[工程科技]11大气运动2.ppt

 在自由大气里，摩擦力对大气运动的作用可以 忽略不计，大气运动十分接近于水平运动，且空气 运动的加速度 很小,接近于 等速运动。 可以用地转风或梯度风来近似自由大气的实际风。  4.2.1 地转风Vg 地转风是气压梯度力和地转偏向力相平衡 时，空气作的等速直线水平运动。 其受力平衡式为  2、大小： ◇ vg与水平气压梯度成正比。等压线越密集(气压的 空间变化越大),vg越大；反之愈小。 ◇ vg与大气密度成反比。若气压梯度相同，大气越稀薄,vg越大；反之愈小。（高层风比低层风大） ◇ vg与sinφ成反比。若气压梯度相同，低纬比高纬风大。但实际上除热带风暴外，低纬度的气压梯度 通常很小。 4.2.2 梯度风(Vc,Vac) 当空气质点作曲线运动时，除受气压梯度力和 地转偏向力作用外，还受惯性离心力的作用，当这 三个力达到平衡时的风，称为梯度风。 　 由于力的平衡 组合不同，分为 气旋式环流 和反气旋式 环流。  所以，一定纬度上，气压梯度和反气旋梯 度风的大小受反气旋曲率半径所限，r愈大， vac也愈大。即反气旋越到边缘风速越大，越 到中心风越小。  实际上，自由大气中的实际风并不完全与 地转风或梯度风相吻合，各个作用力的平衡 关系也只是相对的、暂时的，平衡关系经常 会遭到破坏。Why? 　 　这是因为空气运动的路径不会是直线的，也 不会是圆形或曲线，结果气压梯度力便随着时 间和空间在发生变化。 　 同时，空气运动也不会总是平行于纬圈， 常常有穿越纬圈的运动，水平地转偏向力发生 变化，风速也随之发生相应变化。 由上可见，即使一开始空气所受的力达到平 衡，而随着时间和空间的变化，力的平衡关系会 遭到破坏，出现非平衡下的实际风。  实际风与地转风、梯度风之间便出现偏差， 形成所谓偏差风。 正是由于偏差风出现，促使风场与气压场 相互调整，建立新的平衡关系，新的平衡又 在新的风压条件下遭到破坏。空气运动就是 从不平衡到平衡，又从平衡到不平衡的过程。 　　  　　 　 在研究自由大气中大尺度空气运动时，地转 风或梯度风这两种平衡关系是基本上适应 的，尤其在中高纬度，它们概括了自由大 气中风场和气压场的基本关系，在气象上 有很大实用价值，它们反映了实际风的主流。  练习：700hpa等压面图的局部如下，试分析气压系统，并分析Ａ、Ｂ、Ｃ三点处的受力及平衡风的方向。 课外练习： １、已知ρ=1kg/m3，试计算30oN气压梯度为5hpa/100km时的vg；如果空气水平运动的曲率半径为100km，求该处的vc和vac。 ２、为什么气旋中风速可以发展得很大，而反气旋中风速却受限制？ 4.3.1 摩擦层中空气的平衡运动 一、平直等压线时 　　作用与空气的力有三个： 气压梯度力、地转偏向力、 地面摩擦力。 当三力达平衡时，空气作 水平、等速、直线运动。 因此，在北半球的摩擦层内，平直等压线时，风斜穿 等压线，右前方是高压，左前方是低压。（即沿地转风 方向由高压向低压斜穿等压线） 风与等压线的交角α的大小与地面摩擦有关，陆地摩擦力大交角 就大，海面上交角小些。 4.3.2 摩擦层中风随高度的变化（埃克曼螺线） 在摩擦层中，摩擦力随着高度增加而减小，风速随高度增大，风向右偏（北半球），到摩擦层顶部风接近与地转风，风向与等压线平行。 把不同高度的风矢量投影到同一平面上，把各矢量终点连接成一光滑曲线，这条曲线称为“埃克曼螺线”。  一、热成风形成 假设地面上无气压梯度，无地转风。 空气右边暖，左边冷，右边的气压随高度缓慢下降，而左边迅速下降。结果高空的等压面越来越陡，从暖区高压到冷区低压的气压梯度越来越强，这样在高空出现地转风。 风由水平温度梯度引起，故称热成风。 4.4.2 自由大气中风随高度 变化的基本类型 一、 等温线与等压线平行 1、气层的水平温度梯度与下层气压梯度方向一致（高压+高温） 地转风随高度变化是：风向不变，风速增大。  课外练习： 1、摩擦层风随高度如何变化？气层的水平温度梯度与下层气压梯度方向相反的自由大气层中，风随高度又如何变化呢？ 2、设南京（32°Ｎ）地面气压场为平直等压线，地面摩擦力与风向相反