地球上空的东西会随着地球的自转而移动吗？ 第1页

这是一个看似简单，实际有点难的问题。

以前看过有人问：半空悬停的直升机，为什么还会随地球一起自转呢？为什么不能坐地日行八万里呢？

或者问：为什么天上的云会和地球一起动呢？而不是一直向西飞？它明明在空中不与地球接触呀？

也许你会说，这是因为大气和我们一起自转呀，所以才风轻云静，直升机也是被大气一起带着自转呢。这道题上过初中的都能回答出来。

那我们再深挖一层：为什么做为气体的大气会和地球一起自转？

答案是：大气的磨擦。

(为了讨论简单化，我们先不考虑地球自转偏向力和惯性离心力，尽量不写公式)

我们先假设地球原先没有大气层，然后突然有一天，大气层biu~的一下凭空产生了，而且大气一开始还不随地球自转而转动。这意味着啥？看过我之前有一篇讲地球停转的回答的同学应该记得，对，我们将遇到超级无敌核暴级的强风。

这股风将迅速摧毁人类文明，但它最终会减速到零，或者说，从地球以外的幸存观察者的角度来看，大气会整体加速到与地球自转同步。这主要是由于粗糙的地球表面和山脉与大气接触面相对运动产生磨擦力，从而阻碍大气运动造成的。

等等，大气又不是固体，底层大气因磨擦加速可以理解，为什么连高空的气体也会被加速呢？或者说，越高的大气是不是移动速度越慢？

事实是，随高度的增加，摩擦力的作用肯定会减弱。而大气也是分层的。近地面层（30～50m）最为显著，而到了距地面1～2公里以上的高度时，地球表面带来的摩擦力作用很小，可忽略不计。所以此高度以下的气层称为摩擦层（或者叫行星边界层），此层以上称为自由大气层。而行星边界层又分为紧贴地表的片流副层(高度约到人的头部)、近地面层（高度几十米，和高楼相当）和埃克曼层。其中的片流副层在城市中通常不存在，一般认为边界层的下层即为近地面层。

而气层与气层之间，也会因为速度不同导致相互摩擦(湍流交换作用)而有减弱相对运动的趋势，或者说，大气是有黏性的。(实际上的受力相当复杂，科氏力、气压梯度力、turbulent drag等都会让分析秃头化)。说到科氏力，多说一句，正是因为自转的地球对大气层的摩擦，所以才会有所谓的“地转风”。在北半球，背风而立，则高压在右，低压在左。而在南半球，背风而立，则高压在左，低压在右(白贝罗风压定律)。

(不能再写了，再写就写不完了，大气动力学能上一学期。。)

总结一下，地球大气层是地球的一部分，因为与地面摩擦以及空气黏度，导致大气层会随着地球旋转，从而让大气中的物体也有了随地球一同旋转的趋势。

然而，上面这套说法并不能解释为什么海拔200-300公里的高层大气平均比地球快1.3倍，白天由西向东，晚上由东向西。在地磁扰动时速度增加，偶尔记录到的数值高达1000米/秒。这种现象在金星上也有被观测到。

一更：

奇怪的金星大气

有人对金星大气感兴趣，我就偏点题，多写一段。金星是有大气的，而且风相对来说也很大。有多大呢？我们地球上风速平时也就10几米每秒(6级)，超强台风五六十米每秒，最高风速出现在1934年4月美国华盛顿市的每秒103.2米的风速，而我国海南琼海县1973年4月那次每秒73到81米的台风已经能排前十了，但这只有地球自转速度的10%-20%。而金星的常规最大风速也差不多高达每秒100米，虽然看上去和地球差不多，但这却是是金星自转速度的60倍。也就是说，金星要243个地球日才能完成一次自转，而大气每96小时就绕着金星旋转一次。这种现象被称为超级旋转。

对于超级自转的原因，目前主流科学家比较认同的一个观点是认为这是由太阳辐射驱动的热潮汐、行星波和大气湍流共同维持的^[1]。因为金星旋转较慢，所以朝太阳的一面很热，而背阴面相对较冷。金星大气通过热潮汐接收角动量，热潮汐通过大气的高速旋转将向阳面的热量快速传递到背阴面，可以平衡白天和夜晚的温差，就有点像空调的意思。(实际循环很复杂，这里略了）。

这种超级旋转现象不是金星独有的，土星最大的卫星土卫六也是如此。理论上这种循环系统在那些潮汐锁定的有大气的系外行星上应该也很常见。

二更

大气对地球自转的影响

地球自转是固体地球（包括海洋）与大气在维持总角动量守恒的条件下相互作用的过程,它们共同构成了复杂的地球动力学系统。

我们听天气预报的时候，经常会听到一个词：“副热带高压”。它是由于太阳辐射和地球自转产生的地转偏向力、从而在南北半球副热带地区形成的若干个高压带。它是比较稳定的存在，冬天缩小，夏天变大。

通过对北京天文台1951~1995年间地球自转相对速率与大气环流特征量对比后发现^[2]， 地球自转速率与当年大西洋副高、 北美大西洋副高的面积指数、 强度指数、 脊线及北界位置均有很好的正相关关系。 什么意思？就是说，当地球自转加快时，北半球大气将受附加离心力（具体分析就不写了，两力的方向是向高纬和向地心的合力）使大气向北移动，同时伴随下沉运动，导致副热带高压加强。 地球自转减慢时，副高减弱。大气相对于地球的运动会产生大气相对角动量，它的变化可以激发地球自转的变化。发过来，地球自转提供的附加离心力使得大气产生南北或垂直向的运动，从而改变整个大气环流场。

通俗的讲，就是地球自转能够影响大气的运动。或者反过来说，从长期来看（以千年为单位），地球大气粘滞性对地球自转有减速作用。^[3]

不仅如此，大气与地球的相对角动量还会加剧钱德勒摆动（地球自转轴经常性的小幅移位，就像洗衣机失去平衡）。比如厄尔尼诺现象发生时，由于强风的作用，地球的自转可能会稍微减慢，使一天的长度增加了千分之一秒^[4](或者反过来说，地球自转速率减慢可能是厄尔尼诺形成的原因）。这是因为按“角动量守恒定律”，地球自转和大气自转的微小变化是联系在一起的。地球在太空中旋转，当在离地球自转轴一定距离处（特别是山区）有一个附加力出现时（例如地表风的变化或高低压分布改变），它就有可能改变地球自转的速率，甚至改变自转轴的方向，同时也会反过来影响大气运动。但固体地球和大气层构成的统一的系统角动量保持不变。因此，如果大气加速（较强的西风），那么固体地球必须减速（日长增加）。此外，如果更多的大气移动到较低的纬度（离自转轴更远），大气压增加，它也会获得角动量，地球也会减速。（以上忽略太阳辐射的影响）

所以说，大气运动和地球自转，两者是密不可分的。

三更

惯性

很多人在评论区留言问“惯性”的问题。

对于旋转的、始终受重力影响的大气来说，说“惯性”不如说是“转动惯量”，也就是保持旋转能力的大小。

如果把大气想象成一个圆陀螺，理论上，如果没有外力影响（包括太阳、地球摩擦、视为刚体-虽然它根本不是），它将永远转下去。