來源:互聯網 2013-07-18 16:12:41
如果空氣隨著地球在轉動,那為什么會有風呢?風,肯定是流動著的空氣?瓷先ワL是在運動的,也許這是因為空氣不動,而地球卻在空氣的下面不停地轉動而造成的。
但遺憾的是這種假設是錯誤的。
地球運動的方向是從西向東的,這就是為什么觀察太空中的物體似乎都是從東向西運動的道理。這正像我們在疾駛的火車上看地面上行走的人,火車向前開,而地面上的人好像往后走一樣。在赤道的位置上,地球的轉速是每小時1600公里,其方向為由西向東,而在赤道兩側的南、北極之間,地球是以較小的半徑轉動的,所以該地區的轉速就低于上述數值(而在南極和北極點全然沒有任何運動)。如果假定地球轉動時空氣紋絲不動,那么我們在赤道上方就能感覺到一種定向吹動的風,其速度是每小時1600公里,風向由東向西,而在赤道的兩側,風力就會降低一些。顯然這不符合實際。所以,風不是由地球的轉動而形成的。
哥倫布于1492年橫渡大西洋時發現了定向的風(現在稱之為信風),方向是從東邊吹來,這使他順風而行。當他返航回家的時候,他是向北航行,這時他發現信風是從西邊吹來的。這一發現非常重要。在這之前,西方航海家認為風的產生、停止和風向完全取決于神的意愿。自哥倫布之后,人們越來越清楚地發現,風是有規律性的,這個規律性對海上貿易極為有利(這就是人們為什么稱之為貿易風的緣由),而當時人們還不明白風的吹動為什么是有規律的。
這個問題的答案最初出現于1686年,英國科學家埃德蒙·哈雷認為:如果把大氣層升溫到同一溫度上,地球表面的空氣基本上是靜止不動的,更不用說是有風了。然而,太陽直射地帶的空氣溫度遠遠高于北方和南方地區的空氣溫度,高溫下的空氣將不斷地膨脹,它們變得很輕,并且升向高空,這時從北方和南方飄過來的冷空氣就填補了這塊真空。正是這種冷空氣的侵入才形成了“信風”。有人曾認為冷空氣直接來自于正北方或正南方,事實并非如此,赤道以北的信風來自東北方,赤道以南的信風來自東南方。
當時,哈雷對這種現象沒能作出解釋,到了1735年,英國律師喬治·海德萊對這一現象做了正確的剖析:與赤道上空的空氣相比,北方襲來的冷空氣以較慢的速度隨地球轉動,當這股冷空氣南下時,它在東西方向上的移動速率仍然沒變,這一速率低于冷空氣所到之處地球從西到東旋轉的速率,其結果將使人們誤以為這股風是從東北方吹來的。同理,人們也會認為由赤道南方襲來的風好像來自東南方。
相反,當赤道上空的空氣被迫吹向北方時,它在東西方向上的運動速度高于所到之處的地球轉速,因此看上去風似乎來自西方,這就產生了“西風帶”。
這套理論后來由法國的物理學家格斯帕德·吉斯塔夫·讓·科奧利斯于1835年通過數學推算得以證實。至此人們得知:風向的產生來源于地球不同部位的不同轉速差,這一結論稱之為科奧利斯效應。這一效應可以形成強度不等的“旋風”、“風暴”、“颶風”、“龍卷風”。風是很重要的,它是地球的空氣調節器,其作用是分散地球上的熱量,使熱帶地區不是想象的那么熱,使冷的地方也不是想象的那么冷。隨著溫度的升高,海洋上的水蒸氣帶走了一部分水。一旦溫度降低,水又以雨的形式降落到地面。陸地吸收到了水,才使得陸地上的生物生機盎然。
如果我們完全理解了這些主宰空氣和風運動的規律,我們就能準確地預測天氣,其中包括溫度的變化、雨及風暴的形成等天氣形勢。問題在于這些規律相當復雜,以至于時至今日我們仍不能圓滿地進行天氣預報。
事實上,人類還不能準確無誤地預報天氣,因為人類還不能精確地測定出各地區天氣的初始狀態,有時一些微小的變化也會造成巨大的后果。這種現象被人們稱之為“無序”現象。而且相當多的自然現象都明顯地具有這種特性,它使得我們無法去預測它們,這就是在科學領域中的遺憾之處,是人類知識的局限性造成的。不過,我們至少已在研究的過程中發現了這些局限之所在。
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