从风和雨的成因来讲,现有的风和雨的成因的解释不够合理。
现有的说法认为,风从气压高的地方往气压低的地方刮,这是没有错误的,但关于高低气压形成的原因解释有不合理的地方。
现有说法认为,空气受冷下降形成高压,空气受热上升形成低压,然后形成风。按照这种说法,南北方同样的晴天的白天应该刮北风,因为南方温度高,北方温度低。
经过我多年的观察这时多刮南风,而南方阴雨天北方晴天多刮北风。实际前面的说法是不合理的,单从空气冷热角度来讲,一般是不会形成风的。首先讲空气受热上升速度不会太快,因为上层空气比较稀薄,对流不会太明显,不会快速形成低压,同样北方也不会快速形成高压。
南北不是隔开的两个密闭容器,到一定压差再打开。南北是一个开放的系统,是一体,它们之间的压差也会在缓慢的平行对流中消除,因此说一般也不会形成风。按照前面的说法应是气流平行移动的速度决定于气流上下移动的速度。既然我们看不到上下的风,也就应看不到平行的风。
那么风到底是怎样形成的呢?我认造成急剧的高压和急剧的低压才是风形成的条件。既然空气的热胀冷缩不会造成急剧的高压和低压,那怎样才能形成急剧的高压和低压呢?
我认为只有水的汽化和液化,才能形成急剧的高压和低压。因为液体水的密度是1000g/L左右,水蒸气的密度根据摩尔定律来计算应是0.8g/L左右。也就是液化水变成气体体积膨胀1250倍左右,同样水蒸气要变成水体积缩小1250倍左右。当然实际情况比这个要复杂的多。水蒸气密度比空气密度(1.293g/L)小的多,因此水蒸气在一定的高空比地面要多的多,这是雨都是在高空中下来的原因,而低空只能形成雾。
我们可以来想象一下,在南方湿润地区的一个晴朗的白天,阳光明媚,水蒸气源源不断的来到一定的高空同时也带来了一部分热量。到了夜间蒸发变少气温急剧变低,有的地方可能要到零度以下,这些水蒸气会迅速凝结成水和小冰晶,体积急剧减小,迅速造成了低压。而北方地区上空由于没有南方上空这么多的水蒸气,气压没有降低太多。
这样南北方之间的压差变的很大,到了一个临界点就刮起了风。由于北方空气还要冷一些,冷空气加剧了南方上空水蒸气的凝结速度,风越来越大,最后南方下起了雨或雪。古诗云:山雨欲来风满楼,深刻揭示了风雨是一对如影随形的孪生兄弟。而我们总是把风和雨的成因分开来研究。同样我们可以想象,在一个南方晴朗的白天,水的蒸发量很大,气体体积膨胀很快,造成了低空气压迅速升高,而北方干燥蒸发量小,气压变化不大。
这样在南方低空相对来说形成了一个高压,一开始暖湿气流向北缓缓流动,遇到北方的冷空气开始凝结,就会制造一定的低压,这样进一步扩大压差,并有可能制造阴雨天气,气流速度也会加强,形成大风。
同样也可以解释海洋和陆地之间形成的风。海洋上空比陆地上空水蒸气含量大,气体膨胀和缩小的比例也就大。特别是龙卷风的形成都是因为海洋上空形成了超低压。