第四章第三节大气运动和天气系统.pdf

第三节大气运动和天气系统 第三节大气运动和天气系统 大气运动——风 气压 气流 大气环流 ——空气的水平运动称为风；空气的垂直运 动称为上升气流或下沉气流。地球上大气的 运动形式以水平运动最为广泛和持久。 一 大气的水平运动 空气运动是地球大气最重要的物理过程。由于 空气运动，不同地区、不同高度之间的热量、动量、 水分等得以交换，从而产生各种天气现象和天气变 化。 （一）影响空气水平运动的四种力 气压梯度力（原动力）； 地转偏向力（改变方向）； 惯性离心力（改变方向）； 摩擦力（减速、改变方向）。 1、气压梯度力 ◆气压分布不均匀产生气压梯度，使空气具有由高压区流 向低压区的趋势，作用于单位质量空气上的力，称为气压梯 度力。 气压梯度力可分为垂直气压梯度力和水平气压梯度力两 种。 水平气压梯度力使空气从高压区流向低压区，是大气水 平运动的原动力，其表达式为： 1 ∆ p G − ρ ∆ n G — 水平气压梯度力；ρ— 空气密度；Δp —两条等压线之间的气压差； Δn — 两条等压线之间的垂直距离；Δp ／Δn — 为水平气压梯度； “－” 负号表示方向由高压指向低压。 1001 等压 线疏 密与 气压梯度小 1003 气压 梯度 大小 ∆ p 气压梯度 1005 ∆ n 1007 2、地转偏向力 指由于地球的自转而使地表上运动的物体发生方向偏转的 力。它包括水平和垂直两个分力。对于垂直分量，因为大气存 在静力平衡对大气运动无关紧要 。因此，只讨论水平分量。 水平地转偏向力为： A 2 m v ω sinϕ m ：空气质量；v ：风速；ω：地球自转角速度；ϕ ：地理纬度。 ◆地转偏向力是使运动空气发生偏转的力，它总是与空气运动 方向垂直。在北半球，它使风向右偏；它的大小与风速和纬度 成正比，在赤道为零，随纬度而增大，在两极达最大。 ◆地转偏向力只能改变风的方向，而不能改变风的速度。 由方程可知赤道上地转偏向力为零；两极地转偏向力最大， 为2 νω 地转偏向力随纬度分布示意图 3、惯性离心力 ◆离心力是指空气作曲线运动时，受到一个离开曲率 中心而沿曲率半径向外的作用力。 这是空气为了保持惯性方向运动而产生的，所 以称为惯性离心力。它的方向与空气运动方向垂直。 示 图 力 心 离 性 惯 C V 2 C — 离心力；V — 空气运动 r 速度；r — 曲率半径。 ◆在一般情况下，空气运动路径的曲率半径很大，惯性离心力 远小于地转偏向力；但在空气运动速度很大而曲率半径很小时， 如龙卷风、台风，离心力很大