風從哪裡來?

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德克薩斯理工大學大氣科學助理教授克里斯·韋斯解釋道。

簡單來說,風是空氣分子的運動。理解風的成因有兩個核心概念:空氣和氣壓。空氣由氮分子(按體積計算約佔78%)、氧分子(按體積計算約佔21%)、水蒸氣(在地表附近按體積計算約佔1%至4%之間)和其他微量元素組成。我們每次呼吸時,吸入的空氣都包含著大致相同的這些分子相對比例,而地面水平一立方英寸的空氣中包含約 1020 個分子。

所有這些空氣分子都以非常快的速度移動,很容易相互碰撞以及與地面上的任何物體碰撞。氣壓被定義為這些分子在給定面積上施加的力的大小。一般來說,存在的空氣分子越多,氣壓就越大。反過來,風是由所謂的壓力梯度力驅動的。在指定的水平距離上氣壓的變化會導致來自相對高氣壓區域的空氣分子衝向低氣壓區域。所有尺度上的這種水平壓力差產生了我們所經歷的風。


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天氣圖上顯示的高壓和低壓區域在很大程度上驅動了我們在特定的一天所經歷的(通常)溫和的周圍風。這種風背後的壓力差僅佔大氣總壓力的約 1%,並且這些變化發生在多個州的範圍內。相比之下,強風暴中的風是由於水平壓力變化區域更大、更集中的結果。龍捲風就是一個很好的例子。2003 年 6 月,應用研究協會的蒂姆·薩馬拉斯將一個科學探測器放置在南達科他州曼徹斯特附近 F4 級(毀滅性)龍捲風的直接路徑上。他發現,在龍捲風的半徑範圍內,氣壓下降了總大氣壓值的 10%。這種氣壓變化的幅度,以及它發生的極短距離,解釋了為什麼這種現象中的風如此具有破壞性:空氣分子非常迅速地加速進入龍捲風中心的極低壓力區域,該區域中空氣中含有的水蒸氣經常凝結,形成通常可見的“凝結漏斗”。

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