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风的产生

发布时间:2015-05-27

空气的流动就出现了风,是什么因素推动了空气的流动?按照物理学的观点,物体运动必须借助力的作用。科学家根据这个道理,找出了促使空气运动的4种力。 

1、水平气压梯度力

  地球上空充满着空气,受人类活动和大自然运动的影响,空气中的冷热程度不同,热空气比冷空气轻,就向上浮动,而冷空气马上流动过来予以补充。地面和海洋上的空气被太阳照热后就往上升,别处的冷空气就进行补充,这种空气流动现象可用物理学上的气压来解释。由于人类和动物等居住及水陆分布的不均匀,空气中的热量分布也不均匀,位于地球上同一髙度的不同地点,其气压一般不等,在同一个空气块中,如果一边气压比另一 边高,则在水平方向上就存在着气压差。类似于水往低处流的道理一样,空气块在气压差的影响下,将从高气压区流向低气压 区。气象学中,把因气压在水平方向上的分布不同而作用在单位 质量(1千克)空气抉上的力叫做水平气压梯度力。该值的大小与风的、小成正比,因此,水平气压梯度力是推动空气流动的主要因素。

  2、地球自转偏向力

  由于地球总是处于不停地自转当中,地球表面运动的物体要受到一种使自己有规律发生偏转的惯性力的作用,这种力气象学中称做地球自转偏向力。这种现象是1835年由法国学者科里奥利发现的,故物理学中叫做科甩奥利力,简称科氏力。其实,公元前340年,亚里士多德在《气象学》第2卷中曾指出,“风的移动是斜向的,这是由于散发物(风)垂直地从地上升起后,因环绕着整个气流服从天(地球)移动的结果”。尽管他当时并不知道科氏力的性质及其产生的原因,但他似乎已经注意到了科氏力这种现象。

  科氏力只是在空气相对于地面有运动时才产生,空气静止时,则不会受到科氏力的作用。在北半球,科氏力方向总是垂直指向空气运动的右方,使空气向右偏转;其大小在极地为最大, 随纬度减小而减小,赤道为最小,几乎为零。在南半球,科氏力方向与北半球刚好相反,其他情况则相同。

  3、摩擦力

  由于地面起伏不平,当空气在地球表面运动时,必然会受到地表的阻力,叫做外摩擦力。空气内部不同气层的运动速度不同,它们之同存在着相对运动,在气层面上也必然产生摩擦力; 气体分子的黏性运动也会产生分子摩擦力。这些摩擦力因在内部产生,故叫做内摩擦力。空气所受到的摩擦力一般有内摩擦力和外摩擦力两种。

  在近地面层,摩擦力对空气运动的影响最大;随着高度的增加,摩擦力对空气运动的影响逐渐减弱,到达一定髙度后,摩擦力影响很小,可以忽略不计。在这个高度以上就是自由大气,以下则为摩擦层。摩擦力对于兴风、成云、致雨等都有重要作用。

  4、惯性离心力

  常乘车的人会有这样的体会,当车向一侧拐弯时,车里的人往往向另一侧倒,这就是惯性离心力的影响,拐弯越大,离心力越大。同样,空气做曲线运动时,也要受到惯性离心力的作用, 力的方向指向弯曲路径凸出的一边。

  惯性离心力只改变空气运动的方向,不改变运动速度。平时,空气运动的曲率半径很小,惯性离心力就很小。只有在风速大、曲率半径小的龙卷风中,惯性离心力才能达到很大值,以致于超过地球偏转力。

  空气就是在上述4种力的共同作用下,产生了流动,从而形成了风。