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摘要 非物理因素 地球自转 简单来讲，地球自转产生了两个效应：一是飞机在起飞前相对于地心就已经具有跟地表一样的速度；二是连带着地表的大气也跟着一起向自转方向运动（否则我们站在地面上就会时刻感受到地表相对于地心速度的强风）。有了这两个效应，飞机起飞和降落都不需要考虑地球自转带来的位移方面的影响，就好象我们在一条船上无论向东南西北哪个方向跳跃，落地的距离都是一样的，或者在匀速行驶的汽车上不会觉得向哪个方向行走更省力/费力。 然而，这一分析只对同一纬度的飞行有效，当飞机横跨的纬度范围较大时，就必须要考虑纬度对大气线速度产生的影响。假设飞机飞行时全程处于理想的无风状态，飞机从赤道飞往南/北极，虽然周围大气的角速度不变（角速度等同于地球自转的角速度），但线速度逐渐减小（线速度等于角速度乘以地表到地轴的距离），到达极点位置时趋近于0。以飞机为参考系，将会感受到周围原本静止的大气东西方向的速度开始逐渐增大。若飞机想时刻保持南北航向，推进器需要额外做功来抵消大气的这部分冲击力。 若飞机航线相对地表还有经度方向的位移（即往返两地不处于同一经度），大气会对飞机产生阻力或推力：当飞机由低纬度向高纬度飞行时，大气相对机身向西的流速（不是风）逐渐增大，有助于减少自东向西的航行时间，增加自西向东的航行时间；当飞机由高纬度向低纬度飞行时，大气相对机身向东的流速（不是风）逐渐增大，有助于减少自西向东的航行时间，增加自东向西的航行时间。 风速 从伦敦飞北京：8163 / (800 + 130) = 8.8（小时） 科里奥利力 如上图（可视为地球的俯瞰图，0为北极点），在旋转体系中进行直线运动的物体，由于惯性，有沿着原有运动方向继续运动的趋势。但是由于体系本身是旋转的，在经历了一段时间后，体系中物体的位置相对于原有运动趋势的方向会发生一定程度的偏离。这种物体的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外力的作用，物理学中叫做科里奥利力（简称科氏力），于1835年由法国气象学家科里奥利提出。科里奥利力与离心力一样，都不是真实存在的力，而是为了在旋转体系中正常运用物理定律而引入。 科里奥利 科里奥利力的计算公式为：F=-2m(ω×v)，大小为2mωv sinθ。其中m为物体的质量，ω为地球角速度，方向自南极点指向北极点，v为物体相对于转动参考系的运行速度，θ为ω和v之间的夹角。有此公式我们可以得出一些关于科氏力大小和方向的结论： 当飞机在北半球沿着经线行驶时（包括由北向南和由南向北），科氏力方向水平向右，南半球向左； 当飞机沿着纬线自西向东（无论南北半球）行驶时，科氏力由地轴指向飞机（垂直地轴向外）；自东向西时，科氏力由飞机指向地轴（垂直地轴向里）； 在赤道线上水平运动的物体受到的科氏力为零；物体在极点附近做水平运动时科氏力最大（夹角θ趋近90度且ω不为零）。 假设一个体重75kg的成人在地表以100km/h的速度驾驶一辆汽车，带入上述公式，他受到的科里奥利力最多也只有大约0.3牛顿，相当于自身体重的0.04%，可见对我们的日常生活影响不大。但对于在大气层中高速飞行的飞机，科氏力的大小约占飞机自身重量的0.3%，加上航空对精度的高要求，这种影响便不能忽略不计。 台风、信风、季风和洋流 在北半球由水槽或抽水马桶周围向中心运动的水始终受到向右的科氏力，大家自行脑补可以得出水逆时针旋转的结论，南半球与之相反。 同理，我们从卫星云图上看，北半球的台风都是逆时针旋转的，这也是科氏力玩的把戏。 科氏力对人类的航海发展提供了极大便利。400年前探险家麦哲伦带领船队第一次越过南半球的西风带向太平洋驶去的时候，惊奇的发现在长达几个月的航程中，海面上一直吹着东南风（北半球吹东北风），把船推向西行。在赤道两边的低层大气中，风向年年如是，稳定出现。后来西方商人常借助这股风往来于海上进行贸易，故称之为Trade wind，中文则翻译成信风。现在看来，讲“信用”的不是风，而是背后不变的物理定律。 现代气象学意义上的季风的概念是17世纪后期由哈莱首先提出来的。根据哈莱的理论，南亚地区阿拉伯海至印度的季风应该是夏季吹南风、冬季吹北风，但实际观测到的却是夏季吹西南风，冬季吹东北风。这是因为夏季气流从南半球跨越赤道进入北半球时，受到了向右的科氏力作用。 科氏力对于洋流的影响和风类似，一般暖流的走向是从低纬度地区走向高纬度地区，而寒流的走向是从高纬度地区走向低纬度地区。在科氏力的影响下，北半球的洋流向东偏，寒流向西偏。例如英国坐落在大西洋的大概东北方的方向，使得英国常年温暖湿润。 |
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