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塔玛拉·戴维斯

澳大利亚昆士兰大学物理学家

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  • 2019-12-11 15:37:42

    提问:

    风是怎么形成的?

    专家回复:

    简单地说,风是空气分子的运动。要理解风的成因,先要弄清两个关键的概念:空气和气压。空气的构成包括:氮气(占空气总体积的 78%)、氧气(约占总体积的 21%)、水蒸气(在地表附近约占总体积的 1% 至4%)和其他微量成分。每一次呼吸,我们吸入的空气都包含着上述比例的各种分子。而在地面附近,每立方英寸(1 英寸约等于 2.54厘米)的空气约含有 1020 个分子。 所有空气分子以极快的速度移动着,它们与其他空气分子及所有地面附近的物体迅速碰撞。气压可以定义为:空气分子在一定面积上施加的压力大小。一般而言,某个区域的空气分子越多,这个区域的气压就越大。而风是气压梯度力作用的结果。在特定水平距离,气压的变化使得空气分子从气压较高的区域涌向气压较低的区域。我们所感受到的风就源于所有尺度上的此类水平压差。 大部分显示在气象图上的高压带和低压带,形成的只是平日里的微风。而产生微风所需的气压差只是大气总压力的 1%,这种气压变化在许多区域范围内都会出现。相对而言,强风暴源于更大、更集中的气压区域性变化。龙卷风就是不错的例子。2003 年 6 月,美国应用研究联合公司的蒂姆·萨马拉斯(Tim Samaras)在南达科他州曼彻斯特市附近一场 F4 级(毁灭性的)龙卷风的直接路径上放置了一个科学探测器,他发现该龙卷风半径范围上的气压与总的大气压相比下降了 10%。气压变化的程度之大以及发生的距离之短,解释了龙卷风为何极具毁坏性。它出现时,空气分子很快地向龙卷风中心的低压区汇聚,该区域空气中包含的水分凝结,形成可见的“漏斗云柱”现象。