福建船政职院航海气象与海洋学课件04空气的水平运动——风.pptVIP

陈登俊 §4.1 概 述 * * §4 空气的水平运动 －－风 目 录 4.1 概 述 4.2 作用在空气微团上的外力 4.3 地转风和梯度风 4.4 摩擦层中的风 4.5 地形的动力作用 4.1 概 述 一、风(wind)的定义、单位和表示方法 1、风――空气相对海底所作的水平运动。 2、风速――单位时间内空气在水平方向上移 动的距离。 单位：m/s，km/h，kn（节，nm/h）。 1m/s≈2kn。 风级（Beaufort）：0～17级。 风速与风级的关系：V＝0.836B3/2。 3、风向――风的来向，用方位度数 （0°～360°）表示， 或方位表示。 Force 0: 0-1 knots Sea like a mirror Force 5: 17-21 knots many white caps Force 8: Gale 34-40 knots Force 12: Cyclone 64 + knots 4.2 作用于空气微团上的外力 一、水平气压梯度力Gn 1、水平气压梯度（－ΔP/Δn） ――垂直于等压线，沿气压减小的方向，单位距离内 的气压差。 1）大小：在天气图上， 等压（高）线越密，水平气压梯度越大； 等压（高）线越疏，水平气压梯度越小。 单位：hPa/m，或，hPa/赤道度， 1赤道度＝60nm，约111km。 2）方向：垂直于等压线，由高压指向低压。 相邻等压线间距大（稀疏），水平气压梯度小，地转风小。 相邻等压线间距小（密集），水平气压梯度大，地转风大。 2、水平气压梯度力 Gn＝－ΔP/（ρΔn） 1）大小：与水平气压梯度成正比 在天气图上， 等压（高）线越密，水平气压梯度力越大； 等压（高）线越疏，水平气压梯度力越小。 与空气密度ρ成反比， 高空ρ小，Gn增大；低空ρ大，Gn小。 2）方向：同水平气压梯度。 二、水平地转偏向力An 1、大小：An＝2ωVsinφ 1） 物体相对地表静止时，An＝0。 2） V越大，An越大。 3）φ＝0°，sinφ＝0，An＝0，赤道上没有地转偏向力。 4）φ越大（纬度越高），An越大。 2、方向：垂直于运动去向， 北半球：偏于右手一侧， 南半球：偏于左手一侧。 只改变运动方向，不改变速度大小。 A0 V0 北半球 V1 V4 V3 V2 A4 A3 A2 A1 南半球 A0 V0 A1 V1 A2 V2 A3 V3 A4 V4 北 东 三、惯性离心力C 1、大小：C＝V2/r 切向V越大，C越大；r越小，C越大。 2、方向：沿曲率半径由圆内指向圆外， 与切向速度垂直， 只改变运动方向，不改变切向速度大小。 四、摩擦力R 1、大小：R＝μV 与摩擦系数μ成正比，与风速V成正比。 有浪海面μ比平静海面大。 2、方向：与运动方向相反，起到阻力作用。 总结： 只有水平气压梯度力与初始风速无关，该力是使空 气产生运动的直接原动力。 4.3 地转风和梯度风 北半球地转平衡的过程 北 南 一、地转风（Geostrophic Wind） 1、定义 ――自由大气中，空气的匀速水平直线运动。 2、力的平衡 ――水平气压梯度力与水平地转偏向力平衡。 Gn＝An，方向相反，作用在同一条直线上， 或：Gn＋An＝0 或 Gn＝－An 南半球 高 压 低 压 地转风 1028hPa 1024hPa 1020hPa 1016hPa 高 压 低 压 北 东 An Gn Vg 北半球 地转风的形成过程 3、Vg的大小，Vg＝－ΔP/（2ρωsinφΔn） 1）与水平气压梯度成正比， 在天气图上，等压（高）线越密，地转风越大；