風是怎麼形成的

大氣的水平運動稱為風。空氣運動是在力的作用下產生的,作用於空氣的力有重力、氣壓梯度力、地轉偏向力、地面摩擦力。這些力的性質各不相同,對大氣運動產生的作用也不一樣。

在近地面,因為慣性離心力較小可以忽略不計,風主要受三個力的影響:有重力、氣壓梯度力、地轉偏向力、摩擦力。

1.水平氣壓梯度力。氣壓梯度是一個向量,它垂直於等壓面,由高壓指向低壓,數值等於單位距離內的氣壓差。水平氣壓梯度的單位通常用hPa/赤道度表示(1赤道度等於在赤道上經度相差1度間的距離,約為111km)。水平氣壓梯度很小,一般為1hPa/赤道度~3hPa/赤道度。而垂直氣壓梯度在低層大氣可達1hPa/10m,相當於水平氣壓梯度的十萬倍。但有重力與其平衡,因此,運動的空氣所受的總垂直分力並不大,對空氣產生運動的作用並不如水平氣壓梯度明顯。水平氣壓梯度雖小,卻是推動空氣運動的起始動力,是空氣產生水平運動的直接原因和動力。

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2.地轉偏向力。空氣在轉動的地球表面按水平氣壓梯度力方向運動的同時,會受到地球自轉偏向力的影響。全球各緯度帶的地轉偏向力數值大小不等,赤道上的地轉偏向力為零,極地的地轉偏向力最大,其他緯度的地轉偏向力介於兩者之間。地轉偏向力的方向在北半球指向物體運動的右方,在南半球指向物體運動的左方。地轉偏向力只在空氣相對於地表有運動時才產生,並且只改變空氣運動的方向(風向),而不改變空氣的運動速率(風速)。

3.摩擦力。大氣運動中受到的摩擦力一般分為內摩擦力和外摩擦力。內摩擦力是在速度不同或方向不同的相互接觸的兩個空氣層之間產生的一種相互牽制的力,它主要通過湍流交換作用使氣流速度發生改變,也稱湍流摩擦力,其數值很小,往往不予考慮。外摩擦力是空氣貼近下墊面運動時,下墊面對空氣運動的阻力。它的方向與空氣運動方向相反。一般海洋上摩擦力小,陸地上摩擦力大,所以海上風大,陸上風小。摩擦力可減小空氣運動的速度,並引起地轉偏向力相應減小。摩擦力對運動空氣的影響以近地面最為顯著,隨著高度的增加而逐漸減小,到1km—2km高度以上,摩擦力的影響已小到可忽略不計。因此,把此高度以下稱為摩擦層,以上稱為自由大氣。

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形成風的直接原因,是水平氣壓梯度力。風受大氣環流、地形、水域等不同因素的綜合影響,表現形式多種多樣,如季風、地方性的海陸風、山谷風、焚風等。

簡單地說,風是空氣分子的運動。要理解風的成因,先要弄清兩個關鍵的概念:空氣和氣壓。

空氣的構成包括:氮分子(占空氣總體積的78%)、氧分子(約佔 21%)、水蒸氣和其他微量成分。所有空氣分子以很快的速度移動著,彼此之間迅速碰撞,並和地平線上任何物體發生碰撞。

氣壓可以定義為:在一個給定區域內,空氣分子在該區域施加的壓力大小。一般而言,在某個區域空氣分子存在越多,這個區域的氣壓就越大。

相應來說,風是氣壓梯度力作用的結果。而氣壓的變化,有些是風暴引起的,有些是地表受熱不均引起的,有些是在一定的水平區域上,大氣分子被迫從氣壓相對較高的地帶流向低氣壓地帶引起的。

大部分顯示在氣象圖上的高壓帶和低壓帶,只是形成了伴隨我們的溫和的微風。而產生微風所需的氣壓差僅佔大氣壓力本身的1%,許多區域範圍內都會發生這種氣壓變化。相對而言,強風暴的形成源於更大、更集中的氣壓區域的變化。

自從十七世紀出現了氣壓表,指出空氣有重量因而有壓力這個事實以後,為人們尋找風的奧秘提供了開竅的鑰匙。十九世紀初,有人根據各地氣壓與風的觀測資料,畫出了第一張氣壓與風的分布圖。這種圖不僅顯示了風從氣壓高的區域吹向氣壓低的區域,而且還指明了風的行進路線並不直接從高氣壓區吹向低氣壓區,而是一個向右偏斜的角度。

一百多年來,人們抓住氣壓與風的關係這一條從實踐中得來的線索,進一步深入探究,總結出一套比較完整的關於風的理論。風朝什麼地方吹?為什麼風有時候刮起來特別迅猛有勁,而有時候卻懶散無力,銷聲匿跡?這完全是由氣壓高低、氣溫冷暖等大氣內部矛盾運動的客觀規律在支配著的。人們不僅用這種規律來解釋風的起因,而且還用這些規律來預測風的行蹤。

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