科(kē)普小(xiǎo)知(zhī)識 | 風(fē" ng)是(shì)怎麽産生(shēng)的δ↔(de)？讓我們來(lái)探究風(fēng)的(≈φ"λde)起源

風(fēng)是(shì)怎麽産生(shēng)的(de)？ε←

你(nǐ)一(yī)定覺得(de)這(zhè)個(gè)問(wèn)題很(hě>×≠n)可(kě)笑(xiào)——小(xiǎo)孩子(zǐ)都(dōu)±≤知(zhī)道(dào)，空(kōng)氣流動形成風(fσⶩēng)，風(fēng)是(shì)因為₩₩(wèi)空(kōng)氣流動形成的(de)嘛！

那(nà)麽，空(kōng)氣為(wèi)什(shén)麽會(huì)流動？我"←≥≈指的(de)當然不(bù)是(shì)你(nǐ)打開(kāi)電(<φγdiàn)風(fēng)扇，更不(bù)是(shì)你(nǐ)鼓起腮幫≈  子(zǐ)吹一(yī)口氣，而是(shì)自(zì)然界大(dà₩γδ→)規模的(de)空(kōng)氣流動，你(nǐ)知÷∏(zhī)道(dào)答(dá)案嗎(ma)？

今天我們就(jiù)來(lái)談一(yī)談風(fēng)∑ 的(de)起源，從(cóng)科(kē)學的≤↑™÷(de)角度探究大(dà)氣壓力、地(dì)球轉動以及熱♥©↕₩(rè)力分(fēn)布對(duì)風(fēng)的(de)影(y★₹ ♣ǐng)響。然後你(nǐ)就(jiù)會(huì)知(zhī)道(dào)₽&↔，風(fēng)，絕不(bù)是(shì)吹一(yī)吹那∞☆™(nà)麽簡單。

· 大(dà)氣壓力

我們的(de)地(dì)球表面覆蓋著(zhe)×∏厚厚的(de)大(dà)氣，它主要(yào)由氮氣和(hé)氧氣☆✔'γ構成，這(zhè)兩種氣體(tǐ)占到(dào₽↓' )了(le)大(dà)氣體(tǐ)積的(de)99%以上(shà∞ αng)。氣體(tǐ)是(shì)物(wù)質，它們也(yě)•σ©是(shì)有(yǒu)質量的(de)，地(dì‌∑)球大(dà)氣的(de)總質量達到(dào)約5.15×1♠₩018 kg。我們所說(shuō)的(de)氣壓，就(jiù)是(shì)每♣©'單位面積的(de)大(dà)氣壓力，也(yě)就(jiù)是(shì)它上(s¥✘™hàng)方空(kōng)氣柱的(de)重力。

你(nǐ)可(kě)能(néng)會(huì)說(shuō&₽™)：這(zhè)很(hěn)簡單啊！誰都(dōu)知(zhī)道(dào)一(∑δΩyī)個(gè)标準大(dà)氣壓是(shì)760mm汞柱高(‍δ≥βgāo)、是(shì)101325 帕斯卡，相(xiàng)當于每平方米要(≈ ✘yào)承受10.3噸的(de)壓力。

大(dà)氣壓的(de)測量

很(hěn)好(hǎo)，你(nǐ)的(de)回答(dá)很(hěn​≈£)正确。但(dàn)這(zhè)是(shì)“一(yī)個(g£↓ ♥è)标準大(dà)氣壓”，它既是(shì)一(yī)個•∏¶(gè)測量值，也(yě)是(shì)一(yī)個(gè)規定值γ•。即：當溫度為(wèi)0℃、在緯度45度海(hǎi)平面、↑↔水(shuǐ)銀(yín)氣壓表上(shàng)的(‍∞εde)數(shù)值為(wèi)760毫米水(shuǐ€×∏‍)汞柱高(gāo)（相(xiàng)當于1013.25百帕），這(zhèש<<)就(jiù)是(shì)一(yī)個(gè)标準大(dà)↓‌₹<氣壓。

事(shì)實上(shàng)，在緯度為(wèi)4✔®§5度的(de)海(hǎi)平面，溫度并不(bù)總是(shì)維持在0℃÷♣∏，而隻要(yào)溫度發生(shēng)變化(​•←​huà)，氣壓也(yě)随之發生(shēng)變化★★★(huà)。這(zhè)是(shì)因為(wèi)随著(zhe)溫度的•♥(de)升高(gāo)，空(kōng)氣分(fēn)子(zǐ)的(d>‌e)運動速度會(huì)加快(kuài)，彼此之間(jiān)會(huì)遠(♣≤δyuǎn)離(lí)，空(kōng)氣密度随之減≤σ•小(xiǎo)；反之，溫度的(de)降低(dī)會(huì)導緻σΩ空(kōng)氣密度增加。而一(yī)個(gè)地​δ(dì)區(qū)大(dà)氣厚度基本不(bù)變，密度增加就(jiù)意β£↓≠味著(zhe)這(zhè)個(gè)地(dì∞™α)區(qū)上(shàng)空(kōng)有↔±¶(yǒu)更多(duō)的(de)空(kōng)氣，其大(dà)氣壓力自(zì $)然增加了(le)。

大(dà)氣壓力會(huì)随溫度變化(huà)而發生(shēng)變化(hδ÷uà)

地(dì)球表面因地(dì)形地(dì)貌的(de©★<✔)差異、日(rì)照(zhào)強度的(de)變化(huà)、水(s‌™∏→huǐ)氣蒸發量的(de)不(bù)同等一(yī)系列複雜(zá)的₩™↔(de)原因，造成了(le)地(dì)表空(kō↔γ♣↕ng)氣形成一(yī)個(gè)個(gè)不(bù)同溫度的(de"®♣ )氣團。在這(zhè)些(xiē)氣團相(xiàng)交彙的(de)地(dì♣★•)方因大(dà)氣壓力不(bù)同會(huì)導≥↓緻空(kōng)氣流動，空(kōng)氣會±÷£‌(huì)從(cóng)壓力高(gāo)的(de)區(qū)域≈β☆向壓力低(dī)的(de)區(qū)域傾瀉，這(zhè<♠)就(jiù)是(shì)風(fēng)。

全球主要(yào)氣團，顔色表示冷(lěng)暖

· 大(dà)氣環流

大(dà)氣環流是(shì)覆蓋地(dì)球&♥ε的(de)規模最大(dà)、範圍最廣的(de)風(fēng)。由于地(₩÷→αdì)球赤道(dào)附近(jìn)覆蓋著(zhe)大(dà"←)面積的(de)海(hǎi)洋，這(zh♦ è)裡(lǐ)的(de)陽光(guāng)也(yě₹'≥)最強烈，海(hǎi)水(shuǐ)在強烈陽光(guāng)<Ω↑的(de)照(zhào)射下(xià)大(dà)量蒸發進入大(d™×à)氣，同時(shí)海(hǎi)面的(de)高(gāo)溫也(yě)加熱©↑(rè)空(kōng)氣。海(hǎi)面上(↔γshàng)方的(de)空(kōng)氣團受熱(rè)形成上(shàng)升氣♣↓♥±流、氣壓降低(dī)。

赤道(dào)上(shàng)升的(de)氣體(tǐ)不(bù)會(h✘♠uì)堆積，它一(yī)方面在高(gāo)空(kōng)冷(γβ£lěng)卻形成大(dà)規模降水(shuǐ)，同時(sh₹γ✔í)向兩側極地(dì)方向移動。當這(zhè)些(xiē)空(kōn∏∑©₩g)氣移動到(dào)南(nán)北(běi)緯30°附近(jìn)時(₹&♠shí)，它已經變得(de)又(yòu)幹又(yòu)冷(lě→∞®ng)，幹冷(lěng)的(de)空(kōng)氣因密度增加而下(xià)♠¶'沉，在這(zhè)一(yī)緯度帶形成副熱(rè)帶高©∏♦¶(gāo)壓區(qū)。到(dào)達地(dì)面附近(jì¶↕↔♠n)再次向赤道(dào)流動，補充赤道(dào)地(dì)區(qū)上(s&₹hàng)升的(de)空(kōng)氣，從><‍✔(cóng)而完成一(yī)個(gè)循環。我們稱這(zhè)個(gè)環♥☆流圈為(wèi)哈德利環流圈或信風(fēng →)環流圈，因為(wèi)它造就(jiù)了(le)赤道(dào)兩側龐大(∏π¥dà)的(de)信風(fēng)帶。

大(dà)氣環流形成原因

你(nǐ)也(yě)許注意到(dào)了(le)，在南(nán)北(běi)緯 €30°附近(jìn)的(de)副熱(rè)帶高(gāo)壓區(qū)兩€‍側，大(dà)氣環流的(de)方向是(shì)不(bù)一(yī₹≥γε)樣的(de)：在北(běi)緯30°線以南(nán)吹的(de)™π≥✔是(shì)東(dōng)北(běi)信風">€(fēng)，以北(běi)吹的(de)卻主要(yào)是φ £(shì)西(xī)風(fēng)。為(w♠✔©λèi)什(shén)麽會(huì)出現(xiàn)這(zhè)種情況？

有(yǒu)三種力量可(kě)以控制(zhì)風(fēng)的(d↓∞γe)走向：大(dà)氣高(gāo)地(dì)壓差造成的γ↑(de)壓力梯度變化(huà)，地(dì)球自(zì)轉，摩¶≥×♦擦力。

根據之前段落的(de)分(fēn)析，我們知(₹> zhī)道(dào)空(kōng)氣會(↕≈huì)從(cóng)高(gāo)壓區(←≈qū)向低(dī)壓區(qū)流動，它應該是(shì)直線運動。↕★®×同時(shí)因為(wèi)地(dì)球在一(yī€€ π)刻不(bù)停地(dì)自(zì)轉，地(dì)♣↕↔↕球自(zì)轉會(huì)給流動的(de)空(kōng)氣施加第二個(gè)>γ力——科(kē)裡(lǐ)奧利力。

科(kē)裡(lǐ)奧利力在轉盤上(shàng)的(de)模拟，鉛筆←↔ ♣(bǐ)移動方向代表流體(tǐ)運動方向©↓ <

由于科(kē)裡(lǐ)奧利效應，當風(fēng)從(cóng)北 ±(běi)緯30°副熱(rè)帶高(gā♠✔©§o)壓區(qū)向兩側吹送時(shí)，它會(h$$♦σuì)呈順時(shí)針方向運動，在南(nán)半球則∞×✔方向相(xiàng)反。同樣地(dì)，如(rú)果在•≤ε"北(běi)半球海(hǎi)洋上(shàng)出現(xiàn)熱(rè)帶氣↓§旋或龍卷風(fēng)，它的(de)轉動方向↔‌則是(shì)逆時(shí)針方向。

因科(kē)裡(lǐ)奧利效應，北(běi)半球高(gā★£o)壓區(qū)風(fēng)向為(wèi)£∑≠↕順時(shí)針，低(dī)壓區(qū)為(wèi)逆♣ €γ時(shí)針

· 大(dà)氣湍流

湍流是(shì)不(bù)規則的(de)大(d 'à)氣運動，它經常發生(shēng)在大(dà)氣底層的(de)邊界層內(n↑&èi)、對(duì)流雲的(de)雲體(tǐ)內(nèi)部，&©φ以及大(dà)氣對(duì)流層上(shàng)部的(de)西(÷₽xī)風(fēng)急流區(qū)內(nè ¥&i)。當空(kōng)氣層中具有(yǒu↕σ₩)明(míng)顯的(de)風(fēng)速切'$₩>變、上(shàng)層空(kōng)氣溫度低(dī)&€€于下(xià)層對(duì)流條件(jiàn)時(sβ©‌☆hí)容易發生(shēng)随機(jī)的(de)湍流現(xiΩγ✔àn)象。

由于太陽對(duì)地(dì)面各部分(fēn)加熱(rè)并不(bù)‌★均衡，大(dà)氣的(de)高(gāo)低(dī)壓區( λqū)域往往是(shì)随機(jī)交錯(cuò)的(σ≠de)，因此空(kōng)氣團在運動過程™←"中會(huì)發生(shēng)随機(jī)的(de)湍流現&§(xiàn)象。大(dà)氣湍流伴随著(zε≠ αhe)物(wù)質、能(néng)量和(h‌♥↔‍é)動量的(de)傳遞和(hé)交換，其運動速度遠(yuǎ'®n)大(dà)于層流，因此其擴散和(hé)剪£ε≥♠切應力也(yě)非常大(dà)。加之湍流随機(j "ππī)發生(shēng)，風(fēng)速快(kuài)、風(fēng)向不(b$→ù)定，突然遭遇的(de)風(fēng)切變常常對(duì)飛(fēi)機β≠≤(jī)的(de)飛(fēi)行(xíng)安全構成威脅±§。

科(kē)學家(jiā)為(wèi)研究湍¶ 流現(xiàn)象制(zhì)造的(de)漩渦

· 地(dì)形風(fēng)

通(tōng)常情況下(xià)，空(kō☆↓γng)氣會(huì)從(cóng)高(gāo)壓™≤☆區(qū)向低(dī)壓區(qū)流動，風(fēn★‌g)速由壓力差（壓力梯度）控制(zhì)，當等壓線距離(lí)減小(xiǎ↓>₩¶o)時(shí)，其速度更高(gāo)，而風(fēng)的(←↕αde)運行(xíng)路(lù)徑則是(shì)順其自(zì)然。

如(rú)果前方有(yǒu)障礙物(wù)阻擋，風(fēng)不φ®↕(bù)會(huì)穿過，它或是(shì∏γ≠)以最短(duǎn)路(lù)徑繞行(xíng)，或是✔→γ←(shì)被迫爬升産生(shēng)振蕩，這(zhè)也(yě)是(shì)引•♥≥起湍流的(de)重要(yào)原因之一(yī)。

山(shān)脈會(huì)産生(shēn≠®g)垂直方向的(de)振蕩風(fēng)

海(hǎi)風(fēng)和(hé)陸風(fēng)可≠✔ ♠(kě)能(néng)是(shì)沿海(hǎi)地(dì)區(qū)盛行&‌₩(xíng)風(fēng)的(de)重要(yào↕€)因素。由于與陸地(dì)相(xiàng)比水(shuǐ)的(∑♥¶de)比熱(rè)更大(dà)，海(hǎi)水(shuǐ)被太陽溫暖得♣←&(de)更慢(màn)。陸地(dì)表面溫度上(shàng)₩ε≤β升的(de)比較快(kuài)，土(tǔ)地(dì)通(tōng ®★)過傳導加熱(rè)它上(shàng)方的(de)¶β"空(kōng)氣。暖空(kōng)氣上(shàng)升導緻從(cóng)海(h$∏£♠ǎi)洋到(dào)陸地(dì)的(de)壓力梯度‌↕約為(wèi)2毫巴。海(hǎi)面上(shàng)高(gāo♠<♥)壓冷(lěng)空(kōng)氣向內(nèi)陸低(dī)壓區(q✔γ ₩ū)流動，在海(hǎi)岸附近(jìn)産生(shēng)涼爽的(de)微∑ε↔(wēi)風(fēng)。

晚上(shàng)，由于比熱(rè)值的(de)差異，土(tǔ$ε₽)地(dì)比海(hǎi)洋更快(kuài)地(dπ↕ì)冷(lěng)卻，溫度變化(huà)導緻白(bái)天海(h↓∑ǎi)風(fēng)消散。當陸上(shàng)溫度低(d≠φī)于海(hǎi)上(shàng)溫度時(sh→¶í)，水(shuǐ)面上(shàng)方大(£γdà)氣壓力将低(dī)于陸地(dì)，于是(shì)産↓™ 生(shēng)陸地(dì)風(fēng)。

海(hǎi)風(fēng)與陸地(dì)風(fēng)的(de)産生(s✔βδ♥hēng)因沿海(hǎi)局部氣壓差引起，造成晝夜風(fēng)向不(bù) φ同

氣旋通(tōng)常發生(shēng)在溫暖的(d✔ e)海(hǎi)面，偶爾也(yě)會(huì) ₹↓₽因陸地(dì)高(gāo)溫炙烤引發龍卷風(fēng)。當海(h✘±ǎi)面溫度快(kuài)速升高(gāo)，迅速>&δ×蒸發的(de)水(shuǐ)氣形成快(kuài)速上(shàng)☆ ♣升的(de)低(dī)壓區(qū)，同時(shí)由于地(dì)球×≈☆<的(de)旋轉，空(kōng)氣具有(yǒu)非零的(de)絕對(duì)♠φ™≈角動量。當空(kōng)氣徑向向內(nèi)流動時(shí)β÷，它開(kāi)始循環旋轉（在北(běi)半球逆時(shí)針旋轉，$•↓在南(nán)半球順時(shí)針旋轉），以保持角動量。于是(shì)産生(s≤>hēng)破壞力巨大(dà)的(de)氣旋，氣旋通(tōng)常産生(sh≈₩ēng)于熱(rè)帶海(hǎi)面，因此稱熱(rè)帶氣旋。§↔​÷熱(rè)帶氣旋在亞洲稱做(zuò)台風(✘γ₹εfēng)，在美(měi)洲叫飓風(fēng)。

熱(rè)帶氣旋的(de)剖面結構

· 總結

風(fēng)由空(kōng)氣流動産生(s≤δ<hēng)，空(kōng)氣流動的(de)原因在于地(dì)球大(dà)氣受熱Ω←<$(rè)不(bù)均導緻各個(gè)緯度、各個(gè)地(dì)區(☆×>qū)氣壓差異。

大(dà)氣壓力并不(bù)恒定，當空(kōng)氣受₩&♥熱(rè)，它會(huì)膨脹上(shàng)升，熱(rè)空(kōngλ↑)氣所在的(de)區(qū)域氣壓降低(dī)，相(xiàng)鄰的Ω♠₽₩(de)冷(lěng)空(kōng)氣會₽→£₹(huì)彌補熱(rè)空(kōng)氣留下(xià)的(→♥∞de)空(kōng)間(jiān)，從(cóng)而形成風(fēγ↔π±ng)。

地(dì)球上(shàng)最大(dà)範圍的(de)風(✔∑∏fēng)就(jiù)是(shì)大(dà) ♣₩氣環流。由于科(kē)裡(lǐ)奧利效應，在地(d&↔ì)球不(bù)同緯度造就(jiù)了(le)不(bù)同的(d↕α≤φe)方向的(de)風(fēng)帶。

大(dà)氣環流不(bù)是(shì)地(dì)球上(shà♥ε<₽ng)風(fēng)産生(shēng)的(de>♣)唯一(yī)因素，由于地(dì)形地(dì)貌差異，以及各地(dì)區(q•×<ū)受熱(rè)不(bù)均，在地(dì)球各個(gè)地(®​&dì)方都(dōu)有(yǒu)地(dì)形'¶≥風(fēng)産生(shēng)。

風(fēng)是(shì)地(dì)球表面最多(duō)變的(de)氣候因>"素之一(yī)，也(yě)是(shì)塑造地(dì)形地(dì)貌的(de)卓←&越大(dà)師(shī)，我們應該用(yòng)心研究和(hé)了(le)解它✘λ∑。

風(fēng)的(de)雕塑作(zuò)品

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