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摩擦力对风的影响 

  在离地面1.5公里的近地面层大气里,风不仅受到气压梯度力和地转偏向力的制约,而且还受到地面摩擦力的干扰。地面摩擦力的影响可以达到1.5公里的高度,因此1.5公里以下的气层就被称为摩擦层。

  在摩擦层里,风走在粗糙不平的地表面,受到摩擦力的作用,风速不得不减小下来。由于地表粗糙程度不一,摩擦力的大小不同,风速减小的程度也就不同。一般来说,陆面摩擦力比海面大;而在陆面上的摩擦力,山地又比平原大,森林又比草原大。摩擦力不仅会削弱风速,同时也干扰了风向,破坏气压梯度力与地转偏向力之间的平衡。

  在气压梯度力G和地转偏向力A平衡的条件下,风本来沿着等压线方向等速前进(V),但摩擦力R从它背后拉一把,风速减小为VR,地转偏向力由于风速减小也跟着减小为AR,于是气压梯度力便超过被削弱了的地转偏向力而把风拉向低气压一侧。这时候地转偏向力为了与风向保持垂直,摩擦力为了与风向保持反向,它们都跟着风向一起向左偏转。虽然摩擦力和地转偏向力不在一个方向上,它们之间始终保持一个直角,但它们仍然联合起来,共同和气压梯度力相抗,当它们的合力(R+AR)偏转到和气压梯度力大小相等方向相反时,矛盾着的双方力量对比又恢复到平衡状态。不过不是简单地重复原先的平衡。而是在出现了新的条件―摩擦力的参与下达到新的平衡了。这时候风便以稳定的速度和一定的交角,斜穿等压线从高压一侧向低压一侧吹去(如右图)。

  这种有摩擦力参与,气压梯度力与地转偏向力、摩擦力保持平衡条件下所产生的风称为摩擦风。摩擦力愈大,摩擦风的风速就愈小,向左偏转和等压线之间的交角也愈大。根据调查和统计,这种交角在海洋上为15~20度,在陆上一般达到30~45度,而在崎岖不平的山地区域,甚至比这个角度更大。这样,先前总结的气压与风的关系也得作某些修改了:背摩擦风而立,在北半球,高气压在右后方,低气压在左前方;在南半球,高气压在左后方,低气压在右前方。如果说,在高空自由大气里,风近似地顺着某高度上等压线“河道”流去,那么在地面上,风虽也顺着等压线的“河道”流,但同时又向低气压一侧泛滥开去。

  在高低气压的区域,等压线的“河道”是以高低气压中心为中心,呈环形闭合的。如果是在高空自由大气里,按照气压与风的关系,风近似地沿着闭合等压线的“河道”环行流转,在高气压区以顺时针方向流转,在低气压区以逆时针方向流转。如果是在地面,则按照气压与摩擦风的关系,在高气压区,风一面以顺时针方向流转,一面向周围气压低的地方辐散开来,形成顺时针外流的螺旋式气流;而在低气压区,风一面以逆时针方向流转,一面向低压中心区域汇流辐合进去,形成逆时针内流的螺旋式气流。


 

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