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气象小常识:地转风


   撰文:梁伟鸿      2010年12月

  • 在地球上,由于不同地方受热情况不一样,使空气温度有差别,较热的空气膨胀,空气密度及气压减低,而周围的较凉空气密度较高,气压亦较高。两个地方之间存在的气压差异,称为气压梯度(pressure gradient)。气压差异产生的推动力使空气流动,便形成风。气压梯度越大,所产生的推动力越强,风速便越大。

    一般来说,风是从高气压吹向低气压。但事实上,决定风向的因素除了气压外,还有地球的转动和地面的磨擦力。由于地球自转的影响,对于在北半球的观察者来说,一团移动的空气会向右偏。为什么会有这现象呢?

    在北半球,地球表面的空气会跟随地球自西向东转动。如图一所示,假设有一团空气由A移往B。由于地球的自转,A会移到A' 的位置,而该团空气就移到C的位置,不是B' 的位置。原因是空气向东移的速度比面B点向东移的速度为快。所以对于在A' 点的观察者来说,该团移动的空气会向右偏。

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    图一  地转偏向效应 (此图不按比例)


    地球转动引致移动的空气偏移的现象,称为地转偏向效应。在气象学上,一般假设有一「地转偏向力」(或称科里奥利力,Coriolis force)作用于移动的空气,使在北半球移动的空气向右偏移(在南半球移动的空气则向左偏移)。地转偏向力的方向与空气移动的方向垂直。在纬度较高的地区,地转偏向力较大;越近赤道,地转偏向力则越小。

    现在我们可以解释在天气图上,等压线和风向的关系。假设在北半球,有一团空气受气压梯度力的作用,开始从高压移向低压(图二)。与此同时,地转偏向力亦使该团空气向右偏移,直至气压梯度力和地转偏向力相等时,该团空气便平行于等压线的方向移动。这情况下,该团空气移动所形成的风称为「地转风」(geostrophic wind)。从图二,我们可以得到一个风向和高低气压关系的规律: 在北半球,如果背风而立,那么低气压便在我们左边,高气压在我们右边。

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    图二  地转风形成示意图


    地转风是一种理想的情况。实际上,我们还须考虑空气与地面之间磨擦力的影响。当气压梯度力、地转偏向力和磨擦力三者平衡时,风向就必须稍为由高压指向低压,如图三所示。

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    图三  地转偏向力和磨擦力的矢量总和(虚线者)与气压梯度力平衡时的状态


    空气与海洋之间的磨擦力较与陆地之间的为小,所以在海洋上,地转风是实际风向的较佳近似。


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  • 最近修订日期: <2014年4月1日>