看不見摸不著,卻又真切可感的風(fēng),究竟從何而來?
風(fēng)的誕生,最根本的驅(qū)動(dòng)力來自于太陽。地球所接收的太陽輻射能量并非均勻分布。赤道及其附近區(qū)域,由于陽光常年近乎直射,接收到的太陽能量最為密集,地表溫度高。而兩極地區(qū),陽光斜射,能量分散,氣候寒冷。這種全球尺度的冷熱不均,是造成空氣流動(dòng)的根本原因。空氣,作為一種流體,其物理特性決定了它受熱后會(huì)膨脹,體積膨脹,導(dǎo)致單位體積內(nèi)的空氣分子變少,密度降低。密度小的空氣會(huì)上升。
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這樣,在赤道上空便聚集了較多的空氣,形成了相對(duì)的高氣壓區(qū)。
而在兩極,寒冷的空氣收縮、密度增大,變得“沉重”,形成下沉氣流,在高空則形成了相對(duì)的低氣壓區(qū)。空氣總是傾向于從氣壓高的地方流向氣壓低的地方,以平衡這種差異。于是,在高空,空氣便從赤道方向向兩極流動(dòng)。這聽起來似乎已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)簡單的環(huán)流:赤道熱空氣上升流向兩極,兩極冷空氣下沉流向赤道。但真實(shí)的地球系統(tǒng)更加復(fù)雜。
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我們的地球并非靜止不動(dòng),它以一個(gè)恒定的角速度圍繞著地軸自西向東旋轉(zhuǎn)。
這個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來了一種力量,即科里奧利力。它使得在地球表面移動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在北半球,運(yùn)動(dòng)物體會(huì)向右偏轉(zhuǎn),在南半球,則向左偏轉(zhuǎn)。這個(gè)力量的介入,徹底改變了由單純熱力驅(qū)動(dòng)所形成的理想環(huán)流模式。它將原本試圖徑直從高壓流向低壓的空氣,扭轉(zhuǎn)成了環(huán)繞地球的渦旋。正是由于科里奧利效應(yīng),高空那試圖從赤道流向兩極的空氣,在行進(jìn)途中不斷向右或向左偏轉(zhuǎn),大約在南北緯30度附近,方向已經(jīng)偏轉(zhuǎn)成了近乎自西向東,無法繼續(xù)向極地前進(jìn)。
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于是空氣在此堆積并下沉,形成了所謂的“副熱帶高壓帶”。
下沉的空氣干燥而穩(wěn)定,世界上許多主要的沙漠,如撒哈拉沙漠,就分布在這一區(qū)域。下沉至近地面的空氣,一部分會(huì)折返回赤道,以彌補(bǔ)赤道因空氣上升留下的“空缺”。這股向赤道流動(dòng)的風(fēng),本應(yīng)吹北風(fēng)或南風(fēng),但在科里奧利力的持續(xù)作用下,北半球的風(fēng)向右偏轉(zhuǎn)成了東北風(fēng),南半球的則向左偏轉(zhuǎn)成了東南風(fēng)。這股常年穩(wěn)定、風(fēng)力和緩的信風(fēng),在歷史上曾鼓滿了哥倫布和麥哲倫的船帆,開啟了人類的大航海時(shí)代。
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而在中緯度地區(qū),情況則更為激烈。
流向極地的空氣與來自極地的冷空氣相遇,形成了鋒面系統(tǒng),并在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下,催生了環(huán)繞半球、自西向東的強(qiáng)勁西風(fēng)帶,它深刻地影響著中緯度地區(qū)的天氣和氣候。至此就是全球尺度大氣環(huán)流的基本輪廓了,然而,風(fēng)的世界并非如此涇渭分明。由于陸地與海洋的比熱容不同,陸地升溫快,降溫也快,海洋則升溫慢,降溫也慢。這種差異導(dǎo)致了季節(jié)性的風(fēng)系變化,即季風(fēng)。夏季,大陸強(qiáng)烈受熱,形成熱低壓,海洋相對(duì)涼爽形成高壓,于是風(fēng)從海洋吹向大陸,帶來豐沛的水汽和降雨,這便是夏季風(fēng)。
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冬季則相反,大陸迅速冷卻形成冷高壓,海洋相對(duì)溫暖形成低壓,風(fēng)從大陸吹向海洋,干燥而寒冷,是為冬季風(fēng)。
東亞和南亞地區(qū),正是世界上最典型的季風(fēng)區(qū)。從更局部的視角看,在沿海地區(qū),白天陸地升溫快于海洋,風(fēng)從涼爽的海面吹向溫暖的陸地,形成海風(fēng),夜晚,陸地降溫更快,風(fēng)又從陸地吹向海洋,形成陸風(fēng)。在山谷地帶,白天山坡吸收更多熱量,空氣受熱上升,谷底較冷的空氣前來補(bǔ)充,形成谷風(fēng),夜間山坡冷卻更快,冷空氣沿山坡下沉至谷底,則形成山風(fēng)。
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