1、气压和气压场气压和气压场123空气的水平运动空气的水平运动 大气环流大气环流退出退出第五章气压和风第五章气压和风退出退出第五章气压和风第五章气压和风气压和气压场气压和气压场123空气的水平运动空气的水平运动 大气环流大气环流一二2 2 空气的水平运动空气的水平运动作用于空气的力作用于空气的力自由大气中空气的水平运动自由大气中空气的水平运动三摩擦层中空气的水平运动摩擦层中空气的水平运动 空气的运动是在力的作用下形成的，空气受到的力主要有：1.气压梯度力(pressure-gradient force)由于空间气压分布的不均匀而使空气块受到的力，叫做气压梯度力。一、作用于空气的力NSPP+PNN+
2、N设有如右所示的空气块，由于设有如右所示的空气块，由于气压分布的不均匀，沿气压分布的不均匀，沿N方向所方向所受到的力为：受到的力为：P S-（P+P）S=-P S气块所受到的力：P S（P+P）S=P S单位质量的气块所受到的力:单位质量的气块所受到的力NSPP+PNN+NdNdPNPNSSPG11式中式中-dP/dN叫做气压梯度，这叫做气压梯度，这个力与气压梯度成正比，所以个力与气压梯度成正比，所以叫气压梯度力。叫气压梯度力。虽然大气中垂直气压梯度力比水平气压梯度力大得多，但是在大气处于静力平衡时，重力与Gz相抵消；而水平气压梯度力虽小，但没有其它力与它相平衡，只要这个力在一段时间内持续发生
3、作用，就能造成较大的空气水平运动。所以，空气运动以水平运动为主，水平气压梯度力是产水平气压梯度力是产生风的原动力生风的原动力。在水平方向的气压梯度力为：在水平方向的气压梯度力为：dndPGn1在垂直方向的气压梯度力为：在垂直方向的气压梯度力为：dZdPGz12.地转偏向力(Coriolis force)由于地球自转而使地面上的运动物体偏离原运动由于地球自转而使地面上的运动物体偏离原运动方向的力，叫做地转偏向力。方向的力，叫做地转偏向力。首先考察物体在一不动圆盘上的运动。首先考察物体在一不动圆盘上的运动。地转偏向力(Coriolis force)再考察物体在一逆时针转动的圆盘上的运动。再考察物体
4、在一逆时针转动的圆盘上的运动。地转偏向力(Coriolis force)再再考察物体在一逆时针转动的圆盘上的运动。考察物体在一逆时针转动的圆盘上的运动。地转偏向力(Coriolis force)再考察物体在一逆时针转动的圆盘上的运动。再考察物体在一逆时针转动的圆盘上的运动。设在时间设在时间t内，一物内，一物体从体从O点开始，以速度点开始，以速度v沿沿直线向直线向B运动，由于圆盘在运动，由于圆盘在以角速度以角速度沿逆时钟方向转沿逆时钟方向转动，圆盘上的动，圆盘上的A点经时间点经时间t后到了后到了A，而物体运动到，而物体运动到了了A点。因此在圆盘上的观点。因此在圆盘上的观察者认为物体偏离了一个察者
5、认为物体偏离了一个角度角度 AOA，觉得是受了，觉得是受了某种力的作用。某种力的作用。OBAt A 现在对物体在运动圆盘上运动的情况作现在对物体在运动圆盘上运动的情况作一分析。一分析。如果认为这种偏转是因某种力的作用，则在这种力的作用一产生的位移为：设设a为这种力所产生的加速度，则为这种力所产生的加速度，则221taS 将以上两式联系起来，得将以上两式联系起来，得 a=2v 根据牛顿第二定律，根据牛顿第二定律，a应应为单位质量的物体所受到的力。为单位质量的物体所受到的力。因此，上述假想的力的大小为因此，上述假想的力的大小为 f=2v f又称为科里奥利（又称为科里奥利（Coriolis）力力。2
6、tvttvAOAOAAASOBAt A 在地球表面运动的物体与在圆盘上稍有不同，地面近似为球面。设在设在A A点，一物体在点，一物体在水平面上以速度水平面上以速度v v运动，运动，将这个速度分解为与赤将这个速度分解为与赤道面平行和与赤道面垂道面平行和与赤道面垂直的两个分量，则物体直的两个分量，则物体相当于以速度相当于以速度vv在圆盘在圆盘上运动。物体受到的科上运动。物体受到的科里奥利力（对地面来说里奥利力（对地面来说称为地转偏向力）的大称为地转偏向力）的大小就应为：小就应为：f=2v=2v sin AVV u1).1).水平地转偏向力与风速成正比，只有相对地球水平地转偏向力与风速成正比，只有相
7、对地球是运动的物体才收到偏向力的作用；是运动的物体才收到偏向力的作用；u2).2).水平地转偏向力与运动的方向垂直，只改变运水平地转偏向力与运动的方向垂直，只改变运动的方向，不改变运动速度的大小；动的方向，不改变运动速度的大小；u3).3).北半球，水平地转偏向力指向运动的右方，南北半球，水平地转偏向力指向运动的右方，南半球指向左方；半球指向左方；u4).4).水平地转偏向力与纬度的正弦成正比，极地最水平地转偏向力与纬度的正弦成正比，极地最大，赤道为零，随纬度是增加的。大，赤道为零，随纬度是增加的。地转偏向力的性质地转偏向力的性质3.3.惯性离心力惯性离心力(inertial centrifu
8、gal force)(inertial centrifugal force)当空气作曲线运动时，还要受到惯性离心力的当空气作曲线运动时，还要受到惯性离心力的作用。其大小为：作用。其大小为：C=2r=v2/r4.4.摩擦力摩擦力(friction force)(friction force)空气运动时，要受到空气与地面之间和不同空空气运动时，要受到空气与地面之间和不同空气块之间的摩擦力的作用。前者称外摩擦力，后者气块之间的摩擦力的作用。前者称外摩擦力，后者称内摩擦力。前者在数值上要远大于后者。摩擦力称内摩擦力。前者在数值上要远大于后者。摩擦力的大小与速度成正比，一般与风速的方向相反，其的大小与速
9、度成正比，一般与风速的方向相反，其大小为：大小为：R=-kvP1P2P3GGVAAGVAGVAP4P5 设高空的等压线为平行直线，这时惯性离心力和设高空的等压线为平行直线，这时惯性离心力和摩擦力都可忽略不计，只需考虑气压梯度力和地转偏摩擦力都可忽略不计，只需考虑气压梯度力和地转偏向力的作用。向力的作用。下图中直线为等压线，设气压南高北低，下图中直线为等压线，设气压南高北低，P1P2.1.地转风地转风二二.自由大气中空气的水平运动自由大气中空气的水平运动 当气压梯度力与地转偏向力达到平衡时的风叫做地转风(geostrophic wind)。这时就满足：风压定律：在北半球，背风而立，高压在右，低压
10、在左；南半球相反。风速与气压梯度成正比。P1P2P3GGVAAGVAGVAP4P5 当气压梯度力、地转偏向力和惯性离心力三力达到平衡时的风叫做梯度风。这时风向规律为：（北半球）在高压中，风沿等压线作顺时针方向旋转。在低压中，风沿等压线作反时针方向旋转。2.梯度风自由大气层高低压中的风G高压高压D低压低压 风与等压线成一个角度，摩擦力越大，角度也越大。风压定律：在北半球，背风而立，高压在右后方，低压在左前方。三、摩擦层中空气的水平运动 GVA自由大气自由大气GVRA摩擦层摩擦层 在摩擦层的高压中，风沿等压线顺时针方向由里向外吹。在摩擦层的低压中，风沿等压线逆时针方向由外向里吹。摩擦层高低压中的风低压低压高压高压摩擦层高低压中的风
