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氣象小常識:地轉風


   撰文:梁偉鴻      2010年12月

  • 在地球上,由於不同地方受熱情況不一樣,使空氣溫度有差別,較熱的空氣膨脹,空氣密度及氣壓減低,而周圍的較涼空氣密度較高,氣壓亦較高。兩個地方之間存在的氣壓差異,稱為氣壓梯度﹙pressure gradient﹚。氣壓差異產生的推動力使空氣流動,便形成風。氣壓梯度越大,所產生的推動力越強,風速便越大。

    一般來說,風是從高氣壓吹向低氣壓。但事實上,決定風向的因素除了氣壓外,還有地球的轉動和地面的磨擦力。由於地球自轉的影響,對於在北半球的觀察者來說,一團移動的空氣會向右偏。為什麼會有這現象呢?

    在北半球,地球表面的空氣會跟隨地球自西向東轉動。如圖一所示,假設有一團空氣由A移往B。由於地球的自轉,A會移到A' 的位置,而該團空氣就移到C的位置,不是B' 的位置。原因是空氣向東移的速度比面B點向東移的速度為快。所以對於在A' 點的觀察者來說,該團移動的空氣會向右偏。

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    圖一  地轉偏向效應 (此圖不按比例)


    地球轉動引致移動的空氣偏移的現象,稱為地轉偏向效應。在氣象學上,一般假設有一「地轉偏向力」﹙或稱科里奧利力,Coriolis force﹚作用於移動的空氣,使在北半球移動的空氣向右偏移(在南半球移動的空氣則向左偏移)。地轉偏向力的方向與空氣移動的方向垂直。在緯度較高的地區,地轉偏向力較大;越近赤道,地轉偏向力則越小。

    現在我們可以解釋在天氣圖上,等壓線和風向的關係。假設在北半球,有一團空氣受氣壓梯度力的作用,開始從高壓移向低壓﹙圖二﹚。與此同時,地轉偏向力亦使該團空氣向右偏移,直至氣壓梯度力和地轉偏向力相等時,該團空氣便平行於等壓線的方向移動。這情況下,該團空氣移動所形成的風稱為「地轉風」﹙geostrophic wind﹚。從圖二,我們可以得到一個風向和高低氣壓關係的規律: 在北半球,如果背風而立,那麼低氣壓便在我們左邊,高氣壓在我們右邊。

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    圖二  地轉風形成示意圖


    地轉風是一種理想的情況。實際上,我們還須考慮空氣與地面之間磨擦力的影響。當氣壓梯度力、地轉偏向力和磨擦力三者平衡時,風向就必須稍為由高壓指向低壓,如圖三所示。

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    圖三  地轉偏向力和磨擦力的矢量總和(虛線者)與氣壓梯度力平衡時的狀態


    空氣與海洋之間的磨擦力較與陸地之間的為小,所以在海洋上,地轉風是實際風向的較佳近似。


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  • 最近修訂日期: <2014年4月1日>