自然与人-27.2   两极圈地面偏东风的形成过程

李乐乐

    摘要：大气底下也有了地面和水层垫底，两个极圈的大气下垫面就像两部大离心机，它们迫使极地上空的空气下沉到地面，然后又甩向较低纬度地带。极圈粘带着空气，将它们从较小的纬圈拖向了较大的纬圈，边转边拖，在北极圈本来是向南拖就变成东北风了。

    就如“自然与人-27.1”所述的那样，大气运动原动力的作用原理其实很简单。可是，重要的还在于是否能够用这种新观点来解释各种具体的大气环流问题，也即能否从大气运动原动力的原理新观点出发，合乎逻辑地讲出各种具体大气环流系统的形成经过，就是能否讲出大气环流的眉、目、嘴、鼻总体面貌是如何造出来的？在此，我们完全撇开一切热力（包括地热），只先看看地球自转是如何具体形成目前大气环流的基本面貌的。
    这一小节我们就先说一说极地偏东风的形成过程。正如“自然与人-27.1”中所述，在地球自转作用下，大气环流的启动是两极附近空气从地面向赤道流动而开始的。与“自然与人-24.3”中所说的“海水底下已有了硬海底垫着”的道理一样，大气底下也有了地面和水层垫底，所以大气环流的形成过程也与海流的形成相似，再不必好像全液态球体那样由本身的离心力引导着内部体元向赤道截面方向流去，而是两个极圈的大气下垫面会因地气之间的摩擦和碰撞作用而变成两部大离心机，它们直接迫使极地上空的空气下沉到地面，然后将这些空气甩向较低纬度地带。因为 v=ωr（v—表示某地面附近静止空气绕地轴转动的绝对线速度，ω—表示地球自转角速度，r—表示某地面与地轴的距离），所以，凡是被“离心机”甩过而从高纬度跑到较低纬度（r从小变大），并且逐渐与地面保持相对静止的空气，它们绕地轴转动的绝对线速度v都加大了，也即都从地球自转得到了能量。
    为什么在极圈内的地面层里，一年四季都是偏东风呢？就是因为在极圈内，地球既想将空气往低纬度搬动，又要使它们保持与地面相对静止（即v必须逐渐加大），地面就必须给它们提供能量，所以便将它们拖着走，于是在北极圈内就表现为东北偏东风，在南极圈内就表现为东南偏东风了。
    具体如图27.2，在北半球，由于地面按着U箭头的方向随着地球自转，如果地面不供给任何能量而将空气从高纬度的B点附近往低纬度搬，则空气到了较低的CD纬度后就只能到达E点位置，成为飞跑在E点上面的正东风；如果要使被搬运的空气到达CD纬度后依然完全是地面上的静止空气，则必须从B点沿着BD方向走（正北风），最后来到D点。要完全按照后者进行，只能将空气装进一个大袋里，然后固定在一列从B点到D点的从北往正南方向开的列车上，让地面通过列车不断传送能量给空气，逐渐加大空气绕地轴转动的线速度，以使空气连续不断地适应到达新的较低纬度后能与地面保持相对静止状态。在实际中，既想让空气一直保持与地面成为静止状态，又无法装进袋子里，就只能在绕着地轴自西向东旋转的同时，凭借着地面与空气之间的摩擦力将空气半粘住而逐渐往南拖着走。由于被拖着向南走的空气，无法像朝着正南方向开的列车那样快速的从地面获取了能量，以便迅速加大向东速度以保持与地面相对静止状态，所以，从外观看来，空气就走成了G箭头的东北偏东风的方向了。

图27.2： 北极圈内地面偏东风成因分析示意图