大气运动的成因及物质循环

大气为什么会运动呢？主要是受力不均所致。水往低处流，是水受到重力作用的缘故。空气和水一样，也受到重力的作用。但是空气和水有一个重大差别：在日常温度变化的范围内，水的密度变化是很小的，所以它有一个界面，界面不同部分如果有了高低差，重力即使高处的水流向低处，直到界面达到“水平”为止；空气却不一样，它的密度可以有很大的差别，也没有一个明显的界面，而是从地面向太空逐渐稀薄。尽管空气的密度比水小得多，但在大气中任何一个平面上都能感受到气压的存在。大气运动的形成主要有以下三种原因：

1.气压梯度力的作用

世界各地的气压无时不在变化着，但海平面上的气压却基本维持在100千帕上下，一般在100千帕以上。在大气中离地面越高气压越低，从100千帕面往上到90千帕，垂直距离约为1千米，由于空气密度越向上越小，同样相差10千帕，越向上垂直距离就越大。大气中各处的温度不一样，空气的密度就有大有小，所以在空中任何一个平面上，气压分布有高有低，空气由气压大的地方流向气压小的地方。

气压差越大，空气流动越快。如果把单位距离的气压差叫做气压梯度，那么气流的方向应同气压梯度平行，速度则与气压梯度成正比。气压的差异引起了大气的运动，风就是大气运动的表现。

2.热力环流的作用

由于空气柱温度不同，高层和低层大气的气压分布可以有显著的差异。下图表示了冷热不均对各高度气压分布的影响。由于在冷的地方空气密度大，在热的地方空气密度小，所以在同样的气压差的情况下，例如从850百帕到1000百帕间，所占的垂直距离则不一样：在0℃的地方，距离约为1550米；在26℃的地方，距离约为1770米，相差达220米之多。因此，冷的地区尽管地面气压很高，但是气压向上减低得比温暖地区要快得多。到了一定的高度后，它就不再是高压区，而是低压区了。(www.xing528.com)

热力环流

气流是由高压区流向低压区的。故在地面气压由冷区流往暖区，而到高空则由暖区流往冷区。这种情况叫“热力对流”，即温度不同产生压力不同，压力不同产生的气流也就不同，最后形成“对流”。这种情况和水的热对流十分相似。

3.地转偏向力的作用

在研究空气的运动时，还要考虑地球的自转。地球的自转能够对在球面上运动的流体产生很大的作用，这个力叫地转偏向力，也叫科氏力。这种力量同流体运动的速度成正比。地转偏向力不能改变空气运动的速度，但却可能改变运动的方向，在北半球使空气偏向运动的右侧，在南半球则使其偏向左侧。

在北半球，河流的右岸受到流水较多的冲刷，就是由于地转偏向力作用于流水的运动的结果。空气由于受到地转偏向力的影响，也发生同河流流水相似的向右偏转，但气流没有像河水一样有河岸的约束，地转偏向力的作用更为显著。在高层大气里摩擦力很小，空气的运动就只是气压梯度力和地转偏向力两个力平衡的结果。