金星和火星上有我們所認知的天氣。因為金星的軸線幾乎不傾斜,它缺少季節變化:它在任何時候都是炎熱的。大氣有95%是二氧化碳,通過溫室效應加熱著金星地表,平均溫度達到885°F(457℃)。
金星的地表氣壓是90標準大氣壓(91,192毫巴),而地球地表氣壓為1標準大氣壓(1013毫巴),猛烈的東風以每小時200英裏(322千米)的速度繞著金星運行,使那裏狂風大作。光線透過厚厚的硫酸雲層傾瀉出來,使金星在夜空中閃閃發光。
火星大氣中含有95%的二氧化碳,但是它有一個相對小的引力。它的大部分原始氣體已經被太陽風吹散了。火星平均地表壓力是0008標準大氣壓(8毫巴)。氣壓低,加之極度的幹燥,就阻止了水的形成積聚。這意味著火星幾乎沒有雲,薄薄的大氣還使火星對於太陽的熱量相當敏感:例如,赤道的溫度全年在-193°F至+72°F(-125℃至+22℃)之間變動。冰層覆蓋了火星的兩極,它們的融化和凍結受到火星與太陽遠近距離的影響,也受到速度為每小時125英裏(200千米)的風的影響,它產生了強大的塵埃雲,阻擋了太陽光,使冰層的融化慢下來。這些灰塵風暴時常侵襲著整個星體。天氣的創造者
即使在南極洲——地球上最幹燥的地方,空氣中也含有水分。如果空氣是完全幹燥的,將會有更多的從地表輻射的熱量散失在太空中。值得地球上的生命慶幸的是,空氣包含能很好地吸收能量的水汽。更值得慶幸的是,空氣中的水汽能夠持續不斷地得到補充。在不斷的循環中,水從陸地和海洋蒸發並聚集成雲。然後產生雨、雪或其他形式的降水,其整個過程都是自我循環的。
空氣有施加壓力的重量。空氣越多,重量越大,壓力越強。空氣的深度——大氣層厚度,依據地球的地勢而變化。在山巔處空氣就比較少,因此大氣壓就比山穀中氣壓低。
氣壓還受溫度的影響,溫度的高低標誌著分子運動的程度。空氣分子不停地彼此來回運動,周圍的任一分子都可能會碰巧與之相撞。這種撞擊繼而產生熱量。因此氣壓越強一也就是說,有更多的分子彼此相互碰撞,空氣溫度就高。此外,運動的分子數量越多,為其所占據的空間就越大。所以,對於給定的同體積的暖空氣和冷空氣,前者含有的分子數量要少於後者。暖空氣較小的密度意味著它比較輕,相對於密度較大,較重的易於下沉的冷空氣而言更易於上升。
大氣中的水分子在三種狀態之間不停地來回轉化:氣態、液態和固態。雨從雲中降落意味著更多的水分子脫離氣態並形成小水滴(凝結),相對於水分子從小水滴狀態進入氣體狀態(蒸發)。
這兩個過程,凝結和蒸發,在我們周圍空氣中時時刻刻都在進行著,但因溫度不同,進行的速度也會有所不同。例如,在一個晴朗無雲陽光燦爛的日子裏,熱量會加速蒸發的速度,防止空氣中的小水滴存活太久。所以,返回水汽的水分子比以小水滴形式存在的水分子要多。空氣冷卻,蒸發的速度會下降直至蒸發的水分子少於凝結的水分子:在這一點上,我們說空氣飽和,水汽通常會凝結成小微滴,形成雲、薄霧和濃霧。氣團
在同一溫度、壓力和溫度下含有或多或少的空氣分子的巨大實體稱為氣團。氣團非常大,通常覆蓋數萬平方千米的麵積。它們控製了其形成和途徑地區的天氣特征。大陸氣團比較幹燥,海洋氣團則比較潮濕,極地氣團比較寒冷,熱帶氣團則比較溫暖。一個氣團或許以一種類型開始,而慢慢變成另一種類型。在前頁的地圖上描繪出了地球上的最顯著的主要氣團。氣壓係統
在氣象圖上,被標有一個“高”字的氣團比周圍的氣團有一個較高的地麵氣壓。低壓氣團則在氣團相互磨擦和混合的空白處被找到(記住,“高”和“低”就如同“熱”和“冷”,是相對的詞)。一般說來,氣團不是很容易就可以相互混合的。當密度差異很大的氣團相遇時,它們之間的低壓區通常發展成為極不穩定的區域,使氣團間的過渡變得劇烈起來,形成狹窄的多雨地帶,稱為鋒。
高壓和低壓受製於高空急流,而急流的形成又始於高壓和低壓。在地表,空氣運動得相對比較慢,由於科裏奧利效應呈圓周運動。
巨大的半永久性的低壓氣團和高壓氣團產生並引導移動的氣壓係統。在一定地區它們對天氣的影響占主導地位,它們的位置和強度隨著季節的變遷而變化。在7月份這些氣壓係統的位置,而此時正值印度雨季。然而在1月份一個稱作“阿留申”的低壓區沿著阿拉斯加沿岸移動,在夏季則消失,再次引起亞洲風暴,並使其移至太平洋的高空,影響北美。類似地,使北美風暴移至亞熱帶大西洋上空,在冰島加強形成低壓(冰島低壓);重新進入歐洲。在這樣的情況下,所有影響天氣的物理因素——水汽、氣壓和氣團正在同時發揮作用,造成巨大影響。風
盡管空氣看不見,虛無縹緲,但它卻時時刻刻的存在著,它吹拂我們的臉頰,使旗幟飄揚,使船帆漲滿,使雲飄過天空。有時它卻發出狂嘯,就像在華盛頓山上,在那兒,1934年4月12日,山頂陣陣狂風,以每時233英裏(373千米)的速度被載人世界紀錄。
當空氣在旋轉著的地球上空移動時,它就被稱為風。地球的運動不是風產生的原因。大氣自身與地球相伴,並圍繞著地球旋轉。是氣壓使空氣處於運動狀態。氣壓不均衡地分布在地球周圍。為達到全球均衡,空氣從高壓地區移向空氣密度較小的低壓地區。這個運動以各種各樣的形式體現,從夏季的和風到大陸季風,諸如印度季風。
氣象學家通過標出壓力繪製大氣圖。聯接等壓點的線稱為等壓線。它們形成類似地勢圖上等高線的同心圓或光滑的曲線,而且正如等高線表示河流流過地麵的快慢一樣,等壓線則表示了風吹動的強弱。等壓線越密,壓力梯度越大,風速就越大。
在地勢圖上,河流從高地向低地直接穿過海拔線。但是在等壓線圖上,空氣並不直接穿過等壓線,因為地球旋轉影響著風從高壓吹向低壓。
當空氣環繞著旋轉的地球表麵遠距離移動時,它最初的向東的動量在地表開始改變。設想空氣移向北極:當空氣接近極點時,在那兒地球轉動為零,風更加緩慢地向東越過大片土地。結果是,這股空氣繼續保持它相對地表轉向東的動量。這樣,即使空氣以相當直的路線越過緯線向極地方向移動,相對於向東旋轉的地球,它看起來也是向東轉向越過經線。
一個叫做古斯塔·加斯佩德·科裏奧利的法國人在1835年最先用數學方法來描述這種效應,所以氣象學家用他的姓氏命名此種效應。在北半球,科裏奧利效應使風向右偏離其原始的路線;在南半球,這種效應使風向左偏離。風速越快,產生的偏離越大。於是,在北半球,空氣移向低壓中心並向右彎曲,形成了一個逆時針方向的氣旋式氣流。從高壓地區或從反氣旋移動出來的空氣,也向右彎曲,形成了一個順時針方向的旋風。在南半球,則正相反。