[科普中國]-摩擦風

產(chǎn)生機理

摩擦風代表摩擦層中實際風的特征。在等壓線為平行直線時，摩擦層中運動的空氣受到水平氣壓梯度力(G)，水平地轉(zhuǎn)偏向力(A)和摩擦力(R)三種力的作用。其中水平氣壓梯度力總是垂直于等壓線并指向低壓;水平地轉(zhuǎn)偏向力總是偏于風向的右側(cè)90°(北半球)，摩擦力總是偏于空氣運動反方向的右方成β角。當水平地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力的合力與大小相等，方向相反，三力達到平衡時，風向斜穿等壓線，由高壓吹向低壓，風速比該氣壓場應有的地轉(zhuǎn)風要小。在等壓線彎曲的氣壓場中，摩擦力同樣使風速比該氣壓場中所應有的梯度風要小，風向也偏向低壓一方。1

摩擦力對風的影響在離地面1.5公里的近地面層大氣里，風不僅受到氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力的制約，而且還受到地面摩擦力的干擾。地面摩擦力的影響可以達到1.5公里的高度，因此1.5公里以下的氣層就被稱為摩擦層。

在摩擦層里，風走在粗糙不平的地表面，受到摩擦力的作用，風速不得不減小下來。由于地表粗糙程度不一，摩擦力的大小不同，風速減小的程度也就不同。一般來說，陸面摩擦力比海面大；而在陸面上的摩擦力，山地又比平原大，森林又比草原大。摩擦力不僅會削弱風速，同時也干擾了風向，破壞氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力之間的平衡。

在氣壓梯度力G和地轉(zhuǎn)偏向力A平衡的條件下，風本來沿著等壓線方向等速前進（V），但摩擦力R從它背后拉一把，風速減小為VR，地轉(zhuǎn)偏向力由于風速減小也跟著減小為AR，于是氣壓梯度力便超過被削弱了的地轉(zhuǎn)偏向力而把風拉向低氣壓一側(cè)。這時候地轉(zhuǎn)偏向力為了與風向保持垂直，摩擦力為了與風向保持反向，它們都跟著風向一起向左偏轉(zhuǎn)。雖然摩擦力和地轉(zhuǎn)偏向力不在一個方向上，它們之間始終保持一個直角，但它們?nèi)匀宦?lián)合起來，共同和氣壓梯度力相抗，當它們的合力（R+AR）偏轉(zhuǎn)到和氣壓梯度力大小相等方向相反時，矛盾著的雙方力量對比又恢復到平衡狀態(tài)。不過不是簡單地重復原先的平衡。而是在出現(xiàn)了新的條件―摩擦力的參與下達到新的平衡了。這時候風便以穩(wěn)定的速度和一定的交角，斜穿等壓線從高壓一側(cè)向低壓一側(cè)吹去（如右圖）。

這種有摩擦力參與，氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力、摩擦力保持平衡條件下所產(chǎn)生的風稱為摩擦風。摩擦力愈大，摩擦風的風速就愈小，向左偏轉(zhuǎn)和等壓線之間的交角也愈大。根據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計，這種交角在海洋上為15~20度，在陸上一般達到30~45度，而在崎嶇不平的山地區(qū)域，甚至比這個角度更大。這樣，先前總結(jié)的氣壓與風的關系也得作某些修改了：背摩擦風而立，在北半球，高氣壓在右后方，低氣壓在左前方；在南半球，高氣壓在左后方，低氣壓在右前方。如果說，在高空自由大氣里，風近似地順著某高度上等壓線“河道”流去，那么在地面上，風雖也順著等壓線的“河道”流，但同時又向低氣壓一側(cè)泛濫開去。

在高低氣壓的區(qū)域，等壓線的“河道”是以高低氣壓中心為中心，呈環(huán)形閉合的。如果是在高空自由大氣里，按照氣壓與風的關系，風近似地沿著閉合等壓線的“河道”環(huán)行流轉(zhuǎn)，在高氣壓區(qū)以順時針方向流轉(zhuǎn)，在低氣壓區(qū)以逆時針方向流轉(zhuǎn)。如果是在地面，則按照氣壓與摩擦風的關系，在高氣壓區(qū)，風一面以順時針方向流轉(zhuǎn)，一面向周圍氣壓低的地方輻散開來，形成順時針外流的螺旋式氣流；而在低氣壓區(qū)，風一面以逆時針方向流轉(zhuǎn)，一面向低壓中心區(qū)域匯流輻合進去，形成逆時針內(nèi)流的螺旋式氣流。