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轻松读懂海洋(1)大气与海水的恒久运动 精选

已有 3120 次阅读 2021-11-11 22:53 |系统分类:科普集锦

运动是永恒的。

从远处看,地球像一个标准的球。其实,地球并不对称,其表面的物质分布也不均衡。同时,地球从西向东自传,这使得地表物质的运动模式变得复杂。

对于旋转的物体,其表面物质会受到离心力和一个神奇的科里奥利力。

地轴是倾斜的,造成地球的不同纬度吸收到的阳光热量不均。在赤道,阳光照射足,吸收的热量多,而在高纬度,吸收的热量就少。

如果地球不旋转,大气在赤道地区被加热后升入高空,然后一路向北达到高纬极低地区。由于大气热量逐渐释放,同时高纬地区温度本身就低,空气密度会加大,最终沉降下来,并从低空地表重新返回赤道,形成一个大型的南北向环流。

静止的地球体系好像有些单调。

我们再考察一下旋转的地球会发生什么现象。由于地球从西向东运转,在北半球,在同一时间内,从赤道升起的大气除了向北运动,同时由于惯性,大气还从西向东运动。此时我们观察到大气的运动轨迹就不再正南正北,而是逐渐向右偏转。当到达北纬30°左右时,大气基本上已经从南北运动变成从西向东的运动模式。想继续向北奔向北极是不可能了。

那么,这些大气的最终命运如何?

可想而知,在北纬30°,大气会越积越多,这些大气最终只能向下沉,然后再返回赤道。大气在从低空折返回赤道的过程中,也会逐渐向右偏转,形成信风(Trade Wind)。从中纬度低空返回赤道的气流很干燥,缺乏水汽。很多陆地上的沙漠都形成于这以区域。

总结一下,大气在北纬30°形成从西向东的一股风,这就是“西风”。同时,大气在赤道和北纬30°之间,形成一个径向的环流,叫做“哈德利(Hadley)环流”。此外,在低空海洋表面,风向则是偏向西南。

运动的大气和海洋,在很多边界点会发生分叉现象。比如,在中纬度下沉的大气,除了一部分会返回赤道,形成哈德利环流;另外一部分大气则从地面流向高纬度。同时,在极区,大气很冷,从而下沉会流向低纬。于是,这两股气流在60°左右的地面相遇,最终大气只能上升,形成两个相互联系的中高纬大气环流。

在南半球,发生的故事雷同。在中纬度地区,也会形成从西向东的西风带。

水借风势,在中纬度地区,海水也会从西向东流动。而在赤道地区,海水受到信风影响,会从东向西流。这洋从整体上就会在北太平洋和北大西洋地区形成一个顺时针旋转的大漩涡。而在南半球,则会形成逆时针的大漩涡。

在军事武器中,很多人是坦克的发烧友。坦克要向前行驶,会有很多旋转的轮子带动履带。我们可以想象,对于一个大型的洋流,如果没有类似的传送轮,肯定会无法稳定前进。事实上,在大型洋流环流两边,的确会有很多中小尺度的漩涡,起到了履带传送轮的作用。正是这些中小尺度涡的存在,更容易在分叉处,让两股分开的洋流奔赴相反的方向。




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