地球自转的原理

地球自转的原理
地球自转的原理

地球自转的原理
一、 地球自转的演变过程
地球总的运动形式有三种：一是地球随着太阳系,在银河系中绕银河系中心公转；二是在太阳系中,以太阳为中心,绕太阳公转；三是以地轴为中心自转.在太阳系中,地球自转应该经历这样两个阶段：一是太阳发光发热前,地球在绕太阳公转时,作无规则自转,在这个阶段中,就像滚雪球一样,地球被整合成圆球状,如果不经历这个阶段,每个星体不可能形成圆球；二是太阳发光发热以后,地球在绕太阳公转时,作有规则自转.地球在保持原来绕太阳公转状态的同时,地球大气层在太阳热能的作用下,开始流动,地球由无规则自转被强有力的气流规范为自西向东的有规则自转.那么,地球为什么由西向东转,而不是由东向西转?这是因为地球以逆时针方向绕太阳公转,导致太阳在地球上的直射点在地球表面不断东移,也就是说地球的最高气温区在向东移动,既低气压区向东移动.而追随其后的最低气温区---高压区就顺其自然的向东移动,形成大气自西向东的平流运动.在此驱动下,地球就开始了自西向东的有规则自转,并且随着大气臭氧层的形成和温室效应的产生,地球自转速度随之减慢,一直演化到现在的状态.
二、地球自转的动力来源
地球能有规则的自西向东自转,必须有一种能量源源不断地为它提供动力.这个强大的动力来源就是太阳热能作用于地球大气,转化为动能所产生的.因为地球表面总的能源来源于太阳,太阳对地球的辐射,大气吸收了20%,大气被太阳巨大的热能驱动起来,形成了风.但以往的研究都忽视了大气和地球同步运动的风,把对风的研究定格在同步风以外的能感知到的风的范围中.把同步风这一地球表面最大的动力说成是,在万有引力的作用下,大气随地球一起运动,于是一切对大气的研究,都从这个角度出发了.这样的研究就把地球自西向东自转的动因、西风通常大于东风、地球表面上为什么有1—2千米厚的大气摩擦层等一系列问题的本质原因掩盖了,同时也把研究地球自转问题的突破口掩盖了,误导了很多建立在这个理论基础上的分支学科,造成了我们观察到现象而无法认识本质原因的结果.
在赤道上,地球自转的线速度为 465米/秒,如果大气随地球的自转而运动,那么如此高的线速度必然导致东风大于西风,事实却正好相反,这是为什么呢?实际上,不是大气在随地球自转而运动,而是大气在带动地球转动.地球上自西向东的大气平流运动才是地球自转的真正动力.
三、 地球自转的基本原理
前面我们分析了,认为地球上自西向东的大气平流运动形成的风是带动地球自西向东转动的动力,那么就应该研究这个风的形成原理是什么?风速有多大?范围有多大?如果找不到形成原理,这个风无法形成；没有足够高的风速,地球自转就会慢；没有足够大的范围,风力对地表的作用面积小,力度不够,地球就转不动.
我们通常研究日较差的方法,是在同一地点上,观察24小时的气温变化,得出一昼夜的最高气温和最低气温,把这个温差叫日较差.并得出热带的平均日较差是12℃,温带的平均日较差是8—9℃,极地的平均日较差是3—4℃.现在我们规定观察时间,在同一时间内,去观察不同地点的气温.从太阳直射点往西到经差90度的地方,便是晨线,也就是地球上的最低气温点,同时,它所在经线上所有的点均为其同纬度上的最低气温点（由于地表复杂情况对全部大气影响不大,在研究全局问题时,此因素暂不考虑）.再从太阳直射点,向东推30个经度,也就是直射点后两小时的最高气温点,此时,它所在经线上所有的点也均为其同纬度上的最高气温点.这样,在同一时间内,地球上最低气温点到最高气温点相隔120个经度（在这120个经度内,热带平均温差也应该是12℃,温带的平均温差也应该是8—9℃,极地平均温差也应该是3—4℃,温差从低纬度到高纬度递减）,在这120度经差内占地球总面积三分之一的表面上,就形成了从西向东,由高气压到低气压的气压梯度,这个气压梯度,产生的巨大的气压梯度力,使大气沿地球纬线作自西向东的平流运动.地球三分之一表面上的大气平流推动全部大气绕地球纬线自西向东作平流运动,形成纬向环流圈.地球成了纬向环流圈的中心,被遍布全球的纬向环流包括着,在西风纬向环流的带动下永不停息的自转起来.地球成了一个巨大的风轮,在纬向环流圈内部转动（实际上,西风纬向环流是沿黄纬流动,并不与赤纬完全平行,为便于叙述,这里统一定义为纬向环流）.
我们在赤道上确定一个观测点,如果以通常所用的理论来测算风速,风速为零时,实际上,此时大气自西向东平流运动的速度与赤道的线速度465米/秒相等,我们把这种现象命名为地球同步风,把这个大气运动速度命名为地球同步风速.同样道理,每条纬线圈上都有地球同步风,赤道上的同步风速大于等于465米/秒,同步风速从低纬度到高纬度递减,从地面到高空递增.高空测到的西风纬向环流速度加上所处高度的同步风速,才是大气这个高度西风纬向环流的实际速度.
由于地球上所测到的风总是西风大与东风,因此,西风纬向环流速度总是大于同步风速.这样的高风速、大范围的纬向环流圈,包裹着全球并环绕地球自西向东运动,地球不能不转,不能快转,也不能慢转.
四、 地球自转的速度控制
通过分析研究,地球好像一个风轮,被大气吹着绕地轴转,它会不会因产生惯性而越转越快,或者转速不均匀?这要从以下几方面分析：
一是整个地球大气从太阳获得的热能是稳定的,热能在地球三分之一表面上形成的气压梯度力是稳定的,这个气压梯度力是每时每刻都存在的,所以大气在地球表面上自西向东平流的速度也是稳定的.
二是地球被大气严密的包裹着转,它的速度受大气自西向东平流速度的严格控制.地球想慢转时,大气强大的纬向环流推着它转,使它不能低于大气纬向平流速度；地球想快转时,大气与地表产生的摩擦力阻止它转,使它不能超过大气纬向平流速度.
大气绕地球纬线以超过同步风速的速度环流,就像汽车发动机一样,既能为汽车前进提供动力,又能控制汽车前进惯性.真正控制地球自转速度的是大气自西向东平流速度,决定平流速度的因素是地球三分之一表面上的大气气压差.气压差大,气压梯度力就大,大气平流速度快,地球自转就快；气压差小,气压梯度力就小,大气平流速度就慢,地球自转就慢.决定地球三分之一表面上气压差的因素,前面已经分析了,是均衡的太阳热能.但是,还有另一个不可忽视的因素是温室效应.尽管地球大气得到的太阳热能是稳定的,但是,大气的温室效应使地球上的昼夜温差变小了,也就是说温室效应使地球三分之一表面上的气压梯度力变小了,这样地球大气自西向东环流速度也就慢了,最终导致了地球自转速度变慢.地球自转速度受太阳热能和温室效应双重因素的制约.
五、 地球上只有西风,没有东风
我们通常所说的东风和西风,只是相对风速.当地面上大气自西向东运动速度超过同步风速时,我们测到的是西风,当大气自西向东运动的速度低于同步风速时,我们测到的是东风.这时的地球自转速度不会因为一个观测点的局部现象而变慢或者变快,因为地球作匀速自转运动是受全部大气控制的,不会受某一个观测点或风带的影响.我们在观测点测到的风速是和同步风速相对而言的,在我探讨和研究的这个理论体系中应该叫相对风速,它是同步风速的风速差,同步风速加上或者减去风速差,才是观测点上大气自西向东平流运动的风速,从这个角度上讲,地球上只有西风没有东风.大气沿地球纬线环流带动地球自转时,要与地表产生摩擦,地球转动速度比大气平流速度慢了一点,所以地球上总是西风大于东风.地球上局部东风是地球表面上的复杂地形和其它因素造成的局部现象,是风速差,真正的东风不存在.关于东北信风和东南信风后面专门分析.地表1—2千米的摩擦层是大气自西向东沿地球纬线平流运动时带动地球转动产生的.它的大功能有两种：一是摩擦带动地球自西向东自转；二是控制地球自转惯性,使其作匀速自转.地表与摩擦层的复杂关系造成了地面的各种风向,在摩擦层以上这种复杂情况就少多了.高空基本上全是西风.在赤道上,大气受热升腾,由于地球同步风速从地面到高空递增,地面升腾大气的平流速度低于高空大气的平流速度,地面大气升腾到高空时与高空大气产生风速差,因此赤道上空会产生一些东风波动现象.
六、 地球自转是太阳与地球相互作用的一个环节
太阳巨大的热能使地球三分之一表面上的大气,产生了气压梯度力；气压梯度力转化为风能；风沿地球纬线自西向东运动转化为动能,带动地球自西向东自转；地球被大气带动着自西向东自转产生了磁场；磁场把太阳微粒流---太阳风排斥在距地球8万千米之外,在高层大气中形成磁层；磁层对地球大气又起了保护作用.在这个链条中,每个环节都很重要,缺一不可.地球在大气纬向环流运动的带动下自转也就成了必然结果.我们作个比喻再说明一下,从前面分析来看,地球的大气层就像一台巨大的热机,太阳为这台热机提供能量,地球就像这台热机的转动轮一样,作匀速自转,磁层是保护这台热机的外壳.
七、 地球自转与环流、对流、风带的关系
前面已经分析过了,地球是在自西向东的纬向环流圈中自转的,纬向环流是地球自转的动力.纬向环流是地球表面范围最大（遍布地球全部纬线）、风速最大（赤道上465千米/秒以上）的环流.现在分析地球自转与环流、对流、风带的关系,实际上是分析纬向环流与其它环流、对流、风带的关系.
（一） 纬向环流与赤道—极地环流的关系
赤道—极地环流是在服从于纬向环流的前提下进行的.赤道上上升的大气首先要保持与纬向环流速度同步,然后再向极地环流.实际上,哈得莱环流圈、费雷尔环流圈和罗斯贝总结的三圈环流,它们的轨迹图像并不在同一个切面上,而是随着大气的纬向环流,自西向东环绕.所以绝对意义上的“三圈环流”并不存在.
（二） 纬向环流和大气垂直对流的关系
大气垂直对流是纬向环流中的波浪.它在自西向东做纬向环流运动的前提下,上下对流,绝对的垂直对流也是不存在的,它是波浪式向东跳跃的,它下沉时对地球表面产生冲击震荡,是纬向环流中的一种现象,是太阳热能作用下的大气升腾沉降过程；它从属于纬向环流,它担负着水气转化和大气冷却的双重任务.赤道—极地环流也要靠大气垂直对流的参与才能完成.大气垂直对流和赤道---极地环流是相辅相成的,大气纬向环流是主体,大气垂直对流和赤道---极地环流是客体,它们都要以纬向环流为前提.
大气纬向环流、赤道---极地环流、垂直对流,这三种运动形式的共同点是：它们都是在太阳热能作用下,由气压梯度力形成的大气运动,能量来源相同,运动原理相同.三种运动的不同点是：第一,方向不同,纬向环流是大气自西向东的平流运动,赤道---极地环流是南北方向的运动,垂直对流是上下方向的运动；第二,功能不同,最大的纬向环流是带动地球自西向东作自转运动的,为地球自转提供动力.赤道---极地环流和垂直对流是进行大气冷热交换的；第三,形状不同,最大的纬向环流是圆形实心圈,中心是地球.赤道---极地环流是相对的三环空心圈.垂直对流是在纬向环流中呈S形波动的状态.总的来看,如果说,大气是一台巨大的热机,纬向环流是这台热机的动力系统,工作对象是地球.那么,可以说,赤道---极地环流和垂直对流就是这台热机的冷却系统.
（三） 纬向环流和风带的关系
我们分析了各种环流关系之后,纬向环流和风带的关系成了疑问.实际上很简单,我们只要把西风带和信风带是怎样形成的分析清楚,它们的关系也就清楚了.
前面已经分析了,地球上的同步风速从低纬度到高纬度地区递减,地球纬向环流和赤道---极地环流又存在着密切而又复杂的关系.根据我的研究,西风带是低纬度地区到高纬度地区的纬向环流速度差和纬向环流与赤道---极地环流的关系共同造就的.以北纬为例分析,赤道上上升的大气,向极地方向运动时保持着起始速度继续作着自西向东的纬向环流运动,这时向北运动的大气是向东、北两个方向运动的,它在向北运动的过程中,遇到速度逐步变低的纬向环流,它向东运动的速度比所遇到的纬向环流速度高,超过了所经之处的纬向环流速度,呈现出向东北运动的状态,这就是高空反东北信风现象.当它向北运动到北纬30度地区时,因气压增大不能继续北进而下沉到地面.下沉后,一部分继续向北运动,一部分向南运动.由于向北运动的大气的纬向环流速度高,在北纬30度---60度地区,又遇到了比低纬度地区速度更低的纬向环流,它向东运动的态势显的非常猛烈,使这一地区形成了强盛西风带.向南运动的那部分大气,在北纬30度地区下沉过程中,它向东的纬向环流速度削弱了一部分,下沉后,在沿着地面向赤道方向运动时,又遇到了速度越来越高的纬向环流,它们此时的纬向环流速度跟不上所经之处的纬向环流速度,就显现出了自东北向西南运动的现象,这就是我们所说的东北信风.极地地面东风和高空西风也是这样形成的.从赤道到南极的各风带也是同样道理形成的.
认清了西风带、信风带、和高空反信风的形成原因,它们和纬向环流的关系也就清楚了,是纬向环流和赤道——极地环流共同造就了西风带、信风带和高空反信风的形成原因,是纬向环流速度从低纬度到高纬度递减的速度差造成了各种风带的自然现象.它们是相互作用,相互转化的.我们看到的是它们的现象,而我们上面所探讨的是它们的本质.
八、 地球上自然现象与地球自转的关系
（一） 潮汐与地球自转密切相关
以前一致认为潮汐是月球和太阳的引力作用产生的,但是,把潮汐现象全归结为月球和太阳的引力作用是很牵强的.我认为每天的潮起潮落是大气运动引起的,与月球和太阳的引力作用关系不太大.因为地球是在自西向东的纬向环流作用下被动自转的,它表面既承受着大气的摩擦力,还承受着垂直对流大气升腾沉降过程的冲击震荡,大气垂直对流每昼夜是一个周期,昼升夜沉,力度、周期都比较稳定,是大气垂直对流对洋面形成的稳定的起伏震荡,引起了每天的潮起潮落.
（二） 温室效应和臭氧层与地球自转密切相关
地球是靠太阳热能在地表120度经差范围形成的气压梯度力所导致的纬向环流自转的.只有这个气压梯度力保持稳定状态,地球拥有一个稳定的动力来源,它才会匀速自转.如果温室效应越来越严重,昼夜温差变小,将会导致这个气压梯度力变小,纬向环流速度变慢,地球自转也将随之变慢.如今,已经有研究表明地球自转速度确实慢了,但原因不明,我认为这一现象正是由温室效应造成的.如果大气臭氧层被破坏,地球上失去温室效应,昼夜温差就会增大,这个气压梯度力也变大,必然导致纬向环流速度加快,地球自转也将随之加快.当前地球有约每隔10年自转周期会增加或者减少千分之三至千分之四秒的现象.但是尚不清楚自转周期发生这种变化的具体原因.据我分析,这种现象是温室效应和臭氧层变化这两种因素共同导致的.当前,温室效应日趋严重,所以地球自转呈减慢趋势.
（三） 地壳变化与地球自转密切相关
由于大气长期摩擦地表,推动地球自西向东自转,使地壳承受了巨大的力,长期以往,地壳不堪重负,地幔又不能给它提供稳定的支撑,再加上地壳结构本身就处于复杂的不稳定状态,受外力作用时容易搓动,这样就造成了地壳整体损坏再造或部分损坏再造运动的结果（造山运动）.随着海陆分布越来越合理,大气推动地球转动时对地壳的影响也越来越小,地壳就会保持长期的相对稳定状态.地球有史以来曾多次经历这样的大型地壳整合再造活动,才形成了现在我们所看到的分布比较合理的地貌.
地球上,大陆西岸海岸线都规整流畅,东岸支离凌乱岛屿繁多.南北美洲、非洲、印度、澳大利亚大陆的西岸都有整齐的流线型边缘,海域上空荡荡的没有太多岛屿,而那些知名的岛屿、群岛都分布在这些大陆的东部海域,海面上星罗棋布.这种现象就是纬向环流摩擦带动地球自西向东自转过程中造成的,它形成于地壳损毁再造时期,之后变得更加流畅.
（四） 地球板块漂移与地球自转密切相关
因为地球是被大气自西向东的纬向环流推动着自转的,大气对地球表面有巨大的摩擦力,同时,起因于大气环流与风带的各种洋流推波助澜.这一系列复杂的因素是地球各大板块“漂移”的主要原因.也就是说,板块“漂移”的根本动力来源于大气环流运动.而真正的漂移是不存在的,地球各大板块不可能长途跋涉,进行漂移,只是在外力的作用下,发生一些错动和上下波动,这个过程会造成一些构造地震.频繁的构造地震对地壳损毁、再造、整合又起重要作用,是地壳的损毁再造和构造地震造成的地球表面升沉起伏和海陆变迁,给了人们板块漂移的假象.
（五） 地球上的构造地震与地球自转密切相关
地球上的纬向环流以超过465米/秒的速度带动地球自西向东自转,地表的各大陆地板块,因高出海平面而承受了更大的纬向环流的推力,加之地貌复杂多样,地表凹凸不平,地壳就会因受力不均而出现变形现象,这就是构造地震形成的主要原因.例如世界屋脊喜马拉雅山脉和青藏高原承受的自西向东运动的风力最大,在西风推动下,对它东边的地壳影响就大.因此,喜马拉雅山脉和青藏高原以东的广大地区发生构造地震的次数就比较多.南北极的纬向环流同步风速极小,摩擦力也极小,地壳承受的外力也很小,所以没有构造地震发生.
以上仅粗略列举了个别现象,各分支学科也均能用我所提出的新理论做出圆满解释,在此不再一一列举.
九、 关于其他行星的自转问题
太阳系中,各个行星的成分不同,大气结构不同,距太阳远近不同,受热不同,质量不同,这一系列复杂的因素导致了它们自转速度和方式不同.但是,它们的自转都分别与太阳热能,大气运动,气压梯度力和磁场等有关.我们来分析一下类地行星的自转.水星：公转周期87.9693天,自转周期58.6462天.自转很慢,有微弱磁场,大气及其稀薄.尽管温差很大（-173℃---427℃）,但是稀薄的大气产生的气压梯度力太小,气少力小,所以水星自转周期就比地球长得多.金星：没有磁场,自转的周期比公转周期略长,实际上金星基本没有转,是公转给它造成了自转的假象.温室效应使它的地表温度达到480℃,没有地域、季节、昼夜的差别,形不成气压梯度力,整个低层大气就像一潭死水,尽管顶层有风,但是地表大气几乎不流动,有气无力,所以金星转不起来.火星：它与地球最为相似,自转周期也很相近,每24.622962小时自转一周.它们的不同就在于,火星已经失去了磁场；大气比较稀薄；温室效应只有10℃,比地球的33℃低,昼夜温差大,白天最高气温28℃,晚上气温最低降到-132℃.气压梯度大,风速高.尽管大气比较稀薄,但是它是气小力大,才会像地球那样自转.

结束语: 综上所述,我们对地球自转问题进行了全面系统的分析、推导、论证,解释清楚了地球自转的基本原理、初始动力、后继动力、地球各因素与地球自转的关系、以及地球自转对地球环境的影响等一系列问题.
我对地球自转问题的研究,是建立在中国哲学思想和无数从事地球科学、大气科学、天文科学等各类相关领域工作者的观察研究基础上的.他们对自然现象的探索、观测、分析、研究、归类等为人类做出了极大贡献,也为我们研究地球自转问题提供了有力的科学依据.我的“风动地球自转说”是透过已知现象来探索地球自转的本质原因的.
由于地球自转是各种自然因素相互作用产生的一种自然现象,机械的套用某一种公式或者理论去推算这种现象是不科学的.我们只有用科学的观察依据和哲学的思维方式来综合分析,才能真正圆满的解释这个问题.只有用理性感悟而非数理推算的方式,用逻辑推理而非机械思维的方式,才能从根本上解决这个困扰人类至今的科学难题.

地球自转是因为形成太阳系的原始星云有机械能（围绕太阳系质心的转动动能与引力势能），逐渐凝聚形成的地球获得了这部分能量。其中大部分转化为公转动能使地球绕太阳系质心（太阳），剩下的部分转化为自转动能使地球自转。但是由于月球等其它天体引力的作用，现在地球自传越来越慢。据估计，地球形成初期自转周期只有5小时。...

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地球自转是因为形成太阳系的原始星云有机械能（围绕太阳系质心的转动动能与引力势能），逐渐凝聚形成的地球获得了这部分能量。其中大部分转化为公转动能使地球绕太阳系质心（太阳），剩下的部分转化为自转动能使地球自转。但是由于月球等其它天体引力的作用，现在地球自传越来越慢。据估计，地球形成初期自转周期只有5小时。

收起

要理解为什么地球会自传，首先你要了解地球怎样形成的，地球是由无数小行星撞击累积而成的，而地球自转的能量也就来自小行星的撞击，在惯性的作用下一直维持到现在，到自转速度是不断变慢的，变慢的主要因素是受月球的影响。