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风从何而来?风速和风向总是变化,为什么不是固定不变的?

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看不见摸不着,却又真切可感的风,究竟从何而来?

风的诞生,最根本的驱动力来自于太阳。地球所接收的太阳辐射能量并非均匀分布。赤道及其附近区域,由于阳光常年近乎直射,接收到的太阳能量最为密集,地表温度高。而两极地区,阳光斜射,能量分散,气候寒冷。这种全球尺度的冷热不均,是造成空气流动的根本原因。空气,作为一种流体,其物理特性决定了它受热后会膨胀,体积膨胀,导致单位体积内的空气分子变少,密度降低。密度小的空气会上升。

这样,在赤道上空便聚集了较多的空气,形成了相对的高气压区。

而在两极,寒冷的空气收缩、密度增大,变得“沉重”,形成下沉气流,在高空则形成了相对的低气压区。空气总是倾向于从气压高的地方流向气压低的地方,以平衡这种差异。于是,在高空,空气便从赤道方向向两极流动。这听起来似乎已经构成了一个简单的环流:赤道热空气上升流向两极,两极冷空气下沉流向赤道。但真实的地球系统更加复杂。

我们的地球并非静止不动,它以一个恒定的角速度围绕着地轴自西向东旋转。

这个旋转运动带来了一种力量,即科里奥利力。它使得在地球表面移动的物体的运动方向会发生偏转。在北半球,运动物体会向右偏转,在南半球,则向左偏转。这个力量的介入,彻底改变了由单纯热力驱动所形成的理想环流模式。它将原本试图径直从高压流向低压的空气,扭转成了环绕地球的涡旋。正是由于科里奥利效应,高空那试图从赤道流向两极的空气,在行进途中不断向右或向左偏转,大约在南北纬30度附近,方向已经偏转成了近乎自西向东,无法继续向极地前进。

于是空气在此堆积并下沉,形成了所谓的“副热带高压带”。

下沉的空气干燥而稳定,世界上许多主要的沙漠,如撒哈拉沙漠,就分布在这一区域。下沉至近地面的空气,一部分会折返回赤道,以弥补赤道因空气上升留下的“空缺”。这股向赤道流动的风,本应吹北风或南风,但在科里奥利力的持续作用下,北半球的风向右偏转成了东北风,南半球的则向左偏转成了东南风。这股常年稳定、风力和缓的信风,在历史上曾鼓满了哥伦布和麦哲伦的船帆,开启了人类的大航海时代。

而在中纬度地区,情况则更为激烈。

流向极地的空气与来自极地的冷空气相遇,形成了锋面系统,并在地转偏向力的作用下,催生了环绕半球、自西向东的强劲西风带,它深刻地影响着中纬度地区的天气和气候。至此就是全球尺度大气环流的基本轮廓了,然而,风的世界并非如此泾渭分明。由于陆地与海洋的比热容不同,陆地升温快,降温也快,海洋则升温慢,降温也慢。这种差异导致了季节性的风系变化,即季风。夏季,大陆强烈受热,形成热低压,海洋相对凉爽形成高压,于是风从海洋吹向大陆,带来丰沛的水汽和降雨,这便是夏季风。

冬季则相反,大陆迅速冷却形成冷高压,海洋相对温暖形成低压,风从大陆吹向海洋,干燥而寒冷,是为冬季风。

东亚和南亚地区,正是世界上最典型的季风区。从更局部的视角看,在沿海地区,白天陆地升温快于海洋,风从凉爽的海面吹向温暖的陆地,形成海风,夜晚,陆地降温更快,风又从陆地吹向海洋,形成陆风。在山谷地带,白天山坡吸收更多热量,空气受热上升,谷底较冷的空气前来补充,形成谷风,夜间山坡冷却更快,冷空气沿山坡下沉至谷底,则形成山风。

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