德克萨斯理工大学大气科学助理教授克里斯·韦斯解释道。
简单来说,风是空气分子的运动。理解风的成因有两个核心概念:空气和气压。空气由氮分子(按体积计算约占78%)、氧分子(按体积计算约占21%)、水蒸气(在地表附近按体积计算约占1%至4%之间)和其他微量元素组成。我们每次呼吸时,吸入的空气都包含着大致相同的这些分子相对比例,而地面水平一立方英寸的空气中包含约 1020 个分子。
所有这些空气分子都以非常快的速度移动,很容易相互碰撞以及与地面上的任何物体碰撞。气压被定义为这些分子在给定面积上施加的力的大小。一般来说,存在的空气分子越多,气压就越大。反过来,风是由所谓的压力梯度力驱动的。在指定的水平距离上气压的变化会导致来自相对高气压区域的空气分子冲向低气压区域。所有尺度上的这种水平压力差产生了我们所经历的风。
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天气图上显示的高压和低压区域在很大程度上驱动了我们在特定的一天所经历的(通常)温和的周围风。这种风背后的压力差仅占大气总压力的约 1%,并且这些变化发生在多个州的范围内。相比之下,强风暴中的风是由于水平压力变化区域更大、更集中的结果。龙卷风就是一个很好的例子。2003 年 6 月,应用研究协会的蒂姆·萨马拉斯将一个科学探测器放置在南达科他州曼彻斯特附近 F4 级(毁灭性)龙卷风的直接路径上。他发现,在龙卷风的半径范围内,气压下降了总大气压值的 10%。这种气压变化的幅度,以及它发生的极短距离,解释了为什么这种现象中的风如此具有破坏性:空气分子非常迅速地加速进入龙卷风中心的极低压力区域,该区域中空气中含有的水蒸气经常凝结,形成通常可见的“凝结漏斗”。