中华学生百科全书-第625章
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约 100 公斤。这个“大冰雹”撞到地面后摔成许多碎块，溅撒在直径 40 米的
范围内。
这样巨大的冰块如何在天空中形成的？当地的气象学家至今还不能解
释。
黑雪
在英国的苏格兰高地一带，近 5 年来已下了 30 多场黑雪。经化验，黑雪
花中含有大量的碳粉和污垢。苏格兰高地一带工厂很少，汽车来往也不多，
这些污染到底来自何处？
去年，苏格兰诺里其东安格拉大学气象学家戴维斯宣布，他通过电脑对
高地一带风向的追踪，终于发现风都从东欧方向吹来。因此他认为，这些污
染可能来自波兰、捷克和前苏联等国。这些工业污染物，随气流飞到苏格兰
上空，并随雪花落下来。
风
风向与风速
地球大气在不停地运动，有垂直运动，也有水平运动。垂直运动有上升
运动，也有下沉运动；水平运动称为风。风不但有速度，而且有方向，必须
同时用方向和速度来表示风的特征。
风向是指风的来向，常以 8 个或 16 个方位表示，记录的文字和符号是：
北（N），北北东（NNE），东北（NE），东北东（ENE），东（E），东南东
（ESE），东南（SE），南南东（SSE），南（S），南南西（SSW），西南（SW），
西南西（WSW），西（W），西北西（WNW），西北（NW），北北西（NNW）。
如果用角度表示，则以 0°表示北，然后顺时针转，每一方位加 22．5°，这
样，90°为东，180°为南，270°为西。
风速是指单位时间内空气运动所经过的距离，常以米／秒、公里／时或
海里／时表示。它们之间的换算关系是：
1 米／秒＝3．60 公里／时＝1．94 海里／时
1 公里／时＝0．54 海里／时＝0．28 米／秒
1 海里／时＝0．51 米／秒＝1．85 公里／时
建筑部门用风压，表示垂直于风向的一平方米面积上受到风的压力 P（单
位是：千克／米 ，风压 P 与风速 V 的关系是：
2
P＝0．125V2
通常也根据风对地面（或海面）物体影响的程度，确定一种风力等级，
英国人蒲福于 1805 年拟定了风力等级表，1946 年以来又有修改，共有 18 级，
现在人们仍然采用。
蒲福风力等级表
自由海
风 相当于距地面 10 米高处风速
面状况
力
浪序 海岸船只象征 陆地地面物象征
等
公里/时 海里/时 米/秒
级 一般 最高
（米） （米）
0 … … 静 静，烟直上 小于 1 大于 1 0 ～ 0。2
1 0。1 0。1 平常渔船稍觉摇烟能表示方向，但1 ～ 5 1 ～ 3 0。3 ～ 1。5
动 风向标不能转动
2 0。2 0。3 渔船张帆时，每人面感觉有风，树6 ～ 11 4 ～ 6 1。6 ～ 3。3
小 时 可 随 风 移叶微响，风向标能
2 ～ 3 公里 转动
3 0。6 1。0 渔船渐觉波动，树叶及微枝摇动12 ～ 19 7 ～ 10 3。4 ～ 5。4
每小时随风移行不息，旌旗展开
5 ～ 6 公里
4 1。0 1。5 渔船满帆时，可能吹起地面灰尘20 ～ 28 11 ～ 16 5。5 ～ 7。9
使船身货向一侧和纸张，树的小枝
摇动
风 自由海面状况 相当于距地面 10 米高处风速
力 浪序
海岸船只象征 陆地地面物象征
等 一般 最高 公里/时 海里/时 米/秒
级 （米） （米）
5 2。0 2。5 渔船缩帆（即收 有叶的小树枝摇摆， 29 ～ 38 17 ～ 21 8。0 ～ 10。7
去帆的一部分） 内陆水面有小波
6 3。0 4。0 渔船加倍缩帆， 大树枝摇动，电线呼 39 ～ 49 22 ～ 27 10。8～13。8
捕鱼须注意风 呼有声，举伞困难
险。
7 4。0 5。5 渔船停泊港中， 全树摇动，迎风步行 50 ～ 61 28 ～ 33 13。9～17。1
在海者下锚 感觉不便
8 5。5 7。5 近港的渔船皆 微枝折毁，人向前行 62 ～ 74 34 ～ 40 17。2～20。7
停留不出 时感觉阻力甚大
9 7。0 10。0 汽船航行困难 建筑物有小损（烟囱 75 ～ 88 41 ～ 47 20。8～24。4
顶部及平屋摇动）
10 9。0 12。5 汽船航行颇危 陆上少见，见时树木 89 ～ 102 48 ～ 55 24。5～28。4
险 拔起或将建筑物损
坏较重
11 11。5 16。0 汽船遇之极危 陆上少见，有则必有 103 ～ 117 56 ～ 63 28。5～32。6
险 广泛损坏
12 14。0 … 海浪滔天 陆上绝少见，摧毁力 118 ～ 133 64 ～ 71 32。7～76。0
极大
风 自由海面状况 相当于距地面 10 米高处风速
力 浪序
海岸船只象征 陆地地面物象征
等 公里/时 海里/时 米/秒
一般（米）最高（米）
级
13 … … … … 134 ～ 149 72 ～ 80 37。0 ～ 41。4
14 … … … … 150 ～ 166 81 ～ 89 41。5 ～ 46。1
15 … … … … 167 ～ 183 90 ～ 99 46。2 ～ 50。9
16 … … … … 184 ～ 201 100～10851。0 ～ 56。0
17 … … … … 202 ～ 220 109～11856。1 ～ 61。2
、
注：13～17 级风力是当风速可以仪器测量时用之。
空气运动的起动力
为什么会有风？空气在什么力量的推动下才发生运动？这是一个非常复
杂的问题，通常有四种力是必考虑的。这就是：气压梯度力、地转偏向力、
摩擦力和惯性离心力。它们对空气运动，即对风的方向和速度都有作用，风
是它们综合作用的结果。
气压梯度力是由于气压分布不均匀，空气就从气压高的地方向气压低的
地方流动，“水往低处流”，空气也是这样。因为高、低压差，使得它们之
间形成一种力，气压差越大，这种力也就越大。就像物体从楼梯上滚下来，
楼梯越高越陡，物体就滚得越快。所以，这种力称为气压梯度力。显然，气
压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气密度成反比，力的方向是从高压
指向低压，在大气温度为 0°，大气压力为 1013．25 百帕的标准温压条件下，
空气密度是 1．293 千克／米 。这时候，如果出现 1 百帕／赤道度的气压梯度，
3
就能产生 7×10…4 牛顿／千克的气压梯度力。不要小看这个力，只要经过一
定时间，就能产生很大的速度。例如，3 小时后，就能使风速从零增大到 7．6
米／秒。持续 10 小时，就会使风速增大到 25 米／秒。这就说明，气压梯度
力是形成风的原动力。不过在事实上，在空气开始运动后，会有其他动力来
与气压梯度力相平衡，以达到空气的常速运动。所以，尽管比较小的气压梯
度，也可以引起很大的风速，而各种力的相互平衡作用，能使风速不可能无
限地增大。
在我们这个地球上，地球自转速度很快，有 464 米／秒，自转一圈有
40074．25 公里，以华里计算为 80148．50 里，真是名符其实的“日行八万里”。
在这样高速自转的影响下，不可避免地要影响地球上物体的运动。在北半球，
运动着的物体，常因地球自转作用，产生了使物体在其前进方向往右偏转的
力，这个力因地球自转引起，所以称为地转偏向力。在南半球，地转偏向力
的作用，则使运动着的物体在前进方向往左偏转。
地转偏向力属于一种惯性力，是由地球自转而产生，所以，只有当物体
运动时才能表现出来，而且它的方向永远垂直于物体运动中的瞬时速度的方
向。地转偏向力只改变物体运动的方向，而不改变物体运动速度的大小。
产生地转偏向力需要三个条件：一是地球自转；二是物体运动；三是物
体运动方向和地球自转有交角。三个条件缺一不可，只有前两个条件，而无
第三个条件，即运动方向与地轴平行时，例如在赤道上的南风和北风，都不
会发生偏转，两极地区的垂直运动，也不会发生偏转。这些条件和特点，对
于我们认识地转偏向力的作用很有好处。
地球自转的另一个结果，是物体产生离心力，从物理学可知，离心力永
远是在纬圈平面上，方向是沿着纬圈的曲率半径从地轴向外，而力的大小与
运动物体的线速度的平方成正比，与曲率半径成反比。离心力与地转偏向力
一样，都属于惯性力，只能改变运动的方向，不能改变运动的速度，所以也
称为惯性离心力。惯性离心力通常比地转偏向力小，但是，右低纬度地区，
或空气运动速度很大，而曲率关系很小时，也可能达到较大的数值，并可能
超过地转偏向力。
空气的乱流运动可能在上、下层之间有差异，方向可以不同，速度也可
以不一样，这时就可能产生摩擦，称为内摩擦力，乱流作用越强，内摩擦力
也就越大。近地层空气运动和地表面之间也会产生摩擦力，称外摩擦力，它
是地表面对空气运动的阻力，方向与空气运动方向相反，并偏向一边约 35
°，大小与空气运动速度及摩擦系数成正比。
内摩擦力与外摩擦力总称摩擦力，它使空气运动速度减小，方向往一边
偏离，摩擦力越大，偏离也越大，在海洋上偏离角度要小些，约 10°左右。
在陆地上偏离角度可达 35°左右。摩擦力的大小与高度有关系，在近地层
30～50 米处摩擦力最大，到 1000～2000 米已不显著。所以在这个高度以下，
称为摩擦层，以上则称为自由大气。
从上述各种力可以看出，只有气压梯度力才可以使空气从静止状态产生
运动，是空气运动的起动力。其他力只能改变空气运动的方向或速度，并只
有当空气已经运动时才会发生，不是空气运动的起动力。
有趣的风压定律
大气中实际气压场的分布，既不是一些很整齐的平直等压线，也不是圆
形等压线，但是等压线具有封闭形式的高、低气压区还是很多的，这些封闭
的高、低气压区的实际风向分布，都遵循着一定规律。即：在低压区的实际
风向，北半球呈反时针方向旋转，南半球呈顺时针方向旋转，并且北、南半
球都从中心向四周辐散。1857 年，荷兰人白贝罗发现了这个规律，并提出风
和气压场的经验关系。他说：如果在北半球感觉风从背后吹来，右边必定是
高气压区，左边必定是低气压区，这句话，具体而清楚地说明了北半球高、
低气压区内实际风向的分布，称为白贝罗定律，我国气象界称为风压定律。
大气环流
地球上大气环流是由各种相互有联系的气流，包括水平气流和垂直气
流，地面气流和高空气流，以及大、中、小不同尺度规模的气流综合构成的。
一般称为大气环流的，是指大规模的行星尺度的大气运动。大气环流是由地
球表面太阳辐射的差异，以及海陆分布，地形起伏等一系列影响造成的，是
地球大气最基本的运动形式。通过大气环流，把热量和水分从一个地区输送
到另一个地区，从而使高低纬度之间，海陆之间的热量和水分得到交换，促
进了地球上的热量平衡和水分循环，成为天气气候形成的重要基础。
三圈环流是假设地球表面均匀的情况下，因地转偏向力影响形成的理想
经圈环流结构的俗称。由于地球上高低纬度接受的太阳辐射不均匀导致温度
分布不均匀。在赤道地区，空气因受热而上升，到高空分成向南和向北两支
气流。空气一开始运动就受到地转偏向力的作用，离赤道愈远，地转偏向力
愈大，到 30°附近的地方，地转偏向力增大到与气压梯度力相等时，气流就
沿纬圈方向流动，空气在此不断积压下沉，在副热带地面就形成了高压，即
副热带高压带。副热带地面的空气就向赤道和极地两边流动，其中流向赤道
的气流，在地转偏向力的作用下，在北半球偏转成东北风，而在南半球偏转
成东南风，这种风比较恒定，称为信风。北半球的东北信风和南半球的东南
信风到赤道辐合上升，补偿了由赤道上空流出的空气，高空风由赤道吹向副
热带，在地转偏向力的作用下，北半球吹西南风，南半球吹西北风，所以高
空与低层风向相反，称为
