第4章 大气运动2012.ppt

第四章 思考题２ 1.基本概念：单圈环流、三圈环流、大气活动中心、急流、高空槽脊、季风、海陆风、山谷风。 2.简述三圈环流模型及其形成机制。 3.简述地面气压带及行星风带分布。 4.举例说明地面大气活动中心有哪几种。 5.简述季风的成因和分布. 空气质点（微团）的受力和加速度总结 力类型 ?矢量 x-?分量 ?y- ?z-分量 重力 ? ?0 ?0 ?-g 压强梯度力 ? ? ? ? 地转偏向力 ? ? ? 0 摩擦力 ? ? ? 0 离心力 ? ? ? ? 加速度 注： xa ya za/z x y 绝对速度 和加速度 附录 地转偏向力推导 其中, 称为地转偏向力 为离心力，与地心引力合成有效重力。 为单位质量流体微团所受的合外力，包括重力、压强梯度力、摩擦力等。 附录 地转偏向力推导 牛顿第二定律 正比于气压梯度，即等压线愈密，地转风愈大； 反比于空气密度，愈往高空，地转风愈大； 反比于纬度正弦，低纬（赤道除外）地转速大于高纬； 平行于等压线（等高线），北半球背风而立，气压左低右高；南半球气压右低左高。 地转风公式及其结论 地转平衡: 风速矢量: 风速分量: x y 0 P4 P3 P2 P1 P0 假设海平面等压线均匀、平行直线 z 附录 等压面上地转风公式意义 假设等压面P，只沿x方向倾斜，沿y方向均匀，H1、H2为相邻等高线，水平间距Δx，则地转风为 x y 0 z 定义： 位势 位势高度 结论：地转风风速正比于等压面坡度、位势梯度、位势高度梯度，风向平行于等高线，背风而立、左低右高。 矢量式： H1 p H2 梯度风及其特征 L H 特征：低压L（气旋）中心附近气压梯度力可取任意值，因此，容易发展成风暴，如台风等。 特征： ①高压H（反气旋）中心气压梯度、风速小 ②等压线曲率大处，气压梯度、风速小 ③纬度越高，气压梯度、风速大 ④冬季密度大，气压梯度、风速大 * * * ①定义：自由大气中，是气压梯度力和地转偏向力相平衡时，空气作等速、直线的水平运动称为地转风。 ②公式及其解： 及 第4章 大气的运动 4.4 自由大气中的风 4.4.1 地转风 矢量式： 其中, 地转风矢量方向如何判断？ 0 x z y p1 p2 p3 ①确定气压梯度力：垂直等压线，由高压指向低压； ②利用“右手法则”确定地转风； ③最后确定地转偏向力。 方法一 ①确定气压梯度力：垂直等压线，由高压指向低压； ②利用“地转平衡”确定地转偏向力； ③根据地转偏向力，确定地转风。 方法二 x z 0 y p1 p2 p3 ③结论： 正比于气压梯度，即等压线愈密，地转风愈大； 反比于空气密度，愈往高空，地转风愈大； 反比于纬度正弦，低纬（赤道除外）地转速大于高纬； 平行于等压线（等高线），北半球背风而立，气压左低右高；南半球气压右低左高。 第4章 大气的运动 4.4 自由大气中的风 4.4.1 地转风 x y 0 P4 P3 P2 P1 P0 课堂讨论：已知海平面气压场，如何判断地转风方向？ ④等压面图上地转风公式 设等压面方程p(x,y,z)=常数，分别对x,y求偏导，得 代入地转风公式，得等压面图上地转风公式为 第4章 大气的运动 4.4 自由大气中的风 4.4.1 地转风 矢量式： ④等压面图上地转风公式 等压面P只沿x倾斜，H1、H2、H3为等高线 结论 等压面上地转风风速正比于等压面倾角的正切、或位势梯度、或位势高度梯度； 等压面上地转风风向平行于等高线，北半球，背风而立，高度左低右高；南半球，反之。 第4章 大气的运动 4.4 自由大气中的风 4.4.1 地转风 H1 P H2 H3 x y 0 z 自由大气中，空气质点在气压梯度力、地转偏向力及惯性离心力平衡时，作匀速圆周运动，称为梯度风，分为低压梯度风(Vc)、高压梯度风(Va) 。 第4章 大气的运动 4.4 自由大气中的风 4.4.2 梯度风 （1）自然坐标系中的运动方程 第4章 大气的运动 4.4 自由大气中的风 4.4.2 梯度风 自然坐标系(o-τ,n,z)中质点水平速度为 自然坐标系中空气质点水平加速度为 自然坐标系中空气质点水平运动方程： o （2）梯度风方程 第4章 大气的运动 4.4 自由大气中的风 4.4.2 梯度风 根据梯度风定义，自然坐标系中其方程为 其中，VG为梯度风风速，当 时，梯度风即为地转风。 （3）梯度风性质 第4章 大气的运动 4.4 自由大气中的风 4.4.2 梯度风 梯度风的风压场关系： I）气旋风场：北半球逆时针（南半球相反），则必为低压L，地转偏向力+离心力=气压梯度力。 II）反气旋风场：北半球顺时针旋转（南