看不見摸不著,卻又真切可感的風,究竟從何而來?
風的誕生,最根本的驅動力來自于太陽。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,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膨脹,體積膨脹,導致單位體積內的空氣分子變少,密度降低。密度小的空氣會上升。
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這樣,在赤道上空便聚集了較多的空氣,形成了相對的高氣壓區。
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的低氣壓區。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。這聽起來似乎已經構成了一個簡單的環流:赤道熱空氣上升流向兩極,兩極冷空氣下沉流向赤道。但真實的地球系統更加復雜。
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我們的地球并非靜止不動,它以一個恒定的角速度圍繞著地軸自西向東旋轉。
這個旋轉運動帶來了一種力量,即科里奧利力。它使得在地球表面移動的物體的運動方向會發生偏轉。在北半球,運動物體會向右偏轉,在南半球,則向左偏轉。這個力量的介入,徹底改變了由單純熱力驅動所形成的理想環流模式。它將原本試圖徑直從高壓流向低壓的空氣,扭轉成了環繞地球的渦旋。正是由于科里奧利效應,高空那試圖從赤道流向兩極的空氣,在行進途中不斷向右或向左偏轉,大約在南北緯30度附近,方向已經偏轉成了近乎自西向東,無法繼續向極地前進。
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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定,世界上許多主要的沙漠,如撒哈拉沙漠,就分布在這一區域。下沉至近地面的空氣,一部分會折返回赤道,以彌補赤道因空氣上升留下的“空缺”。這股向赤道流動的風,本應吹北風或南風,但在科里奧利力的持續作用下,北半球的風向右偏轉成了東北風,南半球的則向左偏轉成了東南風。這股常年穩定、風力和緩的信風,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代。
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而在中緯度地區,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,并在地轉偏向力的作用下,催生了環繞半球、自西向東的強勁西風帶,它深刻地影響著中緯度地區的天氣和氣候。至此就是全球尺度大氣環流的基本輪廓了,然而,風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。這種差異導致了季節性的風系變化,即季風。夏季,大陸強烈受熱,形成熱低壓,海洋相對涼爽形成高壓,于是風從海洋吹向大陸,帶來豐沛的水汽和降雨,這便是夏季風。
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冬季則相反,大陸迅速冷卻形成冷高壓,海洋相對溫暖形成低壓,風從大陸吹向海洋,干燥而寒冷,是為冬季風。
東亞和南亞地區,正是世界上最典型的季風區。從更局部的視角看,在沿海地區,白天陸地升溫快于海洋,風從涼爽的海面吹向溫暖的陸地,形成海風,夜晚,陸地降溫更快,風又從陸地吹向海洋,形成陸風。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充,形成谷風,夜間山坡冷卻更快,冷空氣沿山坡下沉至谷底,則形成山風。
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