風是如何產生的?風的運動機制是受到多個綜合因素影響的結果

著者:太空生物學·黃媂©

春風:吹出了大地的綠意、

夏風:茂盛的綠葉下無比 愜意的舒適感、

秋風:一葉知秋落滿地、

冬風:寒風凜凜的風吹過連參天大樹都覺得刺骨,何況花花草草這些小身板、

一年365天,我們每時每刻都在與自然界的「風」打交道,那麼您知道「風」究竟是如何產生的嗎?本文來為大家科普一下大自然的力量——「風」。

「風」是如何產生的?

地球上的每一個角落都在吸收著太陽散發出來的熱輻射能量,但是由於每一個角落的位置所接收到的熱輻射能量不一致,因此有一些空氣較暖,另一些空氣則較冷,冷與暖的交錯會導致空氣相對分子質量發生改變,較暖的空氣分子發生膨脹汽化現象從而減輕自身質量造成向上升的運動狀態,較冷的空氣分子發生凝固收縮現象從而加重自身質量造成向下降的運動狀態,這兩種運動狀態使得冷與暖的空氣產生了向上、向下的流動,直至形成了「風」。

風是如何產生的?風的運動機制是受到多個綜合因素影響的結果

(圖源網路)圖解形成「風」的過程

海軍上將擬定「風速等級」

人物:弗朗西斯·蒲福( Francis Beaufort)

國籍:英國

生於:1774年、逝於:1857年、

職業:海軍上將

「陣風」常常又被稱為「突風」,這個詞的解釋就是:在很短的一段時間內,風的速度發生了明顯的變化。

在聽天氣預報的時候:

氣象員所報的風向指的是風的來向,但是對於航海員來說航行上的風向指的是風的去向、

氣象員所報的風力等級指的是風速的大小、

1805年,蒲福根據風速對滿帆戰艦推進的效應測量後,擬定出了對風速等級劃分的「蒲福風力等級」,等級一共分為13個,即0 級到12級。1946年根據測風儀器量度到自然界的風速實際上已經遠遠超過了12級風力的數值,因此把原有的13個風力等級又增加到18個,等級從0 級到17級。

風是如何產生的?風的運動機制是受到多個綜合因素影響的結果

圖源網路

風是如何產生的?風的運動機制是受到多個綜合因素影響的結果

「風」的物理狀態

「風」的物理狀態通常所指的是空氣的水平運動分量,包括方向和大小,也就是我們平常所說的風向和風速。但是對於飛行員來說「風」的物理狀態還包括垂直運動分量,也就是所謂的垂直或升降的氣流。

「風」的運動是受到多個綜合因素影響的結果:

綜合因素1:「氣壓梯度」、「地轉偏向力」

「風」就是空氣產生了水平的運動,空氣之所以會有運動產生主要是因為各緯度區域所能接受太陽輻射強度不同而形成的,在赤道與低緯度地區接受到的太陽光較多,照射的時間也就越長,太陽輻射強度就越強,因此地面和空氣接受的熱量多溫度較高。位於高緯度區域接受到的太陽光較少,時間也就越短,射強度也就較弱,因此地面和空氣接受的熱量少溫度也較低。高緯度與低緯度之間的溫度差異形成了南北之間的「氣壓梯度」,導致空氣會產生水平的運動,「風」因此是沿著水平氣壓梯度的方向吹或者垂直於等壓線從高壓向低壓吹。

地球在自轉的過程中使得作水平運動的空氣發生了偏向的力,叫做「地轉偏向力」,這種力會導致北半球氣流、南半球向左偏轉,因此空氣運動除了受到氣壓梯度的影響外,還會受「地轉偏向力」的影響。

風是如何產生的?風的運動機制是受到多個綜合因素影響的結果

圖源網路:地轉偏向力

綜合因素2:海洋、地貌

當風掠過山隘和海峽時 氣流的運動方向會被改變,在改變方向的同時風速也會被增大。

當風掠過山地和丘陵時風速會被減弱,因為山地、丘陵把一部分的風阻擋了。

當風掠過海拔較高山峰時風速也會被增大。

綜合以上2個綜合因素可以總結出——「風」的運動主要受到「氣壓梯度」、「地轉偏向力」這兩種力所支配的以外,風向和風速在時空的分佈非常複雜,因此海洋、地貌也會對「風」的運動造成不同程度的影響。

「風」的種類

「海陸風」這兩種是出現於海岸和近海地區域並且具有日、週週期性的區域風——

白天的時候,陸地空氣受到太陽的照射,加熱後膨脹上升到高空,受熱的空氣流向海洋,當到達海洋的上空時由於這裡的溫度較低,空氣被冷卻後再下降,在近地層海洋上的氣流吹向大陸,補充陸地上升的空氣,低層風從海洋吹向陸地,稱為「海風」。

夜晚的時候,由於陸地有白天的「海風」吹掠以及沒有了太陽的照射,陸地降溫的速度比海洋上方的空氣要快,當溫度較高的「海風」到達陸地的上空時由於這裡的溫度較低,空氣被冷卻後再下降,在近地層陸地上的氣流吹向海洋,補充海洋下降的空氣,低層風從陸地吹向大海稱為「陸風」。

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「山風」、「穀風」這兩種是出現于山地及其周邊的谷地區域並且具有日、週週期性的區域風——

白天的時候,由於山坡的高度是高於谷地的,山坡受熱較快,接受太陽光照射的時間比谷地的多,因此山坡的溫度是比谷地上方同等高度的空氣要高,處於山坡上的曖空氣從山坡向下流向谷地,谷地的空氣則沿著山坡向上補充山坡流失的氣流,這種由山谷吹向山坡也就是由下往上吹的風,稱為「穀風」。

夜晚的時候,由於山坡有白天的「穀風」吹掠以及沒有了太陽的照射,山坡降溫的速度比谷地上方同等高度的空氣要快,因此較冷的空氣沿著山坡向下補充谷地流失的氣流,這種由山坡吹向山谷也就是由上往下吹的風,稱為「山風」。

風是如何產生的?風的運動機制是受到多個綜合因素影響的結果

「季風」是一種會隨著季節而轉換風向路徑的風——

冬季:陸地比海洋的溫度要低,陸地比海洋的氣壓要高,「風」從陸地吹向海洋。

夏季:陸地比海洋的溫度要高,陸地比海洋的氣壓要低,「風」從海洋吹向陸地。

風是如何產生的?風的運動機制是受到多個綜合因素影響的結果

餘生結語·「風」的奧秘

人物:埃萬傑利斯塔·托里拆利( Evangelista Torricelli)

國籍:義大利、出生地:法恩扎

生於:1608年10月15日、逝於:1647年10月25日、

職業:物理學家、數學家

自從

托里拆利

在1644年發明了第一具水銀氣壓計後,得知空氣具有重量和壓力,這兩個物理量為我們開闢出了一條通往揭開有關「風」的奧秘的道路。第一個踏進這條路的人是德國的H。W。布蘭德斯,他在1820年結合過去各地氣壓與風的觀測資料,繪製出了一張氣壓與風的分佈圖,這張圖被世人稱為“世界上第一張天氣圖”,圖中不僅顯示了風的行進區域同時還還明確指出了風的行進路線是有向右偏斜角度的,利用這些規律可以預測風的行徑,因此近代天氣分析和預測的方法可以說得上是由布蘭德斯開創的。

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