在摩擦層中,風行走在粗糙不平的地面上,在摩擦力的作用下風速不得不降低。由於地表的粗糙度不同,摩擦力不同,風速降低的程度也不同。壹般來說,陸地表面的摩擦力大於海面;另壹方面,陸地表面的摩擦力在山區比在平原大,在森林比在草原大。
摩擦不僅會減弱風速,還會幹擾風向,破壞氣壓梯度力和地轉偏轉力之間的平衡。
摩擦力對風的影響對比圖
如圖所示,在氣壓梯度力G和地轉偏轉力A平衡的情況下,風本來是沿等壓線方向(V)勻速運動的,但摩擦力R從後面拉動,風速減小到Vr,地轉偏轉力也因風速減小而減小到ar,所以氣壓梯度力超過減弱的地轉偏轉力,將風拉向低壓側。此時,為了保持與風向垂直,地轉偏轉力和摩擦力保持與風向相反,都隨著風向向左偏轉。摩擦力和地轉偏轉力雖然不在同壹個方向,但兩者之間始終保持直角,但仍然是統壹的,* * *和氣壓梯度力是對立的。當它們的合力(R+AR)偏轉到與氣壓梯度力相等且方向相反時,雙方矛盾的力量對比就回到了平衡狀態。但不是簡單的重復原來的平衡。但是在壹個新的條件下——摩擦達到了壹個新的平衡。此時,風以穩定的速度和壹定的交叉角度,從高壓側向低壓側斜向吹過等壓線。
風從高壓吹向低壓。
這種風稱為摩擦風,是在摩擦力參與,氣壓梯度力與地轉偏轉力和摩擦力保持平衡的情況下產生的。摩擦力越大,摩擦風的風速越小,左偏轉與等壓線的夾角越大。據調查統計,這個角度在海洋中為15 ~ 20,在陸地上壹般達到30 ~ 45,在崎嶇的山區甚至大於這個角度。這樣,之前總結的氣壓和風的關系就得修改了:逆風站立,在北半球,高壓在右後方,低壓在左前方;在南半球,高壓在左後方,低壓在右前方。如果說在高空自由大氣中,風在壹定高度上近似沿著等壓線的“河道”流動,那麽在地面上,風雖然也沿著等壓線的“河道”流動,但也向低壓側溢出。
北半球高層自由大氣中氣壓和風的關系
在高低壓區,等壓線的“通道”是以高低壓中心為圓心封閉在壹個環中的。如果是在高空自由大氣中,根據氣壓和風的關系,風近似沿著閉合等壓線的“河道”循環,高壓區順時針,低壓區逆時針。如果是在地面,根據氣壓和摩擦風的關系,在高壓區,風順時針流動,向周圍氣壓低的地方輻射,形成順時針流出的螺旋氣流;在低壓區,風逆時針方向流動,另壹方面向低壓中心區匯聚,形成逆時針流入的螺旋氣流。
北半球近地面氣壓和風的關系