浅谈地转偏向力的影响讲解

浅谈地转偏向力的影响
黄琪1142041084
生命科学学院2011级生态专业
摘要：水平地转偏向力亦称地偏力，因为地球自转而产生的以地球经纬网为参照系的力。

地转偏向是科氏力（科里奥利力）在沿地球表面方向的一个分力。

对于自然界和人们的生活有着潜移默化的影响，从气流洋流的流向，到皮鞋的磨损都与地转偏向力有关。

关键词：地转偏向力北半球大气运动手性植物洋流冲积平原
1.地转偏向力简介
由于地球自转而产生作用于运动物体的力，称为地转偏向力，简称偏向力。

它只在物体相对于地面有运动时才产生(实际不存在)，只能改变水平运动物体运动的方向，不能改变物体运动的速率。

地转偏向力可分解为水平地转偏向力和垂直地转偏向力两个分量。

由于赤道上地平面绕着平行于该平面的轴旋转，空气相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力位于与地平面垂直的平面内，故只有垂直地转偏向力，而无水平地转偏向力。

由于极地地平面绕着垂直于该平面的轴旋转，空气相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力位于与转动轴相垂直的同一水平面上，故只有水平地转偏向力，而无垂直地转偏向力。

在赤道与极地之间的各纬度上，地平面绕着平行于地轴的轴旋转，轴与水平面有一定交角，既有绕平行于地平面旋转的分量，又有绕垂直于地平面旋转的分量，故既有垂直地转偏向力，也有水平地转偏向力。

2.产生的原因及计算方式
2.1产生原因
George-Gate的《定性分析地转偏向力》一文从科里奥利力的角度分析得出：对于水平运动的物体，在北半球，其所受的地转偏向力指向运动方向的右手边，在南半球，地转偏向力指向运动方向的左手边；对于在竖直方向运动的物体，无论在哪个半球，若物体竖直向上运动，则地转偏向力指向正西方，若物体竖直向下运动，则地转偏向力指向正东方。

对于一个作一般运动的物体，可将其速度分解成竖直方向和水平方向两个分量，分别求出两分速度对应的地转偏向力后对两力求矢量和。

由于除南北两极外，各纬度的角速度都一样，从北向南飞的时候，南边的圈大，即越向南纬线越长，所以线速度大，所以在北边的时候具有的一个小的线速度与南边的线速度相比就显的慢了，所以其就由于惯性表现出往右偏。

向北也一样，由快的地方到慢的地方，速度“超前”了，前进方向上也就向右偏了。

沿纬线向东西方向飞（这里要分两种情况讨论，1：由西向东，2：由东向西），这时候由于万有引力的方向指向地心，而纬圈转的方向指向的圆心并不是地心，所以由于这个角度，万有引力不能完全提供你围着纬线的圆心转的那个向心力，所以一综合：情况1下：严格按照纬度方向运动的物体会向赤道方向受到一个重力的分力。

情况2中：严格按照纬度方向运动的物体同样会受到向着赤道的分力。

这种情况2不符合所谓的北半球都向右偏离。

个人认为：由于无法做到完全按纬度，实际情况中，所有运动肯定与纬线方向有夹角，一旦有夹角，就可以直接看南北方向的分量，而这一分量会向右偏。

赤道不受地转偏向力正是因为地心正好就是纬圈旋转的圆心，二者重合了，正好重力可以抵消掉向外的力。

最后，南北两极地转偏向力最大。

2.2计算方法
地转偏向力始终垂直于水平运动物体的运动方向，北半球向右，南半球向左，两极最大，赤道为零。

其大小随地理纬度（φ）、运动物体大小（M）和速度（V）、地球自转角速度（ω）的增加而增加，即F=2MVωsinφ。

由于它的作用，使地表水平运动物体方向偏移。

北右南左，向极偏东，向赤偏西，向东偏赤，向西偏极。

3.地转偏向力的影响
沿地表水平运动的物体在地转偏向力的作用下运动方向发生了偏移，使许多自然现象都受其影响，同时也影响着人类的生产和生活，请看下面五例：（以北半球为例）
3.1水漩涡的形成
当我们打开水龙头向塑料桶中注水时，当水库放水（放水口在水下）时，水槽放水时等，都会看到在水面形成漩涡。

注水时呈顺时针旋转，放水时呈逆时针旋转。

当向桶中注水时，水从注水点向四周流动，北半球在地转偏向力的作用下右偏，漩涡呈顺时针方向旋转。

南半球则呈逆时针方向旋转。

放水时表面水都流向下层出水点，北半球在地转偏向力的作用下右偏，漩涡呈逆时针方向旋转。

南半球则呈顺时针方向旋转。

不过江河中的漩涡不一定符合这一规律，因为它还受到河床特征的影响。

3.2手性植物
植物的缠绕茎是螺线在三维空间中的形态，藤蔓类植物总是要借助其它生物体，来保证自己的生存。

不同的藤蔓类植物，它们的缠绕茎会有两种相反的方向，在植物界，左手性与右手性植物的数量不完全对称，我们常见的植物中以右手性居多。

英国博物学家达尔文（Charles Robert Darwin，1809－1882）在《攀缘植物的运动和习性》一书中描述了42种攀缘植物，其中有31种都是右手性。

一般人们认为，植物的手性，可能与科里奥利力有关，是地球引力和磁力共同作用的结果。

从进化的角度来看，地球上爬蔓植物出现的早期大多在赤道附近，因为地球自西向东自转，为了得到更多的阳光，所以在赤道以北的爬蔓植物逆时针向上爬，而在赤道以南的爬蔓植物则顺时针向上爬。

3.3冲积平原
河水的侵蚀和沉积，使河床、河岸、河道发生变化。

河水的侵蚀和沉积，受落差、河曲、地转偏向力的影响，一般是，河流上中游，落差大，侵蚀为主，河床下切成谷地，中下游和河口，水流缓慢，沉积为主，形成冲积扇、冲积平原和河口三角洲；平原地区，受流水惯性影响，河曲外侧侵蚀，内侧沉积，使河道更加弯曲；平直河道，受地转偏向力的影响，北半球河流右岸侵蚀，左岸沉积，使河道向右侧移；南半球河流左岸侵蚀，右岸沉积，使河道向左侧移。

3.4洋流
海洋中的海水常年沿着一定方向大规模流动，称为洋流。

洋流最主要的动力是风力，由风力作用形成的洋流，称风海流。

受地转偏向力的影响，洋流方向与风向不一致，北半球右偏，南半球左偏，信风带为南、北赤道暖流，由东向西；西风带为西风漂流，由西向东；极地东风带，洋流由东向西。

当它们抵达大洋东、西两岸，受大陆阻挡，向南北两侧分流，形成补偿流，南、北赤道暖流之间，有一自西向东的补偿流，称为赤道逆流。

这样，与大气三圈环流相对应，大洋环流呈分布规律：低中纬以副热带高压为中心的反气旋型大洋环流，北半球呈顺时针、南半球呈逆时针流动；相反，中高纬以副极地低压为中心的气旋型大洋环流，北半球呈逆时针、南半球呈顺时针方向流动。

受海陆分布影响，南半球中高纬海区不是封闭海区，大洋环流不完整，西风漂流和南极环流作环球流动。

受季风影响，
北印度洋为季风环流：夏季顺时针向东，冬季逆时针向西。

3.5大气运动
3.5.1风向
在气压图上，高空风（地转风），忽略了摩擦力，水平气压梯度力（垂直等压线指向低压，等压线愈密，其值愈大，它是风的原动力）和地转偏向力（垂直风向，北右南左，只影响风向，不影响风速）二力平衡，风向平行等压线，北半球风的右侧为高压、左侧为低压，南半球风的左侧为高压、右侧为低压。

地面风（摩擦风），水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力（与风向相反，为阻力，地面愈是粗糙不平，其值愈大）三力平衡，风向斜交等压线指向低压，北半球风的右后侧为高压、左前侧为低压，南半球风的左后侧为高压、右前侧为低压。

3.5.2气旋（包括台风，锋面气旋）
中心低压，四周高压，在以上三力作用下，北半球按逆时针方向，南半球按顺时针方向，地面空气从四周向中心旋转辐合上升，多形成阴雨天气。

赤道低压，没有地转偏向力，不会形成气旋和台风，东南信风和东北信风辐合上升，形成对流雨。

南半球气旋东侧吹东北风，西侧吹西南风，北侧吹西北风，南侧吹东南风。

北半球气旋东侧吹东南风，西侧吹西北风，北侧吹东北风，南侧吹西南风。

台风也是如此，只是风雨很大。

如果是锋面气旋，气旋东侧是暖锋，西侧是冷锋，雨带多在高纬冷空气一侧，即北半球在锋线北侧，南半球在锋线南侧。

3.5.3反气旋（包括副高，极地高压）
与气旋正好相反，中心高压，四周低压，在以上三力作用下，北半球按顺时针方向，南半球按逆时针方向，空气从中心向四周旋转辐散下沉，多形成晴朗天气。

南半球反气旋东侧吹西南风，西侧吹东北风，北侧吹东南风，南侧吹西北风，北半球反气旋东侧吹西北风，西侧吹东南风，北侧吹东南风，南侧吹东北风。

3.5.4三圈环流
由于地球是一个球体，太阳辐射在地表分布不均，造成赤热极冷，形成赤道
低压（热力低压）和极地高压（热力高压），引起高低纬间大气流动，地面大气从两极流向赤道，高空大气从赤道流向两极，形成赤极环流，由于地转偏向力的影响，从两极流向赤道的地面大气，“向赤偏西”，成为极地东风，至60纬度附近，风向大致与纬线平行，不再流向低纬，被迫上升，形成副极地低压（动力低压），同样，从赤道流向两极的高空大气，“向极偏东”，成为高空西风，至30纬度附近，风向大致与纬线平行，不再流向高纬，被迫下沉，形成副热带高压（动力高压），这样，赤极环流被分割成了三圈环流。

三圈环流在地面形成7个气压带和6个风带，从赤道向两极，依次为赤道低压带、信风带、副热带高压带、西风带、副极地低压带、极地东风带、极地高压带。

大体以赤道为界，南北对称。

风带风向：由高（压）到低（压），北右偏南左偏，北半球为东北风和西南风，南半球为东南风和西北风，南北半球合起来呈“〈”。

由于太阳直射点南北移动，气压带和风带也发生季节移动，7月北移，1月南移，夏季向极移，冬季向赤移。

3.5.5季风
由于陆地热容量小于海洋，夏季陆地比海洋热，气压比海洋低，风从海洋吹到陆地，相反，冬季陆地比海洋冷，气压比海洋高，风从陆地吹到海洋。

我们把这种在一年中，由于季节不同，风向发生相反变化的风，称为季风。

冬季，东亚地处亚洲高压东侧，吹西北风，南亚地处亚洲高压南侧，吹东北风；夏季，东亚地处亚洲低压东侧，吹东南风，南亚地处亚洲低压南侧，吹西南风，它是南半球东南信风越过赤道，在地转偏向力作用下，向右偏转而成；东亚南亚季风风向合起来呈“〉”，夏季风向北，温暖湿润，冬季风向南，寒冷干燥。

4.对地转偏向力的应用
4.1车辆和行人靠右行
不是所有的国家或地区的车辆和行人都靠右行，但靠右行是最为合理的。

如下图：
A图为靠左行，北半球车辆在地转偏向力的作用下右偏，都偏向道路中间，更容易与对面过来的车辆相撞，发生车祸的频率会更高。

B图为靠右行，北半球车辆在地转偏向力的作用下右偏，都偏向路边，路边是司机开车注意力的集中点，司机会不断调整方向来保证行车安全。

车辆靠右行导致人也靠右行，这样更安全些。

由于长期习惯，所以人们无论在哪里行走都喜欢右行。

4.2跑道上逆时针跑行
在跑道上跑行，人们总喜欢沿逆时针方向。

如下图：
A人是逆时针方向跑，正好在弯道处。

从图上可以看出，地转偏向力向外，身体倾斜产生一个向内的向心力，二力方向相反，更易平衡，过弯道处不易跌倒。

B人是顺时针方向跑，也正好在弯道处。

从图上可以看出，地转偏向力和身体倾斜产生一个向内的向心力方向相同，不易平衡，过弯道处易跌倒。

人类的发源地都在北半球，人们长期受地转偏向力的影响形成了这一习惯，
所以哪怕到了南半球，人们还是习惯于这样的行为。

4.3机械设备顺时针旋转
我们所见到的电扇、电机、柴油机、水轮机等都是顺时针旋转。

如下图：
从图上可以看出，在北半球顺时针旋转，地转偏向力指向轴心，由于物质的向心作用，使机械设备更耐用、更牢固。

而逆时针旋转时地转偏向力指向外，由于物质的离心运动，机械设备易损坏，使用寿命缩短。

4.4军事应用
在一战期间，德军用他们引以自豪的射程为113千米的大炮轰击巴黎时，懊恼地发现炮弹总是向右偏离目标。

这是因为空中飞行的导弹，受地转偏向力影响，飞行方向发生偏移：北右南左，向极偏东，向赤偏西，向东偏赤，向西偏极。

所以在发射导弹时考虑地转偏向力可以有效地攻击到目标。

4.5定位风暴
19世纪比利时气象学家白贝罗应用科里奥利效应找出一条规律，发现最近的风暴：在北半球，当你背风而立，风暴在你的左侧；在南半球，则在你的右侧。

4.6其他生活应用
由于地转偏向力的影响，使得北半球火车右边铁轨比较容易磨损，鞋子的右边比左边的跟更易磨损，北半球河流右岸受侵蚀比较严重等等，这就使得我们在铺设铁轨及生产鞋子时要更多的考虑它的右边额磨损，增加其的使用寿命，在建设堤坝时，对右岸的建设要更多考虑它的易被腐蚀的情况，能够更好地保障人民
的安全和财产。

5.总结
地转偏向力作为第3惯性力存在于我们的生活中，任何一个环绕地表的远距离运动都会受到它的捉弄。

当然，对于近距离的运动，科里奥利力影响极小，但一旦距离远了，地转偏向力的影响效果就是惊人的，尤其是在高空中空气和外界物质的摩擦降低，地转偏向力几乎是造成气流方向的主要原因。