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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。
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同为副热带，为什么我国温暖湿润，可以养活十几亿人，一派生机盎然。而西亚和北非却是漫天黄沙，荒无人烟？同为中国为什么东北已经供暖了，南方还在穿短袖？全球各地气候分布的低层逻辑是什么呢？大气环流单圈环流我们在前面的内容中已经学到了，因为太阳光是平行光，地球不透明且是个球，不同纬度接收到的太阳辐射不同，所以温度也不同。一般来说，赤道附近接收的太阳辐射平均最多，而两极地区平均接收到的最少。而我们也知道了，热的空气会上升，而冷的空气会下沉。那么，现在，我们假设地球不动，即不自转，也不公转，同时地表性质均匀。也就是说，即无地转偏向力，也无太阳直射点的季节移动，更无海陆、地形等因素影响。那么在太阳光的照射下，赤道附近的空气就会不断的膨胀上升，同时，极地附近 的空气又会不断的收缩下沉。赤道地区因为空气的上升，底部空气就会向内辐合，顶部空气就会向外辐散。极地的空气正好相反，是顶部辐合下沉，底部辐散，这样就形成了我们之前学过的最简单的热力环流。但这个热力环流比较简单，但尺度遍布全球，以赤道为中心南北对称，我们叫它单圈环流。但这个单圈环流在地球上可能出现吗？答案是单圈环流是我们想象出来的，在不考虑地球自转和公转的情况下的，这我们前面已经提过了。三圈环流那么，如果我们加入自转和公转会怎么样呢？不急，一个一个来。我们先加入自转，在加入自转时，我们真正加入的是什么呢？自转会有什么影响呢？其实，自转最大的影响就是自转偏向力。我们知道，赤道上空是辐散的，并且只能向高纬辐散。在空气刚一出发向高纬运动时，就会受到地转偏向力的影响。而我们也知道高空是没有摩擦力的，最终风向会与等压线平行。这些从赤道高空出发的空气最终在南北纬30度附近偏转为西风，形成副热带急流。因为空气不是一点两点的过来的，而是整个赤道上空的空气都会向这里运动，而地转偏向力又让其不能再向高纬运动，于是这些空气就不断的堆积在副热带上空，因为后面的空气还在不断的从赤道赶来，所以副热带上空的空气越积越多，又不能去高纬，那怎么办呢？那就只能下沉了。但是下沉到地面就行了吗？空气还是没地方去啊，后面的空气还在源源不断的赶来啊！那怎么办呢？我们看到，赤道地区空气都上升了，那么近地面空气不就亏空了吗？于是，副热带地面的空气贴着地面回到了赤道地区，形成低纬环流，也叫哈德莱环流。但近地面不比高空，是有摩擦力的，所以不但速度慢，而且只能斜着吹。因为只能斜着吹，一不小心就吹到赤道那边去了（盛行风越过赤道转向）。堆积在副热带近地面的空气也不是全部都回到赤道了，还有一部分受高压影响而向高纬运动，并与极地近地面辐散出来的风在南北纬60附近迎面相撞。这个时候我们仔细观察会发现，从副热带吹过来的风是热的，而从极地吹过来的风是冷的。那么当冷暖气团相遇的时候会发生什么呢？锋。那是冷锋还是暖锋呢？都不是，而是准静止锋。这个锋叫做极锋，极锋低纬一侧的暖空气会顺着极锋爬升，堆积在高空无处可去而转向回到低纬，形成中纬环流（费雷尔环流）。高纬一侧的空气会被推回头，最终回到极地上空，形成高纬环流（极地环流）。至此，三圈环流形成。三圈环流在地表形成了四个气压带（算上南北半球的话应该是七个气压带）。赤道附近的因为空气上升，所以形成了赤道低气压带，副热带地区空气堆积下沉，地面形成高压，所以叫副热带高气压带，极锋所在的副极地地区因为极锋导致空气上升，形成副极地低气压带，极地因为空气干冷下沉而形成了极地高气压带。七个气压带分别在对应的上空也形成了高低压。因为只有赤道低气压带和极地高气压带是因为热力差异造成的，是热力型高低压，它们是整个循环的直接动力。其他的所有高低压都是被动产生的，叫做动力型高低压。同时，在七个气压带之间形成了六个风带。风永远会从高压吹向低压，这是水平气压梯度力决定的。再加上地转偏向力的影响，形成了信风带、西风带和极地东风带。这六个风带可以简化为一个小于号“<”并且从上到下两两相对，一共三对。气压带也是南北对称的，低压在中间，高压再两边，只要记住中间是什么，再记住数量，就可以闭着眼睛填高低压了。我们知道，当气温降低的时候会降水，所以上升的气流会比较湿润，下沉的气流比较干燥。所以七个气压带中赤道低气压带和副极地低气压带是湿润的，而副高和极高则是干燥的。但能降温的不只有高度，如果这个风是从热的地方向冷的地方吹，越吹越冷，也可以降水，同理，如果风从冷的地方往热的地方吹，越来越热，也就不能降水。所以六个风带里西风带是从副高吹向副低的，是从热的地区往冷的地区吹的，所以是湿润的，而信网带和极地东风带都是从冷的地方吹向热的地方的，所以是干燥的。所以，在较湿润的气压带风带控制之下，气候就会比较湿润，比如欧洲西部常年受西风带控制，所以气候温和湿润。同理，在较干燥的气压带风带控制之下，气候就会比较干燥，比如撒哈拉沙漠常年受副高和信网带控制，就非常的干燥。三圈环流是大尺度的行星风带，是真实存在的。但此时我们仍只考虑了比较简单的模型，所以我们会发现很多地方的气候并不符合这个规律，这是因为还有其他因素在影响着，比如公转。我们会发现热带草原地区半年湿润、半年干燥，这又是什么因素造成的呢？气压带和风带的季节移动通过对地球运动部分内容的学习，我们知道，太阳直射点在地球表面的位置并不是固定的，而是随着季节的变化而有规律的南北移动的。那么我们又知道气压带风带的形成最根本原因就是不同纬度接收的太阳辐射不同，所以太阳直射点的回归运动对三圈环流一定也会产生影响。其实说起来也很简单，只要太阳直射北半球，气压带风带就整体向北偏，太阳直射南半球时就向南偏。当然，气压带风带的偏移量没有太阳直射点的偏移量大，而且还会受到很多因素的影响。但只要在任意相邻的两个气压带风带之间，就会因此而轮流受两个气压带风带影响。比如刚才提到的热带草原地区，就是半年受赤道低压影响，半年受信风影响，所以半年湿润半年干旱。季风环流上面的三圈环流虽然是真实存在的，但并没有考虑到海陆分布与地形的影响。因此，我们会发现实际的三圈环流是被切割成块的，在大陆的东岸呈现另一翻景象。我们可以想象一下，夏天烈日下的一块大石头，和一片水域，哪个温度更高。我想很多人都有这样的经验，夏天的大石头烫屁股，但夏天的水洗澡正好。这是因为岩石和水的比热容不同，水的比热容要比岩石大得多，所以在吸收同样的热量时升温幅度远远比不上石头。我们的地球表面并不是均匀的而是有着海洋和陆地的分布，海洋和陆地的热力性质差异巨大，在其影响下气候会有怎样的变化呢？我们在学习海陆风的时候已经理解到，白天陆地热而海冷，晚上海热而陆地冷。哈图P32但海陆风只是沿海的小环流，尺度相对要小得多，风可以在一天内转向多次。但在一个大洲和一个大洋间巨大尺度下的海陆热力性质差异就很难造成风得快速转向。但风就不转向了吗？不，只是不能快速转向，如果把时间放到一年来看的话，风还是可以转向多次的。哈图P34每年七月份前后，太阳直射点北移，北半球副高随之北移，控制北纬30-40度区域。此时北半球陆地因太阳高度升高、白昼时间变长，接受的太阳辐射增多，空气受热膨胀上升，形成低压，切断北半球副高，使之只能保存于海洋上空。在亚欧大陆印度河附近形成亚洲低压（也称印度低压），在美洲形成北美低压，在太平洋夏威夷群岛附近形成夏威夷高压，在大西洋亚速尔群岛附近形成亚速尔高压（百慕大高压）。同时，南半球副高也随太阳直射点北移，使澳大利亚大陆被高压控制。这些高压对陆地上的低压形成了合围之势，我们知道，风是会从高压吹向低压的，于是高压们开始向低压猛烈进军，形成来自海洋的东南季风，主要攻向东亚地区。哈图P35因为地转偏向力的影响，西太平洋攻击向亚欧大陆的暖湿空气大军从东南冲向西北，而南半球的东南信风在南印度洋高压及澳大利亚高压的加持下，越过赤道转为西南季风，攻向南亚和东南亚地区。与此同时，亚速尔高压也开始向北美大陆发起进攻，但不论是北美大陆还是大西洋，都远不如亚欧大陆和太平洋，所以战争规模与惨烈程度都远不如亚洲地区。哈图P34而到了1月份，太阳直射点南移，气压带风带随之南移。北半球的陆地因太阳高度变低，且白昼时间变短，而变得异常寒冷。尤其是西伯利亚广阔的土地降温非常明显，于是形成了亚洲高压。亚洲高压有时在西伯利亚，有时会南下到蒙古国境内，所以也称蒙古高压。北美也同样形成了北美高压，只不过势力要比亚洲高原弱一些。同时，副极地低气压带南下，被亚洲高压和北美高压切断，形成了位于阿留申群岛的阿留申低压和位于冰岛的冰岛低压。随太阳直射点移向南半球的赤道低压开始控制澳大利亚北部，形成了澳大利亚低压。此时形势逆转，海洋和南半球的低压开始围住了陆地上的高压，但很可惜，低压太弱。陆地上的高压率先向低压发起猛攻，陆地报仇的机会来了，风开始从陆地吹向海洋，形成冬季风。哈图P35此时在亚太之间，主攻手变成了冷干空气，在西北太平洋沿岸，风从西北内陆吹向了东南大海，形成了西北季风。而在南亚和东南亚，亚洲高压增强了东北信风，形成了东北季风。东北季风在高压的加持下冲过赤道，转为西北季风吹向澳大利亚，为澳大利亚北部带来丰沛降水。对于东亚来说，夏季吹东南季风，冬季吹西北季风；对于南亚和东南亚来说，夏季吹西南季风，冬季吹东北季风；对于澳大利亚北部来说，夏季（北半球冬季）吹西北季风，冬季（北半球夏季）吹东南季风。这里要注意，东亚的季风不管冬夏，以及南亚东南亚的冬季风成因都是由于海陆热力差异造成的，而南亚东南亚的夏季风和澳大利亚的冬夏季风成因虽然也有海陆热力差异的关系，但更重要的是气压带风带的季节移动，信风越过赤道转向造成的。至此，亚欧大陆东南端与西北太平洋之间形成了类似海陆风的，但尺度大得多的季风环流。北美与北大西洋之间情况类似，也形成了弱一些的，不太显著的季风环流。也许有人会问了，如果一个地方即在海边，又在季风环流内，那么在夏天的晚上和冬天的白天到底该吹什么风呢？夏天应该吹海洋季风，但夏天的晚上不是应该吹陆风吗？一般来说，海陆风是气温的日变化造成的，热带地区比较常见，而温带地区一般只有夏季才有，高纬地区更是很少出现。其影响范围很小，海风对陆地水平距离的影响一般只有几十千米，陆风对海洋的影响同样也内有几十千米，整个环流圈最大也就只有两三百千米，通常只有不到一百千米，高度一般也只有1-2千米或稍高。而季风是气温年变化造成的全球尺度的大环流，影响的范围最大可达上万千米，高度也可达对流层的上部，即使是下层的环流风其高度也可达数百米。而且季风环流、三圈环流这种大尺度环流风因为影响的范围更广而被称为背景风，是在海陆风等小尺度风不明显的时候控制总体气候的。而海陆风、山谷风、城市风为局部的热力差异所造成的局部风，若较强也会扰乱背景风。但这个扰乱只是在底层近地面，无法改变整体的气候。亚洲东南部（东亚、东南亚、南亚）地区的季风是全球季风最显著的地区，该地区季风的势力最强、影响范围最广泛、季风特征最明显。这一点除了亚洲和太平洋分别为世界最大大洲和最大大洋，海陆热力性质差异最大外，还与青藏高原有着密切的关系。我们知道，青藏高原海拔很高，高原面上空气稀薄，大气对阳光的削弱作用和保温作用都很弱。导致青藏高原夏季受到的太阳辐射多，大气受热膨胀急剧上升，底部形成低压，这个低压就像一个巨大的吸尘器一样吸引周围空气过来补充。而此时正值夏季，从海洋吹向陆地的东南季风和西南季风被这个吸尘器加持，进一步增强。同样，冬季的时候青藏高原因为保温作用弱而降温明显，导致形成一个巨大的高压，这个高压又像一个巨大的吹风机一样把空气吹向四周。而此时正好冬季风从陆地向海洋吹，也被青藏高原吹出来的风加强。可以说，正是青藏高原的存在，亚洲东南部的季风才会如此显著。沃克环流沃克环流是位于南太平洋低纬地区的一种纬向环流。南太平洋低纬地区表层的海水因太阳辐射而温度较高，底层海水却仍保持低温。东南信风的吹拂使南太平洋表层海水不断向西流，导致南太平洋东侧表层海水缺失，吸引底层冷海水上泛，或高纬冷海水流过来补充，使得南太平洋东西两侧表层海水温度不同。而近地面大气的直接热源是地面，当然也是海面，海水水温的不同导致南太平洋东西两侧海面上的气温出现差异，南太平洋东岸附近气温下降形成高压气流下沉。南太平洋西侧则气温变高形成低压空气上升。于是底层空气随东南信风从东侧高压流向西侧低压，高层则由西侧吹向东侧，这样形成的环流就叫沃克环流。沃克环流在南太平洋东侧是下沉的，所以南美洲西北岸气候干旱，降水稀少。而南太平洋西侧因气流上升，导致澳大利亚东北岸及东南亚东侧降水丰沛，气候湿润。在夏季，南太平洋西侧的低压增强了赤道低气压带，进而增强了西太平洋副高，使得东亚东南季风被增强。冬季的时候，在副高同样被加强，导致阿留申低压被加强，进而导致东亚海陆热力性质差异增大，最后导致西北季风被加强。也就是说，沃克环流增强了西北太平洋的三圈环流，进而增强了季风环流。所以说，沃克环流的存在，让亚洲季风变得更加强大而显著。而大西洋和印度洋没有太平洋宽，所以二者虽然也能形成沃克环流但影响就要弱得多了。提到沃克环流就不得不提厄尔尼诺和拉尼娜，以及南方涛动和ENSO。简单来说，沃克环流是海洋上空大气的环流，厄尔尼诺和拉尼娜是海洋洋流的活动，南方涛动也是海洋上空大气的活动，与沃克环流的区别是，南方涛动说的是气压的变化，而南方涛动和厄尔尼诺合称ENSO。但这部分我们要等讲完海洋之后再详细展开。推荐书目