地球自轉和風的偏向及小試驗　

　　風在氣壓梯度力的作用下吹起來了。可是出人意料，風一旦起步行走，卻并不朝著氣壓梯度力所指的方向從高壓一邊直接邁向低壓一邊，而是不斷地偏轉它的方向，在北半球向右偏轉，在南半球則向左偏轉。這是無數次觀測早已證明了客觀事實。

　　可見，一定還有一種什么力量從風的一側拉著它轉向。

　　經過人們深入實踐和研究，這種力終于找到了。這就是地轉偏向力。這個名稱的本身就已告訴我們：促使風向發生偏轉的力量原來是因為地球自轉而引起的。在不停地旋轉著的地球上，受地轉偏向力作用的不僅是風，一切相對于地面運動著的物體都受到它的作用，不過因為地轉偏向力和物體受到的其他力比較起來極為渺小，不為人們覺察罷了。盡管如此，在經歷了漫長的歲月以后，地轉偏向力還是在地球上某些地方留下了它的痕跡。人們發現，沿著水流的方向，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。這是地轉偏向力存在的一個見證。這種水流對左右岸沖刷作用的差異是微不足道的，但河里的水日夜奔流，一千年，一萬年，一億年，就會顯現出來的。
　　那末地球自轉怎么會產生偏向力的呢？

　　要解答這個問題，先來做一個實驗：
　　用紙板做一個圓盤，把圓盤的中心固定起來，使它能夠轉動，再準備一支鉛筆、一把直尺就行了。把直尺放在圓盤上，隨便取什么方向都行。然后讓鉛筆緊靠直尺的邊沿在圓盤上前進。這時候筆尖在圓盤上留下痕跡AB當然是一條直線。這說明在不轉動的圓盤上，運動著的筆尖完全遵循你手用力的方向前進，并沒有什么偏向力來干擾。

　　但如把圓盤轉動起來而使直尺仍保持原來的位置固定不動，偏向力就馬上顯示出它的作用來，你請助手以逆時針的方向來轉動圓盤，你仍和剛才一樣，讓鉛筆尖緊挨著直尺邊沿前進，前進的方向，按上下左右各個方向都可試一試。當筆尖從直尺邊沿的起跑點A跑至B處時，圓盤已轉動了一個角度，圓盤上筆尖下的起跑點A轉到A′的，結果筆尖在圓盤上留下的痕跡A′B便不是直線，而是一條不斷向右偏轉的曲線。如果你的助手按照順時針方向來轉動圓盤，那么筆尖在圓盤上留下的足跡是一條不斷向左偏轉的曲線。

　　這時候對直尺來說，筆尖的運動始終呈直線狀態，因為它始終沒有離開直尺的邊沿呀！但是對轉動著的圓盤來說，筆尖的運動明明是曲線運動。

　　地球一刻不停地自轉，人們腳下踩著的大地就好象是一只轉動著的大圓盤。從北極上空往下望，這只大圓盤以逆時針方向在運轉；從南極上空往下望，這只大圓盤運轉的方向則是順時針的。走在這只大圓盤上的空氣―風，之所以發生偏向，就是由于風與轉動著的地面發生了相對運動。長年累月的水流，能在兩岸顯現出偏向力的作用，也正是因為它們與轉動著的地面之間產生相對運動的結果。

　　這樣看來，風偏離氣壓梯度力的方向，并不是真有一個什么力量在起作用。地轉偏向力不過是人們為了便于對這種偏向現象進行研究而假想的一種力。這種假想的力與風向是垂直的，在北半球指向風向的右側，而在南半球指向風向的左側。由于它只說明空氣和轉動著的地面之間存在相對運動，而并不是作用于空氣的實際的力，因此只能使風向偏轉，而不能使風起動，也不能使已經起動的風改變速率。風的起動和快慢，都取決于氣壓。如果氣壓梯度力等于零，風無從產生，也就談不上與地面之間的相對運動，地轉偏向力也不復存在。而有了氣壓梯度力，也必然會相應地產生風，從而也產生地轉偏向力，而且風愈大，產生的地轉偏向力也愈大。

　　風在氣壓梯度力作用下被推向低氣壓一側，當風一旦起步向前，地轉偏向力立刻產生，并把風拉向右邊（如左圖）。風在氣壓梯度力的持續推動下加快速度，越吹越大，地轉偏向力也跟著加大，使勁地拉著風向右偏轉（如右下圖）。由于地轉偏向力的方向與風向時刻保持垂直，于是在拉轉風向的同時，地轉偏向力本身也不斷向右偏轉，也就是越來越轉到氣壓梯度力的反方向去。當風向被拉轉到和氣壓梯度力的方向成90度的角度時，雖然氣壓梯度力依舊存在，且和先前一樣大小，但在風的方向上有效分力已等于零，因而風不再受力的作用速，而靠著慣性等速前進。這時候地轉偏向力也正好轉到了氣壓梯度力的背后，矛盾著的雙方大小相等，方向相反。從先前的不平衡狀態進行平衡狀態，于是風向也不再偏轉。由圖顯然看出，在平衡狀態下，風向與等壓線保持平行。

　　自從發現了這種平衡規律，給氣象工作者帶來許多方便。氣壓和風的關系變得這樣密切：知道了氣壓的分布就可以推知風的分布；同樣，知道了風的分布也可反過來推知氣壓的分布。為了便于記憶，人們把氣壓與風的關系概括成這樣的定律：風速與氣壓梯度成正比；風向與等壓線平行，在北半球，背風而立，高氣壓在右，低氣壓在左；南半球則相反。

　　舉例來說，在氣壓分布中，北京附近等壓線呈西南到東北走向，高氣壓在東南側，低氣壓在西北側，按前面總結的規律，就可以推測北京吹的是西南風，而上海附近等壓線呈東西走向，高氣壓在北側，低氣壓在南側，按規律應該吹東風。再看，上海附近的等壓線比北京附近稀疏，因此上海的風應比北京小。又如，北京吹北風而上海吹南風，按規律，兩地附近的等壓線分布，都應該是南北向的，但在北京附近的氣壓西側高于東側，而上海則相反。又由于上海的風力比北京為大，因此上海附近的氣壓梯度比北京大，等壓線也比北京附近密集。

　　大氣就象一個自動調節器一樣，氣壓梯度力和地轉偏向力間的平衡與不平衡可以自動調整。雖然很難達到絕對的平衡，實際風也很難和等壓線保持絕對的平行，但風向始終在等壓線兩則偏離得不太遠。因而理論上的風與實際上的風仍然非常近似，氣壓與風的關系一直被廣大氣象臺站作為大氣運動規律而被利用著。

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