什么是科里奥利效应
科里奥利效应以其发现者、法国数学家加斯帕德·古斯塔夫·德·科里奥利(GaspardGustavedeCoriolis,1792-1843)的名字命名,描述了不与地面相连的物体的路径偏转,例如风、风暴、飓风、飞机等。这种效应有助于许多大规模天气模式的行为。
简而言之,科里奥利效应是由地球自转引起的。地球每24小时完成一圈自转。然而,地球在赤道处比在两极处更宽,这意味着赤道自转速度比两极快。赤道以每小时近1,600公里(1,000英里)的速度旋转,而在地球的极地地区,旋转发生的速度要慢得多(大约0.00008公里,或每小时0.00005英里)。这种沿地球不同区域的旋转速度差异导致物体线性路径明显弯曲/偏离。换句话说,旋转参考系的存在,即地球绕其轴的旋转,产生了科里奥利现象。
穿越大面积区域的大范围流体,主要是气流,在北半球向北移动时向右偏转,而在南半球,这些流体向南移动时向左偏转。这种明显使风偏转的无形力被称为科里奥利力。重要的是要注意,这种力实际上不是力,而是所谓的伪力。没有物理相互作用驱使风发生偏离,但这种偏离的出现在数学上可以归因于一种力的存在,因此得名伪力。
对天气模式的影响
由于科里奥利力,北半球的低压系统,如台风南玛朵(左)逆时针旋转,而在南半球,低压系统如气旋达里安(右)顺时针旋转。
旋风和信风是科里奥利效应发挥作用的直接例子。旋风分离器是向中心旋转和盘旋的低压系统;气旋边界处的空气处于高压状态,因此自然地向中心的低压区域扩散。在北半球,随着空气向中心盘旋,这种扩散发生逆时针方向。在南半球,洋流向左偏转,这意味着风暴系统将顺时针旋转,与北半球相反。
科里奥利效应不仅会影响风暴系统,还会影响地球周围主要和规律的风型。空气变暖,随后在赤道上升,然后流向两极。在北半球,这些气流在向北移动时向右(东)偏转。当它们冷却时,电流下降回到地面。随着洋流的下降,它逐渐从东北向西南向赤道移动。空气的连续循环过程称为贸易风。局地风会影响沿海水流,而复杂的全球风系统会影响表层洋流。局地风和全球风系统都受到科里奥利效应的影响,因此很明显,科里奥利效应影响地球动力学的许多方面。
对其他行星的科里奥利效应
与其他已知行星相比,地球自转速度相对较慢。地球的缓慢自转意味着科里奥利效应不足以在短距离内以低速观察到。在木星上,由科里奥利效应引起的偏转非常强大,以至于常规的天气模式极度扭曲。发生这种情况是因为木星在太阳系中的自转速度最快,约为45,583公里/小时。在木星上,它的高自转速度是科里奥利效应的一个极端例子,它将南北风转变为东西风,其中一些以每小时超过610公里(380英里)的惊人速度行进。主要吹向东方的风与主要吹向西方的风之间的分界在地球的云层中形成了明显的水平分界,称为带。这些快速移动的带之间的边界是极其活跃的风暴区。大红斑是这些风暴中最著名的,持续了将近180年。
科里奥利效应在地球大气的动态运动及其天气模式中起着积极的作用。旋转参考系的存在会导致纵向移动的物体偏离其直线路径。这种归因于科里奥利效应的分歧解释了大多数大规模的空中运动,无论是风、云、风暴,甚至是飞机。有证据表明科里奥利效应也存在于其他行星上。木星是我们太阳系中自转速度最快的行星,受到科里奥利力的巨大影响。风和气体运动的转向如此明显,以至于木星的大气层中出现了称为带的水平部分。科里奥利效应允许了解和研究地球和其他行星上的天气模式,