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基于摩擦力视角的大气水平运动若干现象分析

热度 1已有 414 次阅读2015-2-6 14:44 |个人分类:个人偶思|系统分类:地理学科| 湖北省, 十堰市, 摩擦力, 大气, 中学


1、摩擦力简介

摩擦力是一个经典的力学知识,是保持时间万物现有状态的重要因素。摩擦力是指两个互相接触的物体作相对运动时,接触面之间产生一种阻碍相对运动的力。从定义中我们能看出,摩擦力是一种阻碍物体运动的力。从受力分析角度来看,摩擦力的方向与物体运动的方向总是相反的,摩擦力的大小主要受压力的大小和接触面的粗糙程度两个因素影响。在接触面的粗糙程度相同时,压力越大,摩擦力越大;在压力大小相同时,接触面越粗糙,摩擦力越大。而且摩擦力既会影响物体的运动速度,也会影响物体的运动方向。

2、摩擦力与风

在高中地理知识中间,在解释大气水平运动时涉及到摩擦力的地方很多,下面就列举几个常用的点。

(1)摩擦力与风向

通过上面对摩擦力的介绍我们可知,摩擦力可以影响风向。当做水平运动的大气受到的摩擦力大小不同是,其最终的风向也不同。具体可分析为:当做水平运动的大气受到的摩擦力较大(如近地面的风)时,其最终风向和等压线的夹角就越大;当做水平运动的大气受到的摩擦力越小时,其最终风向与等压线的夹角就越小;当做水平运动的大气受到的摩擦力为零(如高空的风)时,最终风向与等压线夹角为零度(风向与等压线平行)。

(2)摩擦力与高空、近地面风力差异

风的实质大气的水平运动,大气水平运动在高空和近地面所受摩擦力的影响不同,大气在近地面做水平运动时由于陆地表面地势高低、建筑、植被等影响受到的摩擦力就很大,而高空大气在做水平运动时受到摩擦力的影响就非常微弱,可以忽略不计。所以,近地面的风与高空的风在最终的风向上也呈现很大的差异。近地面的风受到水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力三个了共同作用,最终风向与等压线成30°40°斜交(如下图“北半球近地面风向”),高空的风受到的摩擦力可以忽略不计,在水平气压梯度力和地转偏向力的作用下最终风向与等压线平行。(如下图“北半球高空风向”)因此,才能够近地面到高空,空气运动所受摩擦力逐渐减小,风向与等压线之间的夹角也逐渐减小。

 

(3)摩擦力与海洋、陆地风力差异

海洋表面与陆地表面的粗糙情况不同,海洋表面基本是水平的,因此对风的阻碍作用很小,风在海洋表面做水平运动时受到的摩擦力就很小,因此,海洋上的风风力较大。陆地表面有高原、山地、平原、丘陵、盆地之分,也有沙漠、草原、森林之别,因此,在近地面做水平运动的大气受到的摩擦力就很大,而且在不同地区受到的摩擦力也千差万别,因此,陆地上的风不仅平均速度比海洋上的风风力小,而且陆地上的风风速差异也比海洋上的大。

(4)摩擦力与南极大风

南极地区众所周知覆盖着2000多米厚的冰层,我们也知道冰层表面的摩擦力很小,因此对风的阻力就很小。南极的风在巨大的气压差大——极地地区冷高压气压高(酷寒),与副极地低气压差异大和极小的摩擦力小——冰川覆盖、地势平坦、缺少植被。共同作用下,形成了全球平均风速最大的地区。

3、摩擦力与沙漠化防治——以中卫沙坡头草方格沙障为例

我们知道沙漠化的一个重要原因就是干旱地区多大风天气,在大风的作用下一些沙丘就会随之移动,这样就会逐渐吞噬原有的草地、林地和耕地,扩大沙漠的面积。如果能够降低风速,就能够有效的遏制沙漠化的发展势头。在人教版高中地理必修三教材23页这样写道:“我国宁夏沙坡头地区,人们为了保护兰新铁路不受腾格里沙漠的侵袭,在沿线流动的沙丘上利用麦草、稻草、芦苇等材料扎设草方格沙障。这种沙障一方面可以增加地表粗糙度,削减风力;另一方面能截留水分,提高沙层含水量,有利于固沙植被存活”所以,在沙漠化防治过程中,人们往往采用植树种草、扎设草方格沙障等方式来增加地表的粗糙度,从而增大摩擦力,减小风速。

 

 

发表评论 评论 (1 个评论)

回复 geonet 2015-2-6 16:24
不错,学习了。

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