风是看不见的,但我们能清楚地感受到它的存在。因为我们可以通过摇曳的树叶、飘动的头发,以及旋转的风车,间接地看到风的运动。

无形之风的威力,足以改变人类历史。16世纪,处于劣势的英国,对号称无敌舰队的西班牙取得了前所未有的巨大胜利。恰逢其时的强风和海流,帮助英军击沉了西班牙舰船。虽然看不见,但风对我们生活的影响之大,足以左右一个国家的兴衰。那么,对我们生活产生巨大影响的风,究竟是什么呢?
空气的运动,风
简单来说,风是由于大气温度和气压差异而产生的空气流动。受热的空气密度变小,变得轻盈,就像充满比空气轻的氦气的气球会冉冉升起一样,向上升腾。此时,为了填补由此产生的空缺,周围的冷空气会向暖空气所在的地方移动,这就是所谓的风。
就像水从高处流向低处一样,空气也从高气压流向低气压。高气压是指气压高于周围的地方,低气压是指气压低于周围的地方。在高气压的地方,风从中心向外吹,在低气压的地方,风从周围向中心吹。
即使现在,大气也在不断运动。只要看看掠过肌肤的风、飘向远方的云朵,以及一天内不断变化的天气,就足以明白。然而,如果从地球的角度观察,会发现大气的运动有一定的规律。这种在全球范围内发生的空气流动,被称为“大气环流”。
大气环流始于太阳能。由于地球表面呈圆形,太阳光到达地面的量因纬度而异。因此,越靠近赤道,到达地面的太阳能就越多。因此,赤道附近的暖空气上升,产生空缺,周围的冷空气向该空间移动。上升的空气团在上升过程中冷却,因此会变得越来越重,并再次下降,下降的空气向四面八方扩散,再次向空气不足的地区移动。空气通过这种过程循环流动。纬度造成的能量不均衡,最终引发大规模的对流运动。

如果地球不自转,风只会从高气压的极地向低气压的赤道方向移动。然而,在自转的地球上,风向会发生弯曲。在北半球,向北吹的风会像受到与其行进方向呈右侧的力一样,呈斜线方向吹。地球受到地球自转、地表海洋和陆地分布等因素的影响,在赤道和极地之间出现三个环流系统。因此,在地表移动的风被称为信风、偏西风和极地东风。
信风是在赤道和纬度30度之间的低纬度地区吹的风,在北半球从东北向西南吹。在航海时代,西班牙帆船等利用这种风进行贸易,信风因此得名。信风对于从欧洲乘船前往美洲大陆非常有用。在中纬度地区形成的偏西风是从西向东吹的风,在受偏西风影响的韩国,风大致呈从西向东吹的趋势。
通过能量分配维持生命的大气环流
当然,如果地球只吸收能量,那么地球整体的气温将会持续上升,但实际上,地球也会释放能量,所以这种情况不会发生。地球释放的辐射能量的量与纬度无关,几乎是恒定的。因此,在低纬度地区,吸收的能量少于释放的能量,处于能量过剩状态;而在高纬度地区,情况则相反,吸收的能量多于释放的能量,处于能量不足的状态。
此时,各地接收太阳光的程度差异远比想象的要大,如果热量不在全球范围内循环,那么几乎不会有适合人类居住的地区。因为热量过多的地方会变得越来越热,最终融化,而热量不足的地方则会变得越来越冷,最终全部冻结。
那么,能量如何在地球上循环呢?通过大气对流运动在地表形成的空气流动,即风,热量得以均匀地扩散到地球各地。如果空气在移动过程中不分散热量,那么各地将会出现非常严重的能量不均衡。而信风、偏西风和极地东风是持续吹动的风,它们与海洋摩擦,形成沿一定方向流动的表层海流。像这样,大气和海水循环流动,将低纬度地区多余的热能输送到能量不足的高纬度地区,从而使地球达到能量平衡。

此刻,空气和海水也在努力运动,将热量均匀地传递到地球的各个角落。地球的大气循环与海洋循环共同为地球的能量分配做出贡献。
地球需要台风
除了地球大气层中这种一般的热循环过程外,还有一种独特的辅助装置,可以一次性转移大量的能量,那就是台风。台风是一种热带低气压,它从海洋吸收低纬度地区温暖的空气,并伴随着强风和暴雨向高纬度地区移动,输送大量的水蒸气。台风根据发生地区的不同而有不同的名称。在包括韩国在内的西太平洋地区被称为台风,在北美中部和加勒比海地区被称为飓风Hurricane,在印度洋被称为气旋Cyclone。
台风在吸收水蒸气的过程中包含大量热量。由于台风以这种状态向高纬度地区移动,因此能够一次性高效地转移低纬度地区多余的热量。围绕地球的大气层不断产生各种气流,并且随着空气的移动,热量也随之循环。

台风几乎每年都会带来强烈的暴风雨,造成巨大损失。然而,台风吸入热带地区的暖空气,并将其散布到高纬度地区,从而适度地维持地球的温度并平衡热量,因此是一种不可或缺的气象现象。此外,台风还充分发挥了水资源供应的作用,解决了缺水问题,并通过搅动海水循环,在消除海洋赤潮现象方面发挥了重要作用。
如果太阳辐射的热能不在地球内部循环会怎样?地球表面可能会因昼夜或纬度而产生巨大的温差。但幸运的是,地球通过大气和海洋的对流来分散热能。这种大气环流使地球的能量长期处于平衡状态,使地球像温暖的母亲的怀抱一样,让生物得以生存。
- 参考
- 《生动的科学教科书1》(洪准义等3人合著)
- 《有趣的天气和气候变化故事》(金炳春、朴日焕合著)