緯30°線以南吹的是東北信風,以北吹的卻主要是西風。為什麼會出現這種情況?

有三種力量可以控制風的走向:大氣高地壓差造成的壓力梯度變化,地球自轉,摩擦力。

根據之前段落的分析,我們知道空氣會從高壓區向低壓區流動,它應該是直線運動。同時因為地球在一刻不停地自轉,地球自轉會給流動的空氣施加第二個力——科里奧利力

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風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

探究風的起源

大氣壓力會隨溫度變化而發生變化

地球表面因地形地貌的差異、日照強度的變化、水氣蒸發量的不同等一系列複雜的原因,造成了地表空氣形成一個個不同溫度的氣團。在這些氣團相交匯的地方因大氣壓力不同會導致空氣流動,空氣會從壓力高的區域向壓力低的區域傾瀉,這就是風

探究風的起源

全球主要氣團,顏色表示冷暖

大氣環流

大氣環流是覆蓋地球的規模最大、範圍最廣的風。由於地球赤道附近覆蓋著大面積的海洋,這裡的陽光也最強烈,海水在強烈陽光的照射下大量蒸發進入大氣,同時海面的高溫也加熱空氣。海面上方的空氣團受熱形成上升氣流、氣壓降低。

赤道上升的氣體不會堆積,它一方面在高空冷卻形成大規模降水,同時向兩側極地方向移動。當這些空氣移動到南北緯30°附近時,它已經變得又幹又冷,乾冷的空氣因密度增加而下沉,在這一緯度帶形成副熱帶高壓區。到達地面附近再次向赤道流動,補充赤道地區上升的空氣,從而完成一個循環。我們稱這個環流圈為哈德利環流圈或信風環流圈,因為它造就了赤道兩側龐大的信風帶。

探究風的起源

大氣環流形成原因

你也許注意到了,在南北緯30°附近的副熱帶高壓區兩側,大氣環流的方向是不一樣的:在北緯30°線以南吹的是東北信風,以北吹的卻主要是西風。為什麼會出現這種情況?

有三種力量可以控制風的走向:大氣高地壓差造成的壓力梯度變化,地球自轉,摩擦力。

根據之前段落的分析,我們知道空氣會從高壓區向低壓區流動,它應該是直線運動。同時因為地球在一刻不停地自轉,地球自轉會給流動的空氣施加第二個力——科里奧利力

探究風的起源

科里奧利力在轉盤上的模擬,鉛筆移動方向代表流體運動方向

由於科里奧利效應,當風從北緯30°副熱帶高壓區向兩側吹送時,它會呈順時針方向運動,在南半球則方向相反。同樣地,如果在北半球海洋上出現熱帶氣旋或龍捲風,它的轉動方向則是逆時針方向。

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風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

探究風的起源

大氣壓力會隨溫度變化而發生變化

地球表面因地形地貌的差異、日照強度的變化、水氣蒸發量的不同等一系列複雜的原因,造成了地表空氣形成一個個不同溫度的氣團。在這些氣團相交匯的地方因大氣壓力不同會導致空氣流動,空氣會從壓力高的區域向壓力低的區域傾瀉,這就是風

探究風的起源

全球主要氣團,顏色表示冷暖

大氣環流

大氣環流是覆蓋地球的規模最大、範圍最廣的風。由於地球赤道附近覆蓋著大面積的海洋,這裡的陽光也最強烈,海水在強烈陽光的照射下大量蒸發進入大氣,同時海面的高溫也加熱空氣。海面上方的空氣團受熱形成上升氣流、氣壓降低。

赤道上升的氣體不會堆積,它一方面在高空冷卻形成大規模降水,同時向兩側極地方向移動。當這些空氣移動到南北緯30°附近時,它已經變得又幹又冷,乾冷的空氣因密度增加而下沉,在這一緯度帶形成副熱帶高壓區。到達地面附近再次向赤道流動,補充赤道地區上升的空氣,從而完成一個循環。我們稱這個環流圈為哈德利環流圈或信風環流圈,因為它造就了赤道兩側龐大的信風帶。

探究風的起源

大氣環流形成原因

你也許注意到了,在南北緯30°附近的副熱帶高壓區兩側,大氣環流的方向是不一樣的:在北緯30°線以南吹的是東北信風,以北吹的卻主要是西風。為什麼會出現這種情況?

有三種力量可以控制風的走向:大氣高地壓差造成的壓力梯度變化,地球自轉,摩擦力。

根據之前段落的分析,我們知道空氣會從高壓區向低壓區流動,它應該是直線運動。同時因為地球在一刻不停地自轉,地球自轉會給流動的空氣施加第二個力——科里奧利力

探究風的起源

科里奧利力在轉盤上的模擬,鉛筆移動方向代表流體運動方向

由於科里奧利效應,當風從北緯30°副熱帶高壓區向兩側吹送時,它會呈順時針方向運動,在南半球則方向相反。同樣地,如果在北半球海洋上出現熱帶氣旋或龍捲風,它的轉動方向則是逆時針方向。

探究風的起源

因科里奧利效應,北半球高壓區風向為順時針,低壓區為逆時針

大氣湍流

湍流是不規則的大氣運動,它經常發生在大氣底層的邊界層內、對流雲的雲體內部,以及大氣對流層上部的西風急流區內。當空氣層中具有明顯的風速切變、上層空氣溫度低於下層對流條件時容易發生隨機的湍流現象。

由於太陽對地面各部分加熱並不均衡,大氣的高低壓區域往往是隨機交錯的,因此空氣團在運動過程中會發生隨機的湍流現象。大氣湍流伴隨著物質、能量和動量的傳遞和交換,其運動速度遠大於層流,因此其擴散和剪切應力也非常大。加之湍流隨機發生,風速快、風向不定,突然遭遇的風切變常常對飛機的飛行安全構成威脅。

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風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

探究風的起源

大氣壓力會隨溫度變化而發生變化

地球表面因地形地貌的差異、日照強度的變化、水氣蒸發量的不同等一系列複雜的原因,造成了地表空氣形成一個個不同溫度的氣團。在這些氣團相交匯的地方因大氣壓力不同會導致空氣流動,空氣會從壓力高的區域向壓力低的區域傾瀉,這就是風

探究風的起源

全球主要氣團,顏色表示冷暖

大氣環流

大氣環流是覆蓋地球的規模最大、範圍最廣的風。由於地球赤道附近覆蓋著大面積的海洋,這裡的陽光也最強烈,海水在強烈陽光的照射下大量蒸發進入大氣,同時海面的高溫也加熱空氣。海面上方的空氣團受熱形成上升氣流、氣壓降低。

赤道上升的氣體不會堆積,它一方面在高空冷卻形成大規模降水,同時向兩側極地方向移動。當這些空氣移動到南北緯30°附近時,它已經變得又幹又冷,乾冷的空氣因密度增加而下沉,在這一緯度帶形成副熱帶高壓區。到達地面附近再次向赤道流動,補充赤道地區上升的空氣,從而完成一個循環。我們稱這個環流圈為哈德利環流圈或信風環流圈,因為它造就了赤道兩側龐大的信風帶。

探究風的起源

大氣環流形成原因

你也許注意到了,在南北緯30°附近的副熱帶高壓區兩側,大氣環流的方向是不一樣的:在北緯30°線以南吹的是東北信風,以北吹的卻主要是西風。為什麼會出現這種情況?

有三種力量可以控制風的走向:大氣高地壓差造成的壓力梯度變化,地球自轉,摩擦力。

根據之前段落的分析,我們知道空氣會從高壓區向低壓區流動,它應該是直線運動。同時因為地球在一刻不停地自轉,地球自轉會給流動的空氣施加第二個力——科里奧利力

探究風的起源

科里奧利力在轉盤上的模擬,鉛筆移動方向代表流體運動方向

由於科里奧利效應,當風從北緯30°副熱帶高壓區向兩側吹送時,它會呈順時針方向運動,在南半球則方向相反。同樣地,如果在北半球海洋上出現熱帶氣旋或龍捲風,它的轉動方向則是逆時針方向。

探究風的起源

因科里奧利效應,北半球高壓區風向為順時針,低壓區為逆時針

大氣湍流

湍流是不規則的大氣運動,它經常發生在大氣底層的邊界層內、對流雲的雲體內部,以及大氣對流層上部的西風急流區內。當空氣層中具有明顯的風速切變、上層空氣溫度低於下層對流條件時容易發生隨機的湍流現象。

由於太陽對地面各部分加熱並不均衡,大氣的高低壓區域往往是隨機交錯的,因此空氣團在運動過程中會發生隨機的湍流現象。大氣湍流伴隨著物質、能量和動量的傳遞和交換,其運動速度遠大於層流,因此其擴散和剪切應力也非常大。加之湍流隨機發生,風速快、風向不定,突然遭遇的風切變常常對飛機的飛行安全構成威脅。

探究風的起源

科學家為研究湍流現象製造的漩渦

地形風

通常情況下,空氣會從高壓區向低壓區流動,風速由壓力差(壓力梯度)控制,當等壓線距離減小時,其速度更高,而風的運行路徑則是順其自然。

如果前方有障礙物阻擋,風不會穿過,它或是以最短路徑繞行,或是被迫爬升產生振盪,這也是引起湍流的重要原因之一。

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風是怎麼產生的?

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那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

探究風的起源

大氣壓力會隨溫度變化而發生變化

地球表面因地形地貌的差異、日照強度的變化、水氣蒸發量的不同等一系列複雜的原因,造成了地表空氣形成一個個不同溫度的氣團。在這些氣團相交匯的地方因大氣壓力不同會導致空氣流動,空氣會從壓力高的區域向壓力低的區域傾瀉,這就是風

探究風的起源

全球主要氣團,顏色表示冷暖

大氣環流

大氣環流是覆蓋地球的規模最大、範圍最廣的風。由於地球赤道附近覆蓋著大面積的海洋,這裡的陽光也最強烈,海水在強烈陽光的照射下大量蒸發進入大氣,同時海面的高溫也加熱空氣。海面上方的空氣團受熱形成上升氣流、氣壓降低。

赤道上升的氣體不會堆積,它一方面在高空冷卻形成大規模降水,同時向兩側極地方向移動。當這些空氣移動到南北緯30°附近時,它已經變得又幹又冷,乾冷的空氣因密度增加而下沉,在這一緯度帶形成副熱帶高壓區。到達地面附近再次向赤道流動,補充赤道地區上升的空氣,從而完成一個循環。我們稱這個環流圈為哈德利環流圈或信風環流圈,因為它造就了赤道兩側龐大的信風帶。

探究風的起源

大氣環流形成原因

你也許注意到了,在南北緯30°附近的副熱帶高壓區兩側,大氣環流的方向是不一樣的:在北緯30°線以南吹的是東北信風,以北吹的卻主要是西風。為什麼會出現這種情況?

有三種力量可以控制風的走向:大氣高地壓差造成的壓力梯度變化,地球自轉,摩擦力。

根據之前段落的分析,我們知道空氣會從高壓區向低壓區流動,它應該是直線運動。同時因為地球在一刻不停地自轉,地球自轉會給流動的空氣施加第二個力——科里奧利力

探究風的起源

科里奧利力在轉盤上的模擬,鉛筆移動方向代表流體運動方向

由於科里奧利效應,當風從北緯30°副熱帶高壓區向兩側吹送時,它會呈順時針方向運動,在南半球則方向相反。同樣地,如果在北半球海洋上出現熱帶氣旋或龍捲風,它的轉動方向則是逆時針方向。

探究風的起源

因科里奧利效應,北半球高壓區風向為順時針,低壓區為逆時針

大氣湍流

湍流是不規則的大氣運動,它經常發生在大氣底層的邊界層內、對流雲的雲體內部,以及大氣對流層上部的西風急流區內。當空氣層中具有明顯的風速切變、上層空氣溫度低於下層對流條件時容易發生隨機的湍流現象。

由於太陽對地面各部分加熱並不均衡,大氣的高低壓區域往往是隨機交錯的,因此空氣團在運動過程中會發生隨機的湍流現象。大氣湍流伴隨著物質、能量和動量的傳遞和交換,其運動速度遠大於層流,因此其擴散和剪切應力也非常大。加之湍流隨機發生,風速快、風向不定,突然遭遇的風切變常常對飛機的飛行安全構成威脅。

探究風的起源

科學家為研究湍流現象製造的漩渦

地形風

通常情況下,空氣會從高壓區向低壓區流動,風速由壓力差(壓力梯度)控制,當等壓線距離減小時,其速度更高,而風的運行路徑則是順其自然。

如果前方有障礙物阻擋,風不會穿過,它或是以最短路徑繞行,或是被迫爬升產生振盪,這也是引起湍流的重要原因之一。

探究風的起源

山脈會產生垂直方向的振盪風

海風和陸風可能是沿海地區盛行風的重要因素。由於與陸地相比水的比熱更大,海水被太陽溫暖得更慢。陸地表面溫度上升的比較快,土地通過傳導加熱它上方的空氣。暖空氣上升導致從海洋到陸地的壓力梯度約為2毫巴。海面上高壓冷空氣向內陸低壓區流動,在海岸附近產生涼爽的微風。

晚上,由於比熱值的差異,土地比海洋更快地冷卻,溫度變化導致白天海風消散。當陸上溫度低於海上溫度時,水面上方大氣壓力將低於陸地,於是產生陸地風。

"

風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

探究風的起源

大氣壓力會隨溫度變化而發生變化

地球表面因地形地貌的差異、日照強度的變化、水氣蒸發量的不同等一系列複雜的原因,造成了地表空氣形成一個個不同溫度的氣團。在這些氣團相交匯的地方因大氣壓力不同會導致空氣流動,空氣會從壓力高的區域向壓力低的區域傾瀉,這就是風

探究風的起源

全球主要氣團,顏色表示冷暖

大氣環流

大氣環流是覆蓋地球的規模最大、範圍最廣的風。由於地球赤道附近覆蓋著大面積的海洋,這裡的陽光也最強烈,海水在強烈陽光的照射下大量蒸發進入大氣,同時海面的高溫也加熱空氣。海面上方的空氣團受熱形成上升氣流、氣壓降低。

赤道上升的氣體不會堆積,它一方面在高空冷卻形成大規模降水,同時向兩側極地方向移動。當這些空氣移動到南北緯30°附近時,它已經變得又幹又冷,乾冷的空氣因密度增加而下沉,在這一緯度帶形成副熱帶高壓區。到達地面附近再次向赤道流動,補充赤道地區上升的空氣,從而完成一個循環。我們稱這個環流圈為哈德利環流圈或信風環流圈,因為它造就了赤道兩側龐大的信風帶。

探究風的起源

大氣環流形成原因

你也許注意到了,在南北緯30°附近的副熱帶高壓區兩側,大氣環流的方向是不一樣的:在北緯30°線以南吹的是東北信風,以北吹的卻主要是西風。為什麼會出現這種情況?

有三種力量可以控制風的走向:大氣高地壓差造成的壓力梯度變化,地球自轉,摩擦力。

根據之前段落的分析,我們知道空氣會從高壓區向低壓區流動,它應該是直線運動。同時因為地球在一刻不停地自轉,地球自轉會給流動的空氣施加第二個力——科里奧利力

探究風的起源

科里奧利力在轉盤上的模擬,鉛筆移動方向代表流體運動方向

由於科里奧利效應,當風從北緯30°副熱帶高壓區向兩側吹送時,它會呈順時針方向運動,在南半球則方向相反。同樣地,如果在北半球海洋上出現熱帶氣旋或龍捲風,它的轉動方向則是逆時針方向。

探究風的起源

因科里奧利效應,北半球高壓區風向為順時針,低壓區為逆時針

大氣湍流

湍流是不規則的大氣運動,它經常發生在大氣底層的邊界層內、對流雲的雲體內部,以及大氣對流層上部的西風急流區內。當空氣層中具有明顯的風速切變、上層空氣溫度低於下層對流條件時容易發生隨機的湍流現象。

由於太陽對地面各部分加熱並不均衡,大氣的高低壓區域往往是隨機交錯的,因此空氣團在運動過程中會發生隨機的湍流現象。大氣湍流伴隨著物質、能量和動量的傳遞和交換,其運動速度遠大於層流,因此其擴散和剪切應力也非常大。加之湍流隨機發生,風速快、風向不定,突然遭遇的風切變常常對飛機的飛行安全構成威脅。

探究風的起源

科學家為研究湍流現象製造的漩渦

地形風

通常情況下,空氣會從高壓區向低壓區流動,風速由壓力差(壓力梯度)控制,當等壓線距離減小時,其速度更高,而風的運行路徑則是順其自然。

如果前方有障礙物阻擋,風不會穿過,它或是以最短路徑繞行,或是被迫爬升產生振盪,這也是引起湍流的重要原因之一。

探究風的起源

山脈會產生垂直方向的振盪風

海風和陸風可能是沿海地區盛行風的重要因素。由於與陸地相比水的比熱更大,海水被太陽溫暖得更慢。陸地表面溫度上升的比較快,土地通過傳導加熱它上方的空氣。暖空氣上升導致從海洋到陸地的壓力梯度約為2毫巴。海面上高壓冷空氣向內陸低壓區流動,在海岸附近產生涼爽的微風。

晚上,由於比熱值的差異,土地比海洋更快地冷卻,溫度變化導致白天海風消散。當陸上溫度低於海上溫度時,水面上方大氣壓力將低於陸地,於是產生陸地風。

探究風的起源

海風與陸地風的產生因沿海局部氣壓差引起,造成晝夜風向不同

氣旋通常發生在溫暖的海面,偶爾也會因陸地高溫炙烤引發龍捲風。當海面溫度快速升高,迅速蒸發的水氣形成快速上升的低壓區,同時由於地球的旋轉,空氣具有非零的絕對角動量。當空氣徑向向內流動時,它開始循環旋轉(在北半球逆時針旋轉,在南半球順時針旋轉),以保持角動量。於是產生破壞力巨大的氣旋,氣旋通常產生於熱帶海面,因此稱熱帶氣旋。熱帶氣旋在亞洲稱做颱風,在美洲叫颶風。

"

風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

探究風的起源

大氣壓力會隨溫度變化而發生變化

地球表面因地形地貌的差異、日照強度的變化、水氣蒸發量的不同等一系列複雜的原因,造成了地表空氣形成一個個不同溫度的氣團。在這些氣團相交匯的地方因大氣壓力不同會導致空氣流動,空氣會從壓力高的區域向壓力低的區域傾瀉,這就是風

探究風的起源

全球主要氣團,顏色表示冷暖

大氣環流

大氣環流是覆蓋地球的規模最大、範圍最廣的風。由於地球赤道附近覆蓋著大面積的海洋,這裡的陽光也最強烈,海水在強烈陽光的照射下大量蒸發進入大氣,同時海面的高溫也加熱空氣。海面上方的空氣團受熱形成上升氣流、氣壓降低。

赤道上升的氣體不會堆積,它一方面在高空冷卻形成大規模降水,同時向兩側極地方向移動。當這些空氣移動到南北緯30°附近時,它已經變得又幹又冷,乾冷的空氣因密度增加而下沉,在這一緯度帶形成副熱帶高壓區。到達地面附近再次向赤道流動,補充赤道地區上升的空氣,從而完成一個循環。我們稱這個環流圈為哈德利環流圈或信風環流圈,因為它造就了赤道兩側龐大的信風帶。

探究風的起源

大氣環流形成原因

你也許注意到了,在南北緯30°附近的副熱帶高壓區兩側,大氣環流的方向是不一樣的:在北緯30°線以南吹的是東北信風,以北吹的卻主要是西風。為什麼會出現這種情況?

有三種力量可以控制風的走向:大氣高地壓差造成的壓力梯度變化,地球自轉,摩擦力。

根據之前段落的分析,我們知道空氣會從高壓區向低壓區流動,它應該是直線運動。同時因為地球在一刻不停地自轉,地球自轉會給流動的空氣施加第二個力——科里奧利力

探究風的起源

科里奧利力在轉盤上的模擬,鉛筆移動方向代表流體運動方向

由於科里奧利效應,當風從北緯30°副熱帶高壓區向兩側吹送時,它會呈順時針方向運動,在南半球則方向相反。同樣地,如果在北半球海洋上出現熱帶氣旋或龍捲風,它的轉動方向則是逆時針方向。

探究風的起源

因科里奧利效應,北半球高壓區風向為順時針,低壓區為逆時針

大氣湍流

湍流是不規則的大氣運動,它經常發生在大氣底層的邊界層內、對流雲的雲體內部,以及大氣對流層上部的西風急流區內。當空氣層中具有明顯的風速切變、上層空氣溫度低於下層對流條件時容易發生隨機的湍流現象。

由於太陽對地面各部分加熱並不均衡,大氣的高低壓區域往往是隨機交錯的,因此空氣團在運動過程中會發生隨機的湍流現象。大氣湍流伴隨著物質、能量和動量的傳遞和交換,其運動速度遠大於層流,因此其擴散和剪切應力也非常大。加之湍流隨機發生,風速快、風向不定,突然遭遇的風切變常常對飛機的飛行安全構成威脅。

探究風的起源

科學家為研究湍流現象製造的漩渦

地形風

通常情況下,空氣會從高壓區向低壓區流動,風速由壓力差(壓力梯度)控制,當等壓線距離減小時,其速度更高,而風的運行路徑則是順其自然。

如果前方有障礙物阻擋,風不會穿過,它或是以最短路徑繞行,或是被迫爬升產生振盪,這也是引起湍流的重要原因之一。

探究風的起源

山脈會產生垂直方向的振盪風

海風和陸風可能是沿海地區盛行風的重要因素。由於與陸地相比水的比熱更大,海水被太陽溫暖得更慢。陸地表面溫度上升的比較快,土地通過傳導加熱它上方的空氣。暖空氣上升導致從海洋到陸地的壓力梯度約為2毫巴。海面上高壓冷空氣向內陸低壓區流動,在海岸附近產生涼爽的微風。

晚上,由於比熱值的差異,土地比海洋更快地冷卻,溫度變化導致白天海風消散。當陸上溫度低於海上溫度時,水面上方大氣壓力將低於陸地,於是產生陸地風。

探究風的起源

海風與陸地風的產生因沿海局部氣壓差引起,造成晝夜風向不同

氣旋通常發生在溫暖的海面,偶爾也會因陸地高溫炙烤引發龍捲風。當海面溫度快速升高,迅速蒸發的水氣形成快速上升的低壓區,同時由於地球的旋轉,空氣具有非零的絕對角動量。當空氣徑向向內流動時,它開始循環旋轉(在北半球逆時針旋轉,在南半球順時針旋轉),以保持角動量。於是產生破壞力巨大的氣旋,氣旋通常產生於熱帶海面,因此稱熱帶氣旋。熱帶氣旋在亞洲稱做颱風,在美洲叫颶風。

探究風的起源

熱帶氣旋的剖面結構

總結

風由空氣流動產生,空氣流動的原因在於地球大氣受熱不均導致各個緯度、各個地區氣壓差異。

大氣壓力並不恆定,當空氣受熱,它會膨脹上升,熱空氣所在的區域氣壓降低,相鄰的冷空氣會彌補熱空氣留下的空間,從而形成風。

地球上最大範圍的風就是大氣環流。由於科里奧利效應,在地球不同緯度造就了不同的方向的風帶。

大氣環流不是地球上風產生的唯一因素,由於地形地貌差異,以及各地區受熱不均,在地球各個地方都有地形風產生。

風是地球表面最多變的氣候因素之一,也是塑造地形地貌的卓越大師,我們應該用心研究和了解它。

"

風是怎麼產生的?

你一定覺得這個問題很可笑——小孩子都知道,空氣流動形成風,風是因為空氣流動形成的嘛!

那麼,空氣為什麼會流動?我指的當然不是你打開電風扇,更不是你鼓起腮幫子吹一口氣,而是自然界大規模的空氣流動,你知道答案嗎?

今天我們就來談一談風的起源,從科學的角度探究大氣壓力、地球轉動以及熱力分佈對風的影響。然後你就會知道,風,絕不是吹一吹那麼簡單。

探究風的起源

在大風中搖曳的櫻桃樹

大氣壓力

我們的地球表面覆蓋著厚厚的大氣,它主要由氮氣和氧氣構成,這兩種氣體佔到了大氣體積的99%以上。氣體是物質,它們也是有質量的,地球大氣的總質量達到約5.15×10¹⁸ kg。我們所說的氣壓,就是每單位面積的大氣壓力,也就是它上方空氣柱的重力。

你可能會說:這很簡單啊!誰都知道一個標準大氣壓是760mm汞柱高、是101325 帕斯卡,相當於每平方米要承受10.3噸的壓力。

探究風的起源

大氣壓的測量

很好,你的回答很正確。但這是“一個標準大氣壓”,它既是一個測量值,也是一個規定值。即:當溫度為0℃、在緯度45度海平面、水銀氣壓表上的數值為760毫米水汞柱高(相當於1013.25百帕),這就是一個標準大氣壓。

事實上,在緯度為45度的海平面,溫度並不總是維持在0℃,而只要溫度發生變化,氣壓也隨之發生變化。這是因為隨著溫度的升高,空氣分子的運動速度會加快,彼此之間會遠離,空氣密度隨之減小;反之,溫度的降低會導致空氣密度增加。而一個地區大氣厚度基本不變,密度增加就意味著這個地區上空有更多的空氣,其大氣壓力自然增加了。

探究風的起源

大氣壓力會隨溫度變化而發生變化

地球表面因地形地貌的差異、日照強度的變化、水氣蒸發量的不同等一系列複雜的原因,造成了地表空氣形成一個個不同溫度的氣團。在這些氣團相交匯的地方因大氣壓力不同會導致空氣流動,空氣會從壓力高的區域向壓力低的區域傾瀉,這就是風

探究風的起源

全球主要氣團,顏色表示冷暖

大氣環流

大氣環流是覆蓋地球的規模最大、範圍最廣的風。由於地球赤道附近覆蓋著大面積的海洋,這裡的陽光也最強烈,海水在強烈陽光的照射下大量蒸發進入大氣,同時海面的高溫也加熱空氣。海面上方的空氣團受熱形成上升氣流、氣壓降低。

赤道上升的氣體不會堆積,它一方面在高空冷卻形成大規模降水,同時向兩側極地方向移動。當這些空氣移動到南北緯30°附近時,它已經變得又幹又冷,乾冷的空氣因密度增加而下沉,在這一緯度帶形成副熱帶高壓區。到達地面附近再次向赤道流動,補充赤道地區上升的空氣,從而完成一個循環。我們稱這個環流圈為哈德利環流圈或信風環流圈,因為它造就了赤道兩側龐大的信風帶。

探究風的起源

大氣環流形成原因

你也許注意到了,在南北緯30°附近的副熱帶高壓區兩側,大氣環流的方向是不一樣的:在北緯30°線以南吹的是東北信風,以北吹的卻主要是西風。為什麼會出現這種情況?

有三種力量可以控制風的走向:大氣高地壓差造成的壓力梯度變化,地球自轉,摩擦力。

根據之前段落的分析,我們知道空氣會從高壓區向低壓區流動,它應該是直線運動。同時因為地球在一刻不停地自轉,地球自轉會給流動的空氣施加第二個力——科里奧利力

探究風的起源

科里奧利力在轉盤上的模擬,鉛筆移動方向代表流體運動方向

由於科里奧利效應,當風從北緯30°副熱帶高壓區向兩側吹送時,它會呈順時針方向運動,在南半球則方向相反。同樣地,如果在北半球海洋上出現熱帶氣旋或龍捲風,它的轉動方向則是逆時針方向。

探究風的起源

因科里奧利效應,北半球高壓區風向為順時針,低壓區為逆時針

大氣湍流

湍流是不規則的大氣運動,它經常發生在大氣底層的邊界層內、對流雲的雲體內部,以及大氣對流層上部的西風急流區內。當空氣層中具有明顯的風速切變、上層空氣溫度低於下層對流條件時容易發生隨機的湍流現象。

由於太陽對地面各部分加熱並不均衡,大氣的高低壓區域往往是隨機交錯的,因此空氣團在運動過程中會發生隨機的湍流現象。大氣湍流伴隨著物質、能量和動量的傳遞和交換,其運動速度遠大於層流,因此其擴散和剪切應力也非常大。加之湍流隨機發生,風速快、風向不定,突然遭遇的風切變常常對飛機的飛行安全構成威脅。

探究風的起源

科學家為研究湍流現象製造的漩渦

地形風

通常情況下,空氣會從高壓區向低壓區流動,風速由壓力差(壓力梯度)控制,當等壓線距離減小時,其速度更高,而風的運行路徑則是順其自然。

如果前方有障礙物阻擋,風不會穿過,它或是以最短路徑繞行,或是被迫爬升產生振盪,這也是引起湍流的重要原因之一。

探究風的起源

山脈會產生垂直方向的振盪風

海風和陸風可能是沿海地區盛行風的重要因素。由於與陸地相比水的比熱更大,海水被太陽溫暖得更慢。陸地表面溫度上升的比較快,土地通過傳導加熱它上方的空氣。暖空氣上升導致從海洋到陸地的壓力梯度約為2毫巴。海面上高壓冷空氣向內陸低壓區流動,在海岸附近產生涼爽的微風。

晚上,由於比熱值的差異,土地比海洋更快地冷卻,溫度變化導致白天海風消散。當陸上溫度低於海上溫度時,水面上方大氣壓力將低於陸地,於是產生陸地風。

探究風的起源

海風與陸地風的產生因沿海局部氣壓差引起,造成晝夜風向不同

氣旋通常發生在溫暖的海面,偶爾也會因陸地高溫炙烤引發龍捲風。當海面溫度快速升高,迅速蒸發的水氣形成快速上升的低壓區,同時由於地球的旋轉,空氣具有非零的絕對角動量。當空氣徑向向內流動時,它開始循環旋轉(在北半球逆時針旋轉,在南半球順時針旋轉),以保持角動量。於是產生破壞力巨大的氣旋,氣旋通常產生於熱帶海面,因此稱熱帶氣旋。熱帶氣旋在亞洲稱做颱風,在美洲叫颶風。

探究風的起源

熱帶氣旋的剖面結構

總結

風由空氣流動產生,空氣流動的原因在於地球大氣受熱不均導致各個緯度、各個地區氣壓差異。

大氣壓力並不恆定,當空氣受熱,它會膨脹上升,熱空氣所在的區域氣壓降低,相鄰的冷空氣會彌補熱空氣留下的空間,從而形成風。

地球上最大範圍的風就是大氣環流。由於科里奧利效應,在地球不同緯度造就了不同的方向的風帶。

大氣環流不是地球上風產生的唯一因素,由於地形地貌差異,以及各地區受熱不均,在地球各個地方都有地形風產生。

風是地球表面最多變的氣候因素之一,也是塑造地形地貌的卓越大師,我們應該用心研究和了解它。

探究風的起源

風的雕塑作品

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