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生活在旋转星球上的压力

大湖区上空的低压系统以逆时针方向旋转,影响着美国东部的天气模式。

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如果您居住在美国东海岸或附近,并想知道最近为什么总是阴云密布,原因就在这里:

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那是几天来一直盘踞在大湖地区的低压系统,正如 NASA 的 Aqua 地球观测卫星所见 [点击即可离心]。它南北贯穿整个国家;您可以看到图片底部的墨西哥湾。为什么它是逗号形的?因为地球在自转。真的。地球每天自转一周,赤道周长约 40,000 公里(24,000 英里)。这意味着站在那里的人每天绕一个这么大的圈,速度约为 1700 公里/小时(1000 英里/小时)。但站在极点的人根本没有绕圈;他们一天只会在原地转一圈。在中间点,例如纬度 45°,人们将在约 1200 公里/小时(700 英里/小时)的速度绕圈运动。

现在想象一下,您站在赤道上,以 1700 公里/小时的速度向东行驶。我突然神奇地将您传送到了北纬 45°。会发生什么?嗯,您仍然以 1700 公里/小时的速度向东行驶,但地面只以1200公里/小时的速度向东行驶。这意味着相对于地面,您向东的速度快了 500 公里/小时!在站在那里的人看来,您会以近乎飞机般的速度尖叫着向东凭空出现。最好带上降落伞。如果您在北极,没有移动,然后我将您带到南纬 45°,情况则相反:现在地面正以 1200 公里/小时的速度向您东边移动。对于已经在那儿的人来说,您会向西以那个速度移动。一切都是相对的。很奇怪,不是吗?但这是生活在一个旋转的球体上的自然结果。现在想象一下,大湖区有一个低压系统(或者干脆看看上面的图片)。空气从四面八方涌入中心,包括来自南北方向。但由于地球自转的速度,这些空气团向东的速度不同。来自南方的空气向东的速度比天气系统的中心更快,因此(在图片中)它在向北移动时向东(右)移动。向南移动的空气比地面移动得慢,因此它向西(左)偏转。这就形成了一个逆时针旋转,就像您在图片中看到的那样。这就是为什么飓风在北半球逆时针旋转的原因。在南半球,情况则相反:向南移动的空气比其下方的地面移动得快,并向东偏转;向北移动的空气向西偏转,您就会得到顺时针旋转。这似乎是一种力,不是吗?一种推动空气运动的力量?在很多方面,它确实像一种力,尽管这取决于您是从地面观察,还是随着地球自转,或者从太空观察地球在您下方旋转。这一切都是在 1800 年代由 Gaspard Gustave de Coriolis 详细阐述的,我们以他的名字命名:科里奥利效应(有时也称为科里奥利力)。这只在很大范围内有效,因为该效应是由地球上纬度旋转速度的变化引起的。它与您的马桶无关;无论您在澳大利亚还是奥地利,水都会以相同的方式冲入马桶(流入马桶盆的水旋转是由于水流方向由盆本身决定,而不是由我们星球的自转决定)。但在宏观尺度上,它会驱动巨量的空气向一个方向或另一个方向。所以,如果您在美国东部,因为灰蒙蒙的天气而感到沮丧,请记住:有巨大的力量在起作用,让天气变成这样,而您对此无能为力。如果感觉有点“旋”,那是因为它确实是。图片来源:NASA/Aqua


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