为何南北半球的地球偏转力(科里奥利力)方向不同?
_地转偏向力_与_科里奥利力_

图 5 北半 球近地面沿纬线向东 运动物体偏转方向分析
当物体沿纬线 向西 运动 时,
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f
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于物体速度方向水平向右的.
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则有:
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.
5 斜穿经纬线运动的偏向是上述两种成因不同的偏 向现象的叠加
由速度的合成原理可知, 近地表物体的水平运动 速度均可分解为沿经线的运动和沿纬线的运动; 这 2 种运动所造成的偏向趋势虽然是相同的, 但是产生原 因是不同的.
右偏, 在南半球向左偏, 赤道上无偏转. 使水平运动物 体的运动方向发生偏转的力称为地转偏向力. ∀
#综合自然地理∃, 科学出版社, 刘南威、郭有立, 1993, 65 页: ! 由于地球自转的结果, 所有在北半球做
水平运动的物体都要发生向右偏转的效应, 在南半球
情况相反. 这种因地球自转而使运动物体偏离原方向 的力叫科里奥利力, 也叫地转偏向力. 它只 影响运动
力, 因此称为科里奥利力 % %∀ 2) 物理教科书 #全日制普通 高级中学 教科书 ( 必 修) 物理第 一
册∃, 人民教育出版社, 人民教育出版社物理室, 2003, 66 页: ! 在高中地理课本! 沿地表 水平运动物体 的偏 移∀中提到的! 地转偏向力∀, 也是一种惯性力, 它是因 地球自转而引起的. ∀
科里奥利力与地转偏向力

科里奥利力与地转偏向力一、问题提出:在中学阶段学习地理知识时我们学到了地转偏向力,认识到地转偏向力是因为地球自转而产生的,是一种能促使地表水平运动物体方向产生偏转的力,而且地转偏向力与科氏力有关.但是当时一直无法理解地转偏向力的实质:地转偏向力是不是就是科里奥利力?还是科里奥利力的水平分量?是不是只有沿经线运动才受地转偏向力影响?在学习了大学物理惯性力的相关知识后我决定对当年的疑问展开探究。
二、两种惯性力: “离心惯性力”与“科里奥利力”牛顿第二定律适用的范围是惯性系. 当地球自转对我们研究的问题影响很小时, 可以认为地面是惯性系. 但地转偏向力的成因恰恰是地球自转造成的, 此时地面为非惯性系. 如果选取地轴作为参考系, 忽略地球公转对问题研究的影响, 地轴可近似认为是惯性系. 而地面是相对于惯性系做匀速转动的非惯性系.在非惯性系中, 牛顿第二定律是不成立的. 如果要在非惯性系中继续应用牛顿第二定律来研究问题,则需要人为引入惯性力. 而离心惯性力、科里奥利力都是惯性力.由图可知,离心惯性力是沿半径方向背离圆心的, 而科里奥利力沿切线方向, 与参考系旋转方向相反. 两种惯性力根本不同, 而在中学地学的学习过程中我们常常把二者混为一谈。
三、沿经线运动的物体所受地转偏向力北半球某物体沿经线由 A 点向 B 点运动, 在物体运动期间A、B 两点随地球自转移动到 A ′B ′位置;从 A 点到 B 点地面上各自转线速度( 沿纬线方向速度)逐渐增大, 而物体沿纬线方向的速度始终保持在 A 点处时的大小,因此物体移动过程中将不断落后, 向右偏离原来所在经线, 最后到达B’点右侧的某一位置. 反过来, 如果物体沿经线由 B 点向 A 点运动,由于从 B 点到 A 点自转线速度逐渐减小, 那么物体在移动过程中仍然将不断向右偏离原来所在经线, 最后到达 A ′点右侧的某一位置.同理可证, 南半球沿经线运动的物体将向左偏.近地表物体沿经线运动的情况, 与物体在旋转圆盘上沿径向运动的情况是同一类型. 这种情况下物体所受的惯性力是科里奥利力.四、沿纬线运动的物体所受地转偏向力以地面为参考系, 物体处于平衡状态, 因此必须引入离心惯性力f*c , 这样, 万有引力F、地表对物体的作用力FN 以及离心惯性力f*c 三力平衡, 如左下图所示, 使物体相对于地面保持静止. 万有引力F、地表对物体的作用力FN 都是物体实际受到的作用, 都有施力物体, 而离心惯性力f*c 是人为引入的, 其作用就是使得牛顿定律在非惯性系中依然适用. f*c = mw^2r (其中w 是地球自转角速度, r 是物体所在纬线圈的半径.)假设物体沿纬线自西向东相对地面以速度v 相对匀速运动. 那么, 物体绕轴做圆周运动的实际角速度增加,由于离心惯性力f*c = mw^2r , 所以f*c 必将增加, 成为f*c ′.在地面上看, 万有引力F、地表对物体的作用力FN 以及离心惯性力f*c 三力不再平衡. 离心惯性力多了个增量△f*c = f*c ’- f*c , △f*c 与f*c 方向相同.我们可以把△f*c 分解为与地表垂直和水平的两个分量. 如果物体所在纬度为? , 不难看出, 其中的水平分量△f*c sin ? 就是我们所探讨的水平方向的地转偏向力. 这个力垂直于物体速度方向,水平向右, 如右上图所示. 当物体沿纬线向西运动时, △f*c 与f*c 方向相反, 指向地轴, △f*c 的水平分量△f*c s in ? 仍然是垂直于物体速度方向水平向右的.同理可证, 在南半球, △f*c sin ? 是直于物体速度方向水平向左的.沿赤道运动的物体, △f*c sin ?的水平分量永远等于0 .在右上图中,f*d= △f*c sin ? ,即把沿纬线运动时的地转偏向力记做了f*d五、斜穿经纬线运动的偏向是上述两种成因不同的偏向现象的叠加由速度的合成原理可知, 近地表物体的水平运动速度均可分解为沿经线的运动和沿纬线的运动; 这两种运动所造成的偏向趋势虽然是相同的, 但是产生原因是不同的.为了更便于理解,查阅出地转偏向力的大小公式:(见如下截图,其中?为纬度,A 为地转偏向力的大小)六、结论总的来说, 认为地转偏向力就是科里奥利力是不准确的. 只有沿经线运动物体的地转偏向力才是科里奥利力. 而沿纬线运动物体的地转偏向力是离心惯性力沿地表的一个分力七、地转偏向力与三圈环流的形成明白了地转偏向力的实质,我们便可以理解中学阶段难以理解的三圈环流的形成过程:从北半球来看(不考虑下垫面),赤道地区上升的暖空气,在气压梯度力作用下,由赤道上空向北流向北极上空(南风),受地转偏向力影响,由南风逐渐右偏成西南风,到30°N 附近上空时偏转成了西风,来自赤道上空的气流不能再继续北流,而是变成自西向东运动。
地转偏向力特点和规律

地转偏向力特点和规律在地球上,我们的生活总是被一些看不见的力量所影响,今天就来聊聊一个很有趣的现象——地转偏向力。
它就像一个隐形的魔法师,悄悄地影响着我们身边的一切,尤其是在天气、海洋和航空等方面。
听起来是不是很神秘?但其实,它的原理相对简单,就像做一道菜,只要把基本材料和调料搭配好,味道就能很好。
1. 地转偏向力是什么?1.1 其实,地转偏向力是由于地球自转而产生的一种力。
当我们站在地球表面时,它以一定的速度转动,导致物体在运动时会出现偏转。
就像你在转圈时,手里的水会向外溅,这就是离心力在作怪。
1.2 但是,这种偏转并不是随便的。
它在北半球和南半球的方向是截然不同的。
比如在北半球,运动的物体会向右偏转,而在南半球则是向左偏转。
就像你在游乐园玩旋转木马,左右摇晃的感觉让你又爱又恨!2. 地转偏向力的实际应用2.1 说到这里,大家可能会想,这个地转偏向力到底有什么用呢?其实,它对天气预报、海洋流动甚至是飞机航线都有着重要的影响。
想想看,当气象学家预测风暴时,他们必须考虑到这个力的存在,否则可就闹出笑话了。
2.2 比如说,台风在北半球的路径通常会向右偏转,这就是地转偏向力在作祟。
它好比是自然界的一位导演,总是巧妙地安排好每一场“表演”。
而这些变化可不是小事,直接关系到我们的生活,农民伯伯种田、渔民出海,都是要看天气的!3. 地转偏向力的日常感受3.1 如果你曾经坐过飞机,可能会注意到飞机的航线并不是笔直的。
有时候飞行员会选择偏离直线的路径,原因之一就是要考虑到地转偏向力。
就像打篮球时,你不能只靠直线投篮,还得考虑到篮框的位置和风的影响,这样才能投得更准!。
3.2 还有一个有趣的例子,就是我们的海洋洋流。
洋流流动的方向也受到地转偏向力的影响,这使得世界各大洋的水流形成了一种复杂的循环。
这些洋流就像是海洋中的高速公路,给全球气候和生态系统带来了重要的影响。
总的来说,地转偏向力虽然看似抽象,但它对我们的生活影响深远。
南北半球地转偏向力左右手定则

南北半球地转偏向力左右手定则1. 介绍地转偏向力地球自转产生的离心力导致地球上物体出现一种偏向力,这种力被称为地转偏向力。
地转偏向力的存在影响了地球上的天气现象、海洋运动等自然现象,对我们的生活和科学研究都有着重要的影响。
2. 为什么会产生这种力地球自转的速度不同纬度上的地面不同,赤道上的地面自转速度最快,而极地上的地面自转速度最慢。
在地球自转的过程中,这种速度差异导致了地球表面出现了地转偏向力。
3. 左右手定则的基本原理左右手定则是描述地球自转产生的偏向力方向的一种规律,它是由物理学家根据实验总结出来的定律。
根据左手定则,如果一个物体在地球自转的过程中,如果它是处于赤道以上的地方,那么地转偏向力会使其偏向它的右手方向;如果它是处于赤道以下的地方,那么地转偏向力会使其偏向它的左手方向。
4. 左右手定则在地球上的应用左右手定则不仅仅是物理学理论研究的产物,它在地理学、气象学等领域也有着广泛的应用。
气旋在北半球会沿顺时针方向转动,而在南半球会沿逆时针方向转动,这就是由于地转偏向力导致的结果。
在研究气象现象或者海洋运动时,左右手定则都是一个非常重要的理论工具。
5. 左右手定则的科学意义左右手定则的提出和应用,不仅帮助我们更好地理解了地球自转的现象,也为我们的天气预报、气候研究提供了重要的理论基础。
左右手定则也在海洋学、气象学等领域有着重要的应用价值,为人类认识和探索自然界提供了重要的工具和方法。
在总的来看,南北半球地转偏向力左右手定则是一个在自然科学领域非常重要的概念和理论,它的提出和应用对于推动自然科学的发展和进步起到了重要的作用。
相信在未来的科学研究中,左右手定则还将发挥更加重要的作用,为我们揭开自然界更多的奥秘提供有力的支持。
南北半球地转偏向力左右手定则是地球自转产生的偏向力的重要表现。
地球的自转速度不同纬度上的地面不同,这导致了地球自转产生的偏向力也不同。
而左右手定则则是描述了这种偏向力的方向规律,在科学研究和应用中具有重要的意义。
几则经典的物理学错误解释

几则经典的物理学错误解释[科普系列]几则经典的物理学错误解释作者:BigMac一些类似于十万个为什么之类的科普读物,使用物理学定律解释生活中的现象,而物理学教科书中也使用生活现象作为物理定律的应用。
这正是物理学的威力所在。
但是,如果对现象使用错误的解释,反而容易损害科学精神。
下面举出几个常见的物理学经典错误解释。
1、抽水马桶的水流形成的漩涡,在北半球逆时针旋转,在南半球顺时针旋转。
\当我们使用洗脸池或者抽水马桶后放水时,水流通常要形成漩涡从排水孔流出。
为什么会形成漩涡呢?热心的物理学家这样告诉我们:由于地球本身的自转,使得在其表面流动的液体和气体(或称为流体),受到“科里奥利力”的作用。
科里奥利是19世纪法国数学家,他发现在旋转球体上移动的物体,会偏离其运动轨迹。
这很容易理解,把等角速度旋转的物体本身看成是一个非惯性系,那么其中运动的物体受到惯性力的作用;特别是,一个惯性力垂直于矢弪方向,是因为沿矢弪方向移动时候,其线速度会发生改变,也就是产生了加速度,这就是受力方向。
在地球北半球,科里奥利力造成流体逆时针旋转,在南半球则顺时针旋转。
物理学家对科里奥利力或科里奥利效应的理解绝对准确,但使用科里奥利效应来解释抽水马桶水的漩涡则大错特错。
科里奥利效应在解释洋流、大气环流之类大规模运动的流体时是成立的。
但是,对抽水马桶的水流,科里奥利效应则几乎毫无影响。
马桶旋转水流的2端,由于地球自转造成的影响几乎是完全相等的,即使有略微不同,也安全无法造成强烈的水流。
那么,马桶时如何造成水流旋转呢?仔细观察即可发现,答案是马桶边缘的出水孔。
马桶设计人员使水从边缘沿着切线方向喷出,这样造成水流的强烈旋转。
但是,洗脸池和浴缸并没有侧向水流,为什么也会产生深深的漩涡呢?答案也不是科里奥利效应。
原因在于,水在流向排水孔时,不能把孔完全盖住,否则,空气跑不出来,水也流不下去。
因此,水流必须“排队等候”流入排水孔。
漩涡就是水流排队的方式。
大气流动中的科里奥利力

大气流动中的科里奥利力引言大气流动中的科里奥利力是指地球自转对大气气流水平方向产生的影响力。
科里奥利力是可以观测到的自然现象,它对于天气的演变和气候变化都有着重要的影响。
本文将从科里奥利力的原理、影响因素和应用等方面进行探讨。
原理科里奥利力原理是基于地球自转引起的惯性力,它对于风向的偏转有着重要的影响。
当空气在北半球向赤道方向流动时,受到地球自转偏向东的作用力,导致气流偏向右侧;而在南半球则是偏向左侧。
科里奥利力的数学表达式为:F⃗c=−2m(ω⃗⃗×v⃗)其中,F⃗c表示科里奥利力,m表示空气质量,ω⃗⃗表示地球自转角速度,v⃗表示气流速度。
影响因素科里奥利力的大小受到多个因素的影响,主要有以下几个因素:1. 纬度科里奥利力的大小与纬度有关。
赤道附近的科里奥利力较小,而靠近极地的科里奥利力较大。
这是因为赤道附近的自转速度较快,而靠近极地的自转速度较慢。
2. 速度科里奥利力与气流速度成正比。
气流速度越大,科里奥利力的作用也就越大。
3. 密度科里奥利力与空气密度成正比。
密度越大,科里奥利力的作用也就越大。
4. 自转方向科里奥利力的方向与地球自转方向有关。
在北半球,科里奥利力导致气流偏向右侧;而在南半球则是偏向左侧。
大气环流科里奥利力对大气环流有着重要的影响。
在赤道附近,气流受到科里奥利力的偏转影响形成东北和东南贸易风;在中纬度地区,气流受到科里奥利力和地形的影响形成西风带;在极地地区,气流受到科里奥利力的影响形成极地东风。
气象学应用科里奥利力在气象学中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用:1. 气象预报科里奥利力对天气系统的发展和演变有着重要的影响。
通过观测和分析科里奥利力,可以对气象系统的移动方向和强度进行预测。
这对于天气预报的准确性和及时性具有重要意义。
2. 紊流研究科里奥利力对于大气中的紊流形成和发展也有着重要的影响。
通过研究科里奥利力对紊流的影响,可以深入了解大气运动的机制,为气象学和气候学研究提供理论依据。
科里奥利力与地转偏向力

科里奥利力与地转偏向力一、问题提出:在中学阶段学习地理知识时我们学到了地转偏向力,认识到地转偏向力是因为地球自转而产生的,是一种能促使地表水平运动物体方向产生偏转的力,而且地转偏向力与科氏力有关.但是当时一直无法理解地转偏向力的实质:地转偏向力是不是就是科里奥利力?还是科里奥利力的水平分量?是不是只有沿经线运动才受地转偏向力影响?在学习了大学物理惯性力的相关知识后我决定对当年的疑问展开探究。
二、两种惯性力: “离心惯性力”与“科里奥利力”牛顿第二定律适用的范围是惯性系. 当地球自转对我们研究的问题影响很小时, 可以认为地面是惯性系. 但地转偏向力的成因恰恰是地球自转造成的, 此时地面为非惯性系. 如果选取地轴作为参考系, 忽略地球公转对问题研究的影响, 地轴可近似认为是惯性系. 而地面是相对于惯性系做匀速转动的非惯性系.在非惯性系中, 牛顿第二定律是不成立的. 如果要在非惯性系中继续应用牛顿第二定律来研究问题,则需要人为引入惯性力. 而离心惯性力、科里奥利力都是惯性力.由图可知,离心惯性力是沿半径方向背离圆心的, 而科里奥利力沿切线方向, 与参考系旋转方向相反. 两种惯性力根本不同, 而在中学地学的学习过程中我们常常把二者混为一谈。
三、沿经线运动的物体所受地转偏向力北半球某物体沿经线由 A 点向B 点运动, 在物体运动期间A、B 两点随地球自转移动到 A ′B ′位置; 从A点到 B 点地面上各自转线速度( 沿纬线方向速度)逐渐增大, 而物体沿纬线方向的速度始终保持在 A 点处时的大小,因此物体移动过程中将不断落后, 向右偏离原来所在经线, 最后到达B’点右侧的某一位置. 反过来, 如果物体沿经线由B 点向A 点运动,由于从B 点到A 点自转线速度逐渐减小, 那么物体在移动过程中仍然将不断向右偏离原来所在经线, 最后到达 A ′点右侧的某一位置.同理可证, 南半球沿经线运动的物体将向左偏.近地表物体沿经线运动的情况, 与物体在旋转圆盘上沿径向运动的情况是同一类型. 这种情况下物体所受的惯性力是科里奥利力.四、沿纬线运动的物体所受地转偏向力以地面为参考系, 物体处于平衡状态, 因此必须引入离心惯性力f*c , 这样, 万有引力F、地表对物体的作用力FN以及离心惯性力f*c 三力平衡, 如左下图所示, 使物体相对于地面保持静止. 万有引力F、地表对物体的作用力FN 都是物体实际受到的作用, 都有施力物体, 而离心惯性力f*c 是人为引入的, 其作用就是使得牛顿定律在非惯性系中依然适用. f*c = mw^2r (其中w 是地球自转角速度, r 是物体所在纬线圈的半径.)假设物体沿纬线自西向东相对地面以速度v 相对匀速运动. 那么, 物体绕轴做圆周运动的实际角速度增加,由于离心惯性力f*c = mw^2r , 所以f*c 必将增加, 成为f*c ′.在地面上看, 万有引力F、地表对物体的作用力FN 以及离心惯性力f*c 三力不再平衡. 离心惯性力多了个增量△f*c = f*c’ - f*c , △f*c与f*c 方向相同.我们可以把△f*c 分解为与地表垂直和水平的两个分量. 如果物体所在纬度为∅ , 不难看出, 其中的水平分量△f*c sin ∅就是我们所探讨的水平方向的地转偏向力. 这个力垂直于物体速度方向,水平向右, 如右上图所示. 当物体沿纬线向西运动时, △f*c 与f*c 方向相反, 指向地轴, △f*c 的水平分量△f*c s in ∅仍然是垂直于物体速度方向水平向右的.同理可证, 在南半球, △f*c sin ∅是直于物体速度方向水平向左的.沿赤道运动的物体, △f*c sin ∅的水平分量永远等于0 .在右上图中,f*d=△f*c sin ∅,即把沿纬线运动时的地转偏向力记做了f*d五、斜穿经纬线运动的偏向是上述两种成因不同的偏向现象的叠加由速度的合成原理可知, 近地表物体的水平运动速度均可分解为沿经线的运动和沿纬线的运动; 这两种运动所造成的偏向趋势虽然是相同的, 但是产生原因是不同的.为了更便于理解,查阅出地转偏向力的大小公式:(见如下截图,其中∅为纬度,A为地转偏向力的大小)六、结论总的来说, 认为地转偏向力就是科里奥利力是不准确的. 只有沿经线运动物体的地转偏向力才是科里奥利力. 而沿纬线运动物体的地转偏向力是离心惯性力沿地表的一个分力七、地转偏向力与三圈环流的形成明白了地转偏向力的实质,我们便可以理解中学阶段难以理解的三圈环流的形成过程:从北半球来看(不考虑下垫面),赤道地区上升的暖空气,在气压梯度力作用下,由赤道上空向北流向北极上空(南风),受地转偏向力影响,由南风逐渐右偏成西南风,到30°N附近上空时偏转成了西风,来自赤道上空的气流不能再继续北流,而是变成自西向东运动。
为什么地转偏向力是“南左北右”?

为什么地转偏向力是“南左北右”?讲到地理必修一大气环境时,突然想到一个令人迷惑的问题。
我们曾经心安理得的用着地转偏向力的“南左北右”定理来解释南北半球风向的形成等问题,但为什么南半球的所有运动物体都要向左偏,北半球向右偏,赤道上运动的物体不偏不倚呢?地理书上说的含糊其辞;问文科同学,得到的答案是理所当然就得这么用的呀,还拿出了用“男左女右”这一绝妙“公式”进行巧记;还有一种解释,就是这跟地球自转是自西向东有关系,但具体又是什么关系呢?有问题当然先度娘,于是查了“地转偏向力”这一百科词条,发现概述啊,对生活产生的影响啊之类的说的还是比较漂亮全面形象生动的。
讲到其产生原因,百度原文如下:“首先要说明的是,地转偏向力向右是在北半球,在南半球则都向左,当然这些向右向左都是相对于前进方向来说的,下面说的都是北半球的情况。
1.由于除南北两极外,各纬度的角速度都一样,从北向南飞的时候,南边的圈大,即越向南纬线越长,所以线速度大,所以在北边的时候具有的一个小的线速度与南边的线速度相比就显的慢了,所以其就由于惯性表现出往右偏。
向北也一样,由快的地方到慢的地方,速度“超前”了,前进方向上也就向右偏了。
2.沿纬线向东西方向飞,这时候由于万有引力的方向指向地心,而纬圈转的方向指向的圆心并不是地心,你可以好好想想,所以由于这个角度,万有引力不能完全抵消你围着纬线的圆心转的那个离心力,所以一综合,也会往右偏。
3.赤道不受地转偏向力正是因为地心正好就是纬圈旋转的圆心,二者重合了,正好重力可以抵消掉向外的力。
最后,南北两极地转偏向力最大。
”对以上百度解释逐条进行分析。
第一条是很好理解,假设一物体在北半球本来是想沿同一经线从a地运动到b地的,假设地球是不会自转的,那么物体沿经线方向老老实实运动必然能到达目的地b。
但遗憾的是,地球是自西向东自转的,因此a地是有一个线速度Va的,其方向自西向东(即与经线垂直);b地也是有线速度Vb的,方向与Va相同。
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为何南北半球的地球偏转力(科里奥利力)方向不同?
地球上水平运动的物体,无论朝着哪个方向运动,都会发生偏向:在北半球向右偏,在南半球向左偏,这种现象称作地球自转偏向力。
物体静止时,不受地转偏向力的作用,地转偏向力是地球自转运动影响的结果,当物体运动时,由于其本身的惯性作用,总是力图保持其原来的运动方向和运动速度,地转偏向力的方向同物体运动的方向相垂直,并且对物体的运动方向产生一定影响,使之向右或向左偏转。
地球自转的线速度各地不同,在北半球,当气流自北向南运动时,即从自转速度较小的纬度吹向自转线速度较大的纬度,这时,气流会偏离始发时的经线,发生向右偏,即原来的北风逐渐转变为东北风;其他情形也是同样的道理。
在赤道上作水平运动的物体不会发生偏向现象,因为赤道上的自转偏向力为零。
风在气压梯度力的作用下吹起来了。
可是出人意料,风一旦起步行走,却并不朝着气压梯度力所指的方向从高压一边直接迈向低压一边,而是不断地偏转它的方向,在北半球向右偏转,在南半球则向左偏转。
这是无数次观测早已证明了客观事实。
可见,一定还有一种什么力量从风的一侧拉着它转向。
经过人们深入实践和研究,这种力终于找到了。
这就是地转偏向力。
这个名称的本身就已告诉我们:促使风向发生偏转的力量原来是因为地球自转而引起的。
在不停地旋转着的地球上,受地转偏向力作用的不仅是风,一切相对于地面运动着的物体都受到它的作用,不过因为地转偏向力和物体受到的其他力比较起来极为渺小,不为人们觉察罢了。
尽管如此,在经历了漫长的岁月以后,地转偏向力还是在地球上某些地方留下了它的痕迹。
人们发现,沿着水流的方向,在北半球,河流的右岸往往比左岸陡峭;在南半球,河流的左岸比右岸陡峭。
这是地转偏向力存在的一个见证。
这种水流对左右岸冲刷作用的差异是微不足道的,但河里的水日夜奔流,一千年,一万年,一亿年,就会显现出来的。
那末地球自转怎么会产生偏向力的呢?
要解答这个问题,先来做一个实验:
用纸板做一个圆盘,把圆盘的中心固定起来,使它能够转动,再准备一支铅笔、一把直尺就行了。
把直尺放在圆盘上,随便取什么方向都行。
然后让铅笔紧靠直尺的边沿在圆盘上前进。
这时候笔尖在圆盘上留下痕迹AB当然是一条直线。
这说明在不转动的圆盘上,运动着的笔尖完全遵循你手用力的方向前进,并没有什么偏向力来干扰。
但如把圆盘转动起来而使直尺仍保持原来的位置固定不动,偏向力就马上显示出它的作用来,你请助手以逆时针的方向来转动圆盘,你仍和刚才一样,让铅笔尖紧挨着直尺边沿前进,前进的方向,按上下左右各个方向都可试一试。
当笔尖从直尺边沿的起跑点A跑至B处时,圆盘已转动了一个角度,圆盘上笔尖下的起跑点A转到A′的,结果笔尖在圆盘上留下的痕迹A′B便不是直线,而是一条不断向右偏转的曲线。
如果你的助手按照顺时针方向来转动圆盘,那么笔尖在圆盘上留下的足迹是一条不断向左偏转的曲线。
这时候对直尺来说,笔尖的运动始终呈直线状态,因为它始终没有离开直尺的边沿呀!但是对转动着的圆盘来说,笔尖的运动明明是曲线运动。
地球一刻不停地自转,人们脚下踩着的大地就好象是一只转动着的大圆盘。
从北极上空往下望,这只大圆盘以逆时针方向在运转;从南极上空往下望,这只大圆盘运转的方向则是顺时针的。
走在这只大圆盘上的空气―风,之所以发生偏向,就是由于风与转动着的地面发生了相对运动。
长年累月的水流,能在两岸显现出偏向力的作用,也正
是因为它们与转动着的地面之间产生相对运动的结果。
这样看来,风偏离气压梯度力的方向,并不是真有一个什么力量在起作用。
地转偏向力不过是人们为了便于对这种偏向现象进行研究而假想的一种力。
这种假想的力与风向是垂直的,在北半球指向风向的右侧,而在南半球指向风向的左侧。
由于它只说明空气和转动着的地面之间存在相对运动,而并不是作用于空气的实际的力,因此只能使风向偏转,而不能使风起动,也不能使已经起动的风改变速率。
风的起动和快慢,都取决于气压。
如果气压梯度力等于零,风无从产生,也就谈不上与地面之间的相对运动,地转偏向力也不复存在。
而有了气压梯度力,也必然会相应地产生风,从而也产生地转偏向力,而且风愈大,产生的地转偏向力也愈大。
风在气压梯度力作用下被推向低气压一侧,当风一旦起步向前,地转偏向力立刻产生,并把风拉向右边(如左图)。
风在气压梯度力的持续推动下加快速度,越吹越大,地转偏向力也跟着加大,使劲地拉着风向右偏转(如右下图)。
由于地转偏向力的方向与风向时刻保持垂直,于是在拉转风向的同时,地转偏向力本身也不断向右偏转,也就是越来越转到气压梯度力的反方向去。
当风向被拉转到和气压梯度力的方向成90度的角度时,虽然气压梯度力依旧存在,且和先前一样大小,但在风的方向上有效分力已等于零,因而风不再受力的作用速,而靠着惯性等速前进。
这时候地转偏向力也正好转到了气压梯度力的背后,矛盾着的双方大小相等,方向相反。
从先前的不平衡状态进行平衡状态,于是风向也不再偏转。
由图显然看出,在平衡状态下,风向与等压线保持平行。
自从发现了这种平衡规律,给气象工作者带来许多方便。
气压和风的关系变得这样密切:知道了气压的分布就可以推知风的分布;同样,知道了风的分布也可反过来推知气压的分布。
为了便于记忆,人们把气压与风的关系概括成这样的定律:风速与气压梯度成正比;风
向与等压线平行,在北半球,背风而立,高气压在右,低气压在左;南半球则相反。
举例来说,在气压分布中,北京附近等压线呈西南到东北走向,高气压在东南侧,低气压在西北侧,按前面总结的规律,就可以推测北京吹的是西南风,而上海附近等压线呈东西走向,高气压在北侧,低气压在南侧,按规律应该吹东风。
再看,上海附近的等压线比北京附近稀疏,因此上海的风应比北京小。
又如,北京吹北风而上海吹南风,按规律,两地附近的等压线分布,都应该是南北向的,但在北京附近的气压西侧高于东侧,而上海则相反。
又由于上海的风力比北京为大,因此上海附近的气压梯度比北京大,等压线也比北京附近密集。
大气就象一个自动调节器一样,气压梯度力和地转偏向力间的平衡与不平衡可以自动调整。
虽然很难达到绝对的平衡,实际风也很难和等压线保持绝对的平行,但风向始终在等压线两则偏离得不太远。
因而理论上的风与实际上的风仍然非常近似,气压与风的关系一直被广大气象台站作为大气运动规律而被利用着。