地球自轉(zhuǎn)和風(fēng)的偏向及小試驗
風(fēng)在氣壓梯度力的作用下吹起來了。可是出人意料，風(fēng)一旦起步行走，卻并不朝著氣壓梯度力所指的方向從高壓一邊直接邁向低壓一邊，而是不斷地偏轉(zhuǎn)它的方向，在北半球向右偏轉(zhuǎn)，在南半球則向左偏轉(zhuǎn)。這是無數(shù)次觀測早已證明了客觀事實。
可見，一定還有一種什么力量從風(fēng)的一側(cè)拉著它轉(zhuǎn)向。
經(jīng)過人們深入實踐和研究，這種力終于找到了。這就是地轉(zhuǎn)偏向力。這個名稱的本身就已告訴我們：促使風(fēng)向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的力量原來是因為地球自轉(zhuǎn)而引起的。在不停地旋轉(zhuǎn)著的地球上，受地轉(zhuǎn)偏向力作用的不僅是風(fēng)，一切相對于地面運(yùn)動著的物體都受到它的作用，不過因為地轉(zhuǎn)偏向力和物體受到的其他力比較起來極為渺小，不為人們覺察罷了。盡管如此，在經(jīng)歷了漫長的歲月以后，地轉(zhuǎn)偏向力還是在地球上某些地方留下了它的痕跡。人們發(fā)現(xiàn)，沿著水流的方向，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。這是地轉(zhuǎn)偏向力存在的一個見證。這種水流對左右岸沖刷作用的差異是微不足道的，但河里的水日夜奔流，一千年，一萬年，一億年，就會顯現(xiàn)出來的。
那末地球自轉(zhuǎn)怎么會產(chǎn)生偏向力的呢？
要解答這個問題，先來做一個實驗：
用紙板做一個圓盤，把圓盤的中心固定起來，使它能夠轉(zhuǎn)動，再準(zhǔn)備一支鉛筆、一把直尺就行了。把直尺放在圓盤上，隨便取什么方向都行。然后讓鉛筆緊靠直尺的邊沿在圓盤上前進(jìn)。這時候筆尖在圓盤上留下痕跡AB當(dāng)然是一條直線。這說明在不轉(zhuǎn)動的圓盤上，運(yùn)動著的筆尖完全遵循你手用力的方向前進(jìn)，并沒有什么偏向力來干擾。
但如把圓盤轉(zhuǎn)動起來而使直尺仍保持原來的位置固定不動，偏向力就馬上顯示出它的作用來，你請助手以逆時針的方向來轉(zhuǎn)動圓盤，你仍和剛才一樣，讓鉛筆尖緊挨著直尺邊沿前進(jìn)，前進(jìn)的方向，按上下左右各個方向都可試一試。當(dāng)筆尖從直尺邊沿的起跑點A跑至B處時，圓盤已轉(zhuǎn)動了一個角度，圓盤上筆尖下的起跑點A轉(zhuǎn)到A′的，結(jié)果筆尖在圓盤上留下的痕跡A′B便不是直線，而是一條不斷向右偏轉(zhuǎn)的曲線。如果你的助手按照順時針方向來轉(zhuǎn)動圓盤，那么筆尖在圓盤上留下的足跡是一條不斷向左偏轉(zhuǎn)的曲線。
這時候?qū)χ背邅碚f，筆尖的運(yùn)動始終呈直線狀態(tài)，因為它始終沒有離開直尺的邊沿呀！但是對轉(zhuǎn)動著的圓盤來說，筆尖的運(yùn)動明明是曲線運(yùn)動。
地球一刻不停地自轉(zhuǎn)，人們腳下踩著的大地就好象是一只轉(zhuǎn)動著的大圓盤。從北極上空往下望，這只大圓盤以逆時針方向在運(yùn)轉(zhuǎn)；從南極上空往下望，這只大圓盤運(yùn)轉(zhuǎn)的方向則是順時針的。走在這只大圓盤上的空氣―風(fēng)，之所以發(fā)生偏向，就是由于風(fēng)與轉(zhuǎn)動著的地面發(fā)生了相對運(yùn)動。長年累月的水流，能在兩岸顯現(xiàn)出偏向力的作用，也正是因為它們與轉(zhuǎn)動著的地面之間產(chǎn)生相對運(yùn)動的結(jié)果。
這樣看來，風(fēng)偏離氣壓梯度力的方向，并不是真有一個什么力量在起作用。地轉(zhuǎn)偏向力不過是人們?yōu)榱吮阌趯@種偏向現(xiàn)象進(jìn)行研究而假想的一種力。這種假想的力與風(fēng)向是垂直的，在北半球指向風(fēng)向的右側(cè)，而在南半球指向風(fēng)向的左側(cè)。由于它只說明空氣和轉(zhuǎn)動著的地面之間存在相對運(yùn)動，而并不是作用于空氣的實際的力，因此只能使風(fēng)向偏轉(zhuǎn)，而不能使風(fēng)起動，也不能使已經(jīng)起動的風(fēng)改變速率。風(fēng)的起動和快慢，都取決于氣壓。如果氣壓梯度力等于零，風(fēng)無從產(chǎn)生，也就談不上與地面之間的相對運(yùn)動，地轉(zhuǎn)偏向力也不復(fù)存在。而有了氣壓梯度力，也必然會相應(yīng)地產(chǎn)生風(fēng)，從而也產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力，而且風(fēng)愈大，產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)偏向力也愈大。
風(fēng)在氣壓梯度力作用下被推向低氣壓一側(cè)，當(dāng)風(fēng)一旦起步向前，地轉(zhuǎn)偏向力立刻產(chǎn)生，并把風(fēng)拉向右邊（如左圖）。風(fēng)在氣壓梯度力的持續(xù)推動下加快速度，越吹越大，地轉(zhuǎn)偏向力也跟著加大，使勁地拉著風(fēng)向右偏轉(zhuǎn)（如右下圖）。由于地轉(zhuǎn)偏向力的方向與風(fēng)向時刻保持垂直，于是在拉轉(zhuǎn)風(fēng)向的同時，地轉(zhuǎn)偏向力本身也不斷向右偏轉(zhuǎn)，也就是越來越轉(zhuǎn)到氣壓梯度力的反方向去。當(dāng)風(fēng)向被拉轉(zhuǎn)到和氣壓梯度力的方向成90度的角度時，雖然氣壓梯度力依舊存在，
且和先前一樣大小，但在風(fēng)的方向上有效分力已等于零，因而風(fēng)不再受力的作用速，而靠著慣性等速前進(jìn)。這時候地轉(zhuǎn)偏向力也正好轉(zhuǎn)到了氣壓梯度力的背后，矛盾著的雙方大小相等，方向相反。從先前的不平衡狀態(tài)進(jìn)行平衡狀態(tài)，于是風(fēng)向也不再偏轉(zhuǎn)。由圖顯然看出，在平衡狀態(tài)下，風(fēng)向與等壓線保持平行。
自從發(fā)現(xiàn)了這種平衡規(guī)律，給氣象工作者帶來許多方便。氣壓和風(fēng)的關(guān)系變得這樣密切：知道了氣壓的分布就可以推知風(fēng)的分布；同樣，知道了風(fēng)的分布也可反過來推知?dú)鈮旱姆植�。為了便于記憶，人們把氣壓與風(fēng)的關(guān)系概括成這樣的定律：風(fēng)速與氣壓梯度成正比；風(fēng)向與等壓線平行，在北半球，背風(fēng)而立，高氣壓在右，低氣壓在左；南半球則相反。
舉例來說，在氣壓分布中，北京附近等壓線呈西南到東北走向，高氣壓在東南側(cè)，低氣壓在西北側(cè)，按前面總結(jié)的規(guī)律，就可以推測北京吹的是西南風(fēng)，而上海附近等壓線呈東西走向，高氣壓在北側(cè)，低氣壓在南側(cè)，按規(guī)律應(yīng)該吹東風(fēng)。再看，上海附近的等壓線比北京附近稀疏，因此上海的風(fēng)應(yīng)比北京小。又如，北京吹北風(fēng)而上海吹南風(fēng)，按規(guī)律，兩地附近的等壓線分布，都應(yīng)該是南北向的，但在北京附近的氣壓西側(cè)高于東側(cè)，而上海則相反。又由于上海的風(fēng)力比北京為大，因此上海附近的氣壓梯度比北京大，等壓線也比北京附近密集。
大氣就象一個自動調(diào)節(jié)器一樣，氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力間的平衡與不平衡可以自動調(diào)整。雖然很難達(dá)到絕對的平衡，實際風(fēng)也很難和等壓線保持絕對的平行，但風(fēng)向始終在等壓線兩則偏離得不太遠(yuǎn)。因而理論上的風(fēng)與實際上的風(fēng)仍然非常近似，氣壓與風(fēng)的關(guān)系一直被廣大氣象臺站作為大氣運(yùn)動規(guī)律而被利用著。
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