唐代诗人李峤写过一首咏风的诗:
解落三秋叶,能开二月花。过江千尺浪,入竹万竿斜。在诗人眼里,风是有生命,有感情的。
风虽然无形无色无味儿无声无息,但是我们能从春天摇曳的花枝和飞舞的风筝上看到它,从夏日傍晚飘进窗子的淡淡荷香中闻到它,从秋季如彩蝶般翩翩起舞的落叶中感受到它,从冬天清脆的风铃叮当声中听到它。
风,就是空气在流动。如水一样,空气也是一种流体。水总是从高处向低处流,空气则是由气压高的地方流向气压低的地方。两个地方单位距离内的气压差值(也叫气压梯度)越大,即促使空气进行水平运动的力(气压梯度力)越大,风力就越大。
地球的自转不但产生了地方时和白昼与黑夜的交替,还产生了地转偏向力,这种微小的力会对地球表面运动的事物产生长久的影响。比如,北半球的水在较直的河道里流动时,会偏向河的右岸(南半球则偏向左岸)。久而久之,河流的右岸水流速度较快,受侵蚀严重,而左岸水流得慢,河流携带的泥沙淤积下来形成江心洲和岛屿。比如长江口的崇明岛,位置就是靠近左岸的,它最终可能与左岸连在一起。风在形成过程中,也会受到地转偏向力的影响,加上地球表面树木和建筑物对气流运动产生的摩擦力,最终的风向总是偏离低压方向。人们说水的流向时,一般是指它流去的方向,比如长江与黄河都向东流;而说风向时,则是指风吹来的方向,比如冬天吹西北风,它来自西北,吹向东南。
空气的流动蕴藏着巨大的能量,即风能,它是一种重要的可再生能源。人类可以利用一定的技术手段将风能转化为机械能、电能,例如荷兰的风车磨坊,利用风的力量研磨粮食;新疆达坂城的风力发电等。风力属于自然的力量,清洁无污染,千百年来受到人们的喜爱,风车与蓝天白云交相辉映,本身就是一道亮丽的风景线。风是在太阳的作用下才形成的,因此从本质说,风能也是太阳能的衍生物。
赤道地区接受的太阳辐射热量最多,气流受热膨胀上升,形成围绕地球一圈的赤道气流上升带,地面附近随之形成低气压,即赤道低气压带。南北两极地区受热最少,气流在地球引力作用下冷却下沉,在两极地区近地面形成高气压中心,即极地高气压带。如果没有地转偏向力,聚集在赤道上空对流层顶端的暖空气,会径直向南北两极流去。而两极地区的冷空气也会紧贴地面流向赤道。形成理想的大气单圈环流系统。
实际上,赤道高空向南北两极流动的暖空气,受到地转偏向力的作用,在南北纬30°附近已经偏转成与纬线平行了,它们无法继续向极地进发,只能沿着纬线绕着地球转圈圈,或者在地球引力作用下,下沉到近地面,形成了两个副热带高气压带。聚集到地球表面的气流向南北纬30°两侧分流,流回赤道方向的气流在地转偏向力的作用下,形成两个低纬信风带(北半球是东北信风,南半球是东南信风),流向更高纬度的气流则形成两条盛行西风带(北半球是西南风,南半球是西北风)。源自极地高气压带的空气,在向低纬度运行的过程中发生偏转形成极地东风带(北半球是东北风,南半球是东南风,与低纬信风带的风向一致)。盛行西风带的暖气流遇到极地来的冷气流,被迫沿着冷气流缓慢爬升,在南北纬60°附近形成副极地低气压带。这样,气流运动就组成了完整的三圈环流,形成了全球性的气压带和盛行风带。值得注意的是,低压中心和高压中心是相间分布的,这样相邻气压中心之间的空气才能流动起来,形成风。
低纬信风带的风向非常稳定,古代西方的商人经常借助信风的力量航行于海上进行贸易,所以信风有个别称,叫作贸易风(Trade W)。南半球的盛行西风带陆地面积较小,海洋面积广大,所以海上风力稳定而强劲,被称为“咆哮西风”。“咆哮西风”控制的海域,风急浪高,暴风雨多发,令昔日的航海者感到畏惧。
因为太阳直射点并非一直位于赤道,而是在南北回归线之间移动,所以,整个气压带和盛行风带也会随着移动,基本规律是在北半球的夏季时整体往北移,冬季整体向南移,只有春季和秋季,气压带风带才会对称地分布于赤道两侧。不断移动的气压带风带加上大范围的季风活动,共同塑造了地球上多样的气候类型和自然植被,为动物和人类创造了丰富多彩的生存环境。
全球气压带风带
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