风Wind

空气相对于地球表面的运动谓之风。由于近地面层空气的垂直运动非常小，因此，气象学家把风这个术语几乎单纯用来表示空气的水平运动。通常只有空气在进行强烈的向上或向下运动时，垂直运动才可以明显地被查觉出来。在近地面处，风是用风速仪和风向标来予以测量；在高空，通常是用电子仪器跟踪携带仪器的气球来观测风。在自由大气中，风向和风速也可以根据气压的分布近似地估计出来。

　　在自由大气中，大规模水平运动的速度近似于地转风的速度，即由科里奥利力与气压梯度力二者的合力所形成的风。地转风的风向与等压线相平行，北半球，低压区在风的左侧，南半球，低压区在风的右侧。风速与气压梯度力成正比而与科里奥利参数以及等压线的间距成反比。

　　许多特殊的地方风是与地形有关，是由于地形导致空气不均匀的受热和冷却的结果，如海陆风、山谷风、下降风、尘旋风等。另外，大气层中还存在着许多大规模的风系。东北贸易风就是在17世纪由英国天文学家埃德蒙德·哈雷（EdmundHalley，1656—1742）发现并作为大气环流的一个主要部分。北半球的贸易风为东北风，南半球的贸易风为东南风。贸易风占据了热带地区的大部分地方，或者占据了地球表面约一半的面积。每一半球的贸易风构成哈德利环的回流部分（见Atmosphere，PlanetaryCirculationof［大气层的行星坏流］）。所谓哈德利环，是由热力推动的，在赤道附近空气做上升运动，然后向两侧流去，在南北纬30°附近向下运动，并沿着地面流回赤道的环流。两半球的贸易风在赤道地区相会，形成了云带，这个云带就是热带辐合带的标志。贸易风是地球上最稳定的风系，它的变化要比中纬度西风带小得多。

　　西风带是地面风，位于纬度约35°到65°之间。西风带在低纬度一侧的界限根据副热带高压带可以很容易确定（副热带高压带是由哈德利环流的下沉空气形成的）。但是西风带在高纬度一侧的界限是不固定的、多变的和难以确定的。

　　极地东风带位于高纬度低压带的极地一侧。这个风系厚度不大，界线不太明确。极地东风带是厚度不大的极地反气旋向外吹的气流所形成的，或者可以说是流向极地变冷下沉形成极地反气旋的那股气流的回流。

　　向上距离地面越高，东风带的宽度就变得越窄。西风带的宽度越向上变得越宽，两侧也越向赤道和极地方面扩展。若从高空来看，在处于冬季的那一半地球，它的西风带就好象一个巨大的涡流，它的中心位于极地，它的外缘伸延到纬度10°左右的地带。在西风带的核心部位，也就是在纬度30°附近的平流层底部，冬季风速平均为每秒40米（每小时140公里）。

　　虽然根据所有经度上的长期平均来看，西风带表现为带状的风，但是，在任何一个瞬间，西风带又表现为波状弯曲。这种波状弯曲有各种称呼：行星波、西风带中的长波、罗斯比波。然而，在室内用流体做旋转运动进行的实验表明，西风带中的波并不是真正的罗斯比波（参见AtmosphericWavesandVorticity［大气层中的波和涡流度］条）。在较长时间吹着近似于带状的气流之后，西风带中的波就发育最盛。由于波是把热量从低纬度输送到高纬度，因此，据认为，当低纬度和高纬度之间的温度差异达到一定的临界值时，带状气流就变得不稳定，也就是说，这时最有利于波的扰动作用的发展。

　　实验室实验支持上述看法。把两个直径不同的圆筒套在一起，再把流体装入这两个圆筒之间的环形空间中并使流体进行旋转来模拟对流环流，实验结果表明，对流环流与两个因素有关：经线方向的温度差异和流体的旋转速度。

　　虽然地球的旋转速度是固定的，但是，地平面绕着一个垂直轴的旋转速度相对于一个固定的参考系来说是随纬度而变化：在两极最大，而在赤道则为零。从低纬度到高纬度的温度递减率，在热带地区最小，而在中纬度地区最大。用旋转的流体进行的模拟实验表明，在沿着圆筒的纵向方向温差较小以及圆筒的旋转速度较慢的条件下，有利于类似地球低纬度地区大气层中的哈德利环流那种环流的形成。如果圆筒的旋转速度较快，圆筒纵向方向的温差较大，则有利于“罗斯比模式”的形成，在这种情况下，带状气流和哈德利环流都被波的运动形式所取代，这种波的运动形式很象在地球中纬度大气层中的那种波。

　　夏季，在30公里左右的高度上，西风带就消失了，取而代之的是东风，东风从极地一直延伸到赤道。以前曾经认为，赤道地区上空的东风是稳定的，但是最近15或20年来的观测揭示出了赤道地区平流层的风存在着很有趣的周期性，称之为“两年波动周期”。大约每26个月，赤道地区平流层中空气流动的方向就发生一次变化，交替地吹着东风和西风。据认为，全球范围的竖向传播的内引力波为两年周期的波动提供了原动力。