17.风是怎样形成的
风,摸不着,看不见,但可以感觉出来。你看树枝在摇晃,雪花在空中飞舞,有时尘土飞扬,这些都是风的踪迹、风的作用。
风是怎样形成的呢?简单地说,空气的流动便是风。夏天乘凉的时候,用扇子扇一下,便会有一股凉风扑面而来,这就是扇子强迫周围空气流动的结果。那么,空气大范围的流动,是怎么形成的呢?
原来地球表面各个地方接受太阳的热量并不一样,有的地方接受得多,空气变暖,温度升高,使得暖的空气要膨胀。相反,有的地方接受太阳的热量少,温度降低,空气变冷,冷的空气要收缩。空气跟水一样,总是由高温空气向低温空气流动。这样,空气的流动就形成风。例如冬天,室内温度高,室外温度低,一开门,高温空气与低温空气对流,立刻生成风,可使蜡烛熄灭或把火焰吹歪斜。
风的形成主要是气压差引起的,空气的流动原来是由气压梯度力推动起来的,风刮的猛烈还是微弱也是由气压梯度力的大小来决定的。各地的气压如果发生了高低的差异,也就是说两地之间存在气压梯度,气压梯度就会把两地间的空气从气压高的一边推向气压低的一边,产生空气流动,于是就产生了风。在空气的“海洋”里也有“水位差”——气压差,即两地间存在着气压梯度。水和空气都是流体,又都有重量,水平方向上两地的水或空气如果存在重力的差异,就都会产生由重力大的地方指向重力小的地方的旁压力。从这个意义上看,情况又都相像:水受到旁压力的作用从高处流向低处,水位差愈大,流速愈快;而空气也在旁压力的推动下,从气压高处流向气压低处,两地间气压差愈大,也即气压梯度愈大,空气流得也愈快,风刮得愈起劲。(www.xing528.com)
人们将在空气的“海洋”里,由于存在气压梯度而产生的这种旁压力称为气压梯度力。气压梯度力是由于大气压力不均匀而作用在空气质点上的压力,其方向由高压指向低压,垂直于等压面,也可以分解成水平气压梯度力和垂直气压梯度力。显然,它的大小和气压梯度成正比。
在一定条件下冷热差异也会引起风。冷热的矛盾也可以转化为气压高低的矛盾:热空气发生膨胀,引起该区空气密度减小,结果使得单位面积上承受的空气柱重量也减小,也就是说,那里的气压降低了;相反的,一个地区冷下来的结果会引起那里气压的升高。可见,两地间如果发生了冷热的差异,就会相应地引起气压的差异,冷热差异越大,气压差异也越大。
还有地转风,是指自由大气中空气的水平等速直线运动,是指无加速度、惯性离心力不起作用情况下的运动。在这种运动中,只有水平气压梯度力和地转偏向力起作用。地转风是自由大气中水平气压梯度力和地转偏向力相平衡时的空气的水平运动。梯度风是地转风在一定条件下,转化成另一种大尺度的系统风。当地转风在圆形的气压场中时,风是作等速曲线运动。作曲线运动物体的运动轨道,都有一定长度半径,所以风在运动时,除梯度力、偏向力作用外,还要受到惯性离心力的作用,当三个力作用平衡时,有效分力为零,风沿等压曲线作惯性等速曲线运动,这就是梯度风。
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