【天文学中的手性 4.】
(4. 地球自转偏向力手性效应①)
地转偏向力的影响: 沿地表水平运动的物体在地转偏向力的作用下运动方向发生了偏移,使许多自然现象都受其影响,同时也影响着人类的生产和生活,以北半球为例,常见有下列典型事例:
(1)水漩涡的形成:当我们打开水龙头向塑料桶中注水时,当水库放水(放水口在水下)时,水槽放水时等,都会看到在水面形成漩涡。注水时呈顺时针旋转,放水时呈逆时针旋转。当向桶中注水时,水从注水点向四周流动,北半球在地转偏向力的作用下右偏,漩涡呈顺时针方向旋转。南半球则呈逆时针方向旋转。放水时表面水都流向下层出水点,北半球在地转偏向力的作用使水下沉时右偏,不表面层漩涡呈逆时针方向旋转。南半球则呈顺时针方向旋转。这现了地转偏向力的手性,使南北半球的水漩涡有不同的手性。
(2)藤蔓植物的手性:植物的缠绕茎是螺线在三维空间中的形态,藤蔓类植物总是要借助其它生物体,来保证自己的生存。不同的藤蔓类植物,它们的缠绕茎会有两种相反的方向,在植物界,左手性与右手性植物的数量不完全对称,我们常见的植物中以右手性居多。英国博物学家达尔文(Charles Robert Darwin,1809-1882)在《攀缘植物的运动和习性》一书中描述了42种攀缘植物,其中有31种都是右手性。一般认为,植物的手性,可能与科氏力有关,是地球引力和磁力共同作用的结果。从进化的角度来看,地球上爬蔓植物出现的早期大多在赤道附近,因为地球自西向东自转,为了得到更多的阳光,所以在赤道以北的爬蔓植物逆时针向上爬,而在赤道以南的爬蔓植物则顺时针向上爬。
(3)冲积平原:河水的侵蚀和沉积,使河床、河岸、河道发生变化。河水的侵蚀和沉积,受落差、河曲、地转偏向力的影响,一般是,河流上中游,落差大,侵蚀为主,河床下切成谷地,中下游和河口,水流缓慢,沉积为主,形成冲积扇、冲积平原和河口三角洲;平原地区,受流水惯性影响,河曲外侧侵蚀,内侧沉积,使河道更加弯曲;平直河道,受地转偏向力的影响,北半球河流右岸侵蚀,左岸沉积,使河道向右侧移;南半球河流左岸侵蚀,右岸沉积,使河道向左侧移。
(4)洋流:海洋中的海水常年沿着一定方向大规模流动,称为洋流。洋流最主要的动力是风力,受地转偏向力的影响,洋流方向与风向不一致,北半球右偏,南半球左偏。
(5)大气运动:①风向:在气压图上,高空风(地转风),忽略了摩擦力,水平气压梯度力(垂直等压线指向低压,等压线愈密,其值愈大,它是风的原动力)和地转偏向力(垂直风向,北右南左,只影响风向,不影响风速)二力平衡,风向平行等压线,北半球风的右侧为高压、左侧为低压,南半球风的左侧为高压、右侧为低压。地面风(摩擦风),水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力(与风向相反,为阻力,地面愈是粗糙不平,其值愈大)三力平衡,风向斜交等压线指向低压,北半球风的右后侧为高压、左前侧为低压,南半球风的左后侧为高压、右前侧为低压。
②气旋:(包括台风,锋面气旋)中心低压,四周高压,在以上三力作用下,北半球按逆时针方向,南半球按顺时针方向,地面空气从四周向中心旋转辐合上升,多形成阴雨天气。赤道低压,没有地转偏向力,不会形成气旋和台风,东南信风和东北信风辐合上升,形成对流雨。南半球气旋东侧吹东北风,西侧吹西南风,北侧吹西北风,南侧吹东南风。北半球气旋东侧吹东南风,西侧吹西北风,北侧吹东北风,南侧吹西南风。台风也是如此,只是风雨很大。如果是锋面气旋,气旋东侧是暖锋,西侧是冷锋,雨带多在高纬冷空气一侧,即北半球在锋线北侧,南半球在锋线南侧。
③反气旋(包括副高,极地高压)与气旋正好相反,中心高压,四周低压,在以上三力作用下,北半球按顺时针方向,南半球按逆时针方向,空气从中心向四周旋转辐散下沉,多形成晴朗天气。南半球反气旋东侧吹西南风,西侧吹东北风,北侧吹东南风,南侧吹西北风,北半球反气旋东侧吹西北风,西侧吹东南风,北侧吹东南风,南侧吹东北风。
④三圈环流:由于地球是一个球体,太阳辐射在地表分布不均,造成赤热极冷,形成赤道低压(热力低压)和极地高压(热力高压),引起高低纬间大气流动,地面大气从两极流向赤道,高空大气从赤道流向两极,形成赤极环流,由于地转偏向力的影响,从两极流向赤道的地面大气,“向赤偏西”,成为极地东风,至60纬度附近,风向大致与纬线平行,不再流向低纬,被迫上升,形成副极地低压(动力低压),同样,从赤道流向两极的高空大气,“向极偏东”,成为高空西风,至30纬度附近,风向大致与纬线平行,不再流向高纬,被迫下沉,形成副热带高压(动力高压),这样,赤极环流被分割成了三圈环流。三圈环流在地面形成7个气压带和6个风带,从赤道向两极,依次为赤道低压带、信风带、副热带高压带、西风带、副极地低压带、极地东风带、极地高压带。大体以赤道为界,南北对称。风带风向:由高(压)到低(压),北右偏南左偏,北半球为东北风和西南风,南半球为东南风和西北风。
⑤季风:由于陆地热容量小于海洋,夏季陆地比海洋热,气压比海洋低,风从海洋吹到陆地,相反,冬季陆地比海洋冷,气压比海洋高,风从陆地吹到海洋。我们把这种在一年中,由于季节不同,风向发生相反变化的风,称为季风。冬季,东亚地处亚洲高压东侧,吹西北风,南亚地处亚洲高压南侧,吹东北风;夏季,东亚地处亚洲低压东侧,吹东南风,南亚地处亚洲低压南侧,吹西南风,它是南半球东南信风越过赤道,在地转偏向力作用下,向右偏转而成。
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