大氣運(yùn)動的基本特征課件

1、天氣學(xué)原理和方法天氣學(xué)原理和方法第一章 大氣運(yùn)動的基本特征 大氣運(yùn)動受質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。為了應(yīng)用這些物理定律討論在氣象上有意義的相對于自轉(zhuǎn)地球的大氣運(yùn)動，本章首先討論影響大氣運(yùn)動的基本作用力，和在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中所呈現(xiàn)的視示力，然后導(dǎo)出控制大氣運(yùn)動的基本方程組，并在此基礎(chǔ)上分析大尺度運(yùn)動系統(tǒng)的風(fēng)壓場和氣壓場的關(guān)系，幾個有意義的風(fēng)。并總結(jié)出天氣分析預(yù)報(bào)中應(yīng)遵循的一些基本規(guī)則。第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生第一章 大氣運(yùn)動的基本特征 大氣運(yùn)動受質(zhì)量守恒、動量守第一章 大氣運(yùn)動的基本特征 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 1.2 控制大氣運(yùn)動的基本定律 1.3

2、 大尺度運(yùn)動系統(tǒng)的控制方程 1.4 “P”坐標(biāo)系中的基本方程組 1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生第一章 大氣運(yùn)動的基本特征 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣運(yùn)動的特殊性1、大氣是流體，屬于不可壓、連續(xù)介質(zhì)，滿足牛頓第二定律 F = ma2、大氣運(yùn)動的原動力源于自然，如：氣壓分布不均，受熱不均，地球引力等3、旋轉(zhuǎn)地球?qū)俜菓T性系統(tǒng)，需考慮視示力4、影響大氣運(yùn)動的因素很多，考慮主要因子 太陽黑子、宇宙風(fēng)、月亮引力 極移、章動、日長 基于這些特殊性，來分析其受力和運(yùn)動 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生3個真實(shí)的力和2個

3、視示力1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣運(yùn)動的特殊性第一章 大氣運(yùn)動第一節(jié) 影響大氣運(yùn)動的作用力 作用力分析作用于空氣的力基本力（真實(shí)力）視示力（外觀力）氣壓梯度力地心引力摩擦力慣性離心力地轉(zhuǎn)偏向力水平方向作用于空氣的力水平氣壓梯度力 G水平地轉(zhuǎn)偏向力 A慣性離心力 C摩擦力 R板書講解第一節(jié) 影響大氣運(yùn)動的作用力 作用力分析作用于空氣的力基本1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力一、基本作用力-氣壓梯度力 氣壓梯度的定義：當(dāng)氣壓分布不均勻，氣塊就會受到一個凈壓力的作用，作用于單位體積氣塊上的凈壓力稱為氣壓梯度。 氣壓梯度力的定義：當(dāng)氣壓分布不均勻，氣塊就會受到一個凈壓力的作用，作用于單位質(zhì)量氣塊上的凈壓

4、力稱為氣壓梯度力。第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生？1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力一、基本作用力-氣壓梯度 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生 氣壓梯度力的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 氣壓梯度力的推導(dǎo)：設(shè)氣塊為一個六面體，取局地直角坐標(biāo)系，其體積為(圖1.1)。設(shè)周圍大氣作用于B面上的壓力為 ，則作用于A面上的壓力應(yīng)為 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生則x方向上周圍大氣作用于體積元上的凈壓力為：作用于y方向體積元凈壓力為：作用于z方向體積元凈壓力為:作用于

5、體積元上的總凈壓力為：全矢量形式 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生由于氣壓分布不均勻而造成的單位體積氣塊上的力為氣壓梯度，是由氣壓高的地方指向氣壓低的地方。設(shè)氣塊的密度為 ，該體積元所含大氣質(zhì)量為 ，作用于單位質(zhì)量氣塊上的凈壓力為氣壓梯度力：（1.1） 按氣壓梯度，氣壓梯度力的定義 體積元上的總凈壓力 源于大氣分布不均勻1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 氣壓梯度力的物理意義： 氣壓梯度力是空間向量，垂直等壓面，由高壓指向低壓；（1百帕變量

6、，垂直8米，水平百KM） 氣壓梯度力的大小與氣壓梯度 成正比，與空氣密度成反比；等壓線越密集，氣壓梯度越大第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 氣壓梯度力的物理意義：1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 一、基本作用力-地心引力 真實(shí)力 地心引力的定義：地球?qū)挝毁|(zhì)量空氣的引力。 地心引力的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 地心引力的推導(dǎo)：第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生假設(shè)地球的質(zhì)量為M,空氣塊的質(zhì)量為m,則M對m的引力為：萬有引力定律兩物體質(zhì)量乘積正比,與距離反比G為引力常數(shù),M為地球質(zhì)量引力方向距離1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 一、基本作用力-地心引力 真1.1

7、 影響大氣運(yùn)動的作用力 地球?qū)挝毁|(zhì)量的空氣塊的引力為： 設(shè)地球半徑為a，z為海拔高度， （1.2) 其中 ，為海平面地心引力。 氣象學(xué)應(yīng)用范圍內(nèi)，z一般為十公里，而地球半徑達(dá)六千多公里，第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生實(shí)際討論問題考慮慣性離心力得重力任一高度的地心引力1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 地球?qū)挝毁|(zhì)量的空氣塊的引力1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 地心引力的物理意義： 地心引力的方向嚴(yán)格指向地球球心的方向； 在同一高度地心引力的大小不變，為常數(shù)； 地心引力不與海平面垂直 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生后面講到的重力g是與海平面垂直的1.1 影響大氣運(yùn)動的作

8、用力 第一章 大氣運(yùn)動的基本特1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力一、基本作用力-摩擦力 真實(shí)力 摩擦力的定義：大氣因具有粘性，當(dāng)有相對運(yùn)動時所受到的一種粘性力。摩擦力的數(shù)學(xué)表達(dá)式：第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生風(fēng)有水平和垂直切變兩種原因粘性作用:1,近地面層的分子粘性力2,雜亂無章的湍流渦旋,均與風(fēng)的分布有關(guān).根據(jù)分子運(yùn)動理論,風(fēng)隨高度增加,分子雜亂運(yùn)動可穿越某平面上下運(yùn)動,動量上下傳,使動量趨于均勻1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力一、基本作用力-摩擦力 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 摩擦力的推導(dǎo)： 如圖1.3所示，假設(shè)x方向的風(fēng)分量 , 。 面上部流體層施與該面下部流體層一個沿x方向的

9、作用力 ，下部流體必施于 面上部流體層一個反作用力- ，第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生動量上下傳,上部使下部u增大,可視為施加X方向的力.反之下部對上部施加相反的力摩擦力與作用面積,垂直切變成正比根據(jù)分子運(yùn)動理論,風(fēng)隨高度增加,分子雜亂運(yùn)動可穿越某平面上下運(yùn)動,動量上下傳,使動量趨于均勻午后風(fēng)大1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 為動力粘滯系數(shù)， 為作用于單位面積的粘滯力，稱為切應(yīng)力或雷諾應(yīng)力。 (1.3)如圖1.4，取一微立方，體積為第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生上部大氣作用的X方向切應(yīng)力下部大氣作用的-X

10、方向切應(yīng)力非線性用氣塊討論定義1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 第一章 大氣運(yùn)動的基1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 y方向 ，z方向第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生體元受到的X方向的凈切應(yīng)力為取極限周圍大氣對體元單位質(zhì)量在X方向的凈摩擦力U 分量隨Z的切變引起A1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 為常數(shù)， ，稱為運(yùn)動學(xué)粘滯系數(shù) ， ， 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生對風(fēng)的水平切變引起的切應(yīng)力在各方向的變化所決定的摩擦力，進(jìn)行類似的推導(dǎo)，在笛卡爾坐標(biāo)系三個方向合成的摩擦力分量為：設(shè)1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大

11、氣運(yùn)動的基本特征大氣科1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生分量式右端前兩項(xiàng)遠(yuǎn)小于第三項(xiàng)垂直切變項(xiàng)，總摩擦力為(1.4)圖1.4這種情況上部X方向的切應(yīng)力大于下部,合力向右,摩擦力使氣團(tuán)向X方向加速度實(shí)際考慮摩擦力時,視湍流為分子1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力二、慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向力-慣性離心力慣性離心力的定義：為了在非慣性坐標(biāo)系中(隨地球一起轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)系)應(yīng)用牛頓慣性定律而引入的一個視示力(非真實(shí)力)。慣性離心力的數(shù)學(xué)表達(dá)式：第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生用繩子牽引轉(zhuǎn)動單位質(zhì)量的球

12、1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力二、慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向力-1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力慣性離心力的推導(dǎo)：圖1.5具有單位質(zhì)量的球，以均勻的角速度 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在 時間內(nèi)旋轉(zhuǎn) 。在不隨球轉(zhuǎn)動的固定坐標(biāo)系觀察，球做勻速圓周運(yùn)動。 時間變化量為 ， 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生向心力引起運(yùn)動方向變化1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生慣性離心力同除時間取極限指向旋轉(zhuǎn)中心向心加速度是由向心力引起的單位質(zhì)量,表達(dá)式一樣1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科1.1 影響大

13、氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生慣性離心力的物理意義： 慣性離心力的方向在球運(yùn)動的平面內(nèi)； 慣性離心力的大小與 成正比，與R成正比； 地球繞地軸自西向東轉(zhuǎn)，其角速度氣象上就考慮地轉(zhuǎn)角速度1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 二、地轉(zhuǎn)偏向力 地轉(zhuǎn)偏向力的概念：在非慣性系中為了解釋因地球自轉(zhuǎn)使空氣質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，而引進(jìn)的一個視示力,這個力就稱之為地轉(zhuǎn)偏向力，或科氏力。第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生解釋: 若氣塊只受氣壓梯度力的作用，則沿著氣壓梯度力的方向做加速運(yùn)動。事實(shí)上并非如此，因?yàn)榈厍蜃?/p>

14、轉(zhuǎn)的緣故, 中高緯度地表面不斷地旋轉(zhuǎn)，這時空氣質(zhì)點(diǎn)依慣性方向前進(jìn)，而在地面上的觀察者看來，空氣質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向偏離了氣壓梯度力的方向，為了在非慣性系中滿足牛頓定律,引進(jìn)了非真實(shí)的力.1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 二、地轉(zhuǎn)偏向力第一章 大氣設(shè)一個逆時針轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤，若從中心向邊緣A點(diǎn)擲出一個物體，站在圓盤外OA延長線上B點(diǎn)的人看來，物體保持慣性，沿著直線OB而行，盡管圓盤的轉(zhuǎn)動對物體運(yùn)動的方向速率都沒有影響。但是人如果站在圓盤上，并且和圓盤一起轉(zhuǎn)動，就必然以他立足的圓盤作為衡量物體運(yùn)動的參照物。第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生進(jìn)一步說明設(shè)一個逆時針轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤，若從中心向邊緣A點(diǎn)擲出一個

15、物體，站在1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力當(dāng)物體到達(dá)圓盤邊緣時，原來的A點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)到了A1點(diǎn)，站在圓盤上的人也隨著轉(zhuǎn)動圓盤一起旋轉(zhuǎn)了角度AOA1,因而在他看來，物體并不是沿著圓盤上的直線OA方向運(yùn)動，而是好像時刻都受到一個與運(yùn)動方向垂直的并指向右方的作用力，使運(yùn)動方向不斷地向右方偏轉(zhuǎn)。這就是因圓盤的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的偏向力。第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力當(dāng)物體到達(dá)圓盤邊緣時，原來的A點(diǎn)1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 同樣道理，地球按地球旋轉(zhuǎn)角速度 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，在地球平面上同樣有垂直于地平面的 分量，所以在地轉(zhuǎn)平面上就存在這樣的地轉(zhuǎn)偏向力。第一章 影響大氣運(yùn)動的作用

16、力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 同樣道理，地球按地球旋轉(zhuǎn)角1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力地轉(zhuǎn)偏向力的數(shù)學(xué)表達(dá)式：地轉(zhuǎn)偏向力的推導(dǎo)： 是地轉(zhuǎn)參數(shù) 是在地球標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系里大氣運(yùn)動速度 是地球緯度 在xyz坐標(biāo)系中的三個分量：第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力地轉(zhuǎn)偏向力的數(shù)學(xué)表達(dá)式：第一章 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力V的三個分量根據(jù)叉乘求解式，A可以寫成第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生W地轉(zhuǎn)偏向力的三個分量1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力V的三個分量第一章 影響大氣運(yùn)動1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力地轉(zhuǎn)偏向力的三個分量為：第一章

17、影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生其向量形式為滿足右手螺旋法則1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力地轉(zhuǎn)偏向力的三個分量為：第一章 1.1 影響大氣運(yùn)動的作用力 注意： 風(fēng)向的定義：西風(fēng)是沿x軸方向吹（風(fēng)來向是西方）u0；東風(fēng)u0;北風(fēng)v0,沿z軸方向，下沉：wA但大尺度曲率小C小反氣旋n1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生b.反氣旋性環(huán)流氣塊作反氣旋式環(huán)流，慣性離心力指向 的方向，地轉(zhuǎn)偏向力指向 的方向，氣壓梯度力方向有兩種情況。.氣壓梯度力指向 的方向，反氣旋中心為低壓中心，這樣就要求慣性離心力大于

18、地轉(zhuǎn)偏向力。大尺度系統(tǒng)中慣性離心力較小，地轉(zhuǎn)偏向力較大。這種情況不可能在大尺度運(yùn)動系統(tǒng)中出現(xiàn)。.氣壓梯度指向 的方向，反氣旋中心為高壓中心。ns龍卷1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生結(jié)論:大尺度大氣運(yùn)動系統(tǒng)中，低壓與氣旋性環(huán)流相對應(yīng)，低壓中心就是氣旋性環(huán)流中心,氣流逆時針旋轉(zhuǎn)。高壓與反氣旋環(huán)流相結(jié)合，高壓中心就是反氣旋性環(huán)流中心,既滿足風(fēng)壓關(guān)系,背風(fēng)而立高壓在右低壓在左。(2)梯度風(fēng)的速率為：北半球f0,氣旋性環(huán)流中，RT0; 反氣旋環(huán)流中，RT0總是0該項(xiàng)正的大總是0但出現(xiàn)如下情況1.5 風(fēng)場和

19、氣壓場的關(guān)系第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 .根號前取正號， 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生使 氣旋中心附近氣壓梯度和風(fēng)速可無限制的； 反氣旋中心附近氣壓梯度和風(fēng)速是有限制的。合理的綜上所述根號前必需是+號討論重要結(jié)論1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 .根號前取正號， 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生因?yàn)?必為實(shí)數(shù)，要求根號中反氣旋當(dāng)上式取等號，得反氣旋中最大的梯度風(fēng)速（絕對值）氣旋中總是滿足的,氣壓梯度和梯度風(fēng)可任意的大在反氣旋中必需滿足條件進(jìn)一步討論因?yàn)榍室?1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 1.5 風(fēng)場和氣壓場的

20、關(guān)系 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生在反氣旋中，在一定的緯度上，氣壓梯度和梯度風(fēng)的大小受反氣旋的曲率所限制。曲率愈大（ 愈?。?，則氣壓梯度愈小，梯度風(fēng)風(fēng)速也愈小。所以越接近反氣旋中心（ 愈?。瑲鈮禾荻群吞荻蕊L(fēng)也越小。分析天氣圖時，低壓中心附近的等壓線應(yīng)分析得密集些，而在高壓中心附近，等壓線應(yīng)分析得比較稀疏。實(shí)際上大風(fēng)分布也是如此。大風(fēng)經(jīng)常是在低壓中心附近和高壓的邊緣區(qū)域。在高壓中心附近，風(fēng)速很小。在地面圖上，如果冷高壓中心位于高原地區(qū)，由于高度高，溫度低，氣壓的訂正結(jié)果常使這里的海平面氣壓比周圍高得多，于是高壓中心附近有很大的氣壓梯度，等壓線密集，但實(shí)際上風(fēng)很小。這種高壓的中

21、心強(qiáng)度是虛假的，在分析和預(yù)報(bào)中應(yīng)加以注意。1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生在氣旋中，氣壓梯度力由地轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力所平衡，只要?dú)鈮禾荻群吞荻蕊L(fēng)按一定比例增大，三力的平衡總可以建立。在氣旋中心氣壓梯度和風(fēng)速可以任意加大。在反氣旋中，地轉(zhuǎn)偏向力為氣壓梯度力和慣性離心力之和所平衡，氣壓梯度和梯度風(fēng)按一定比例增大時，慣性離心力與風(fēng)速的平方成正比，而地轉(zhuǎn)偏向力僅與風(fēng)速本身成正比，因此在某一程度后，氣壓梯度力由和慣性離心力之和比地轉(zhuǎn)偏向力增大更快，三力就不能保持平衡。所以在反氣旋中，在某一曲率下，梯度風(fēng)有極大值，如果梯度風(fēng)達(dá)到極大

22、時，使曲率半徑減小曲率增大，則慣性離心力增大，三力不能保持平衡。這時，只有使氣壓梯度和梯度風(fēng)減小，三力才能平衡。所以隨著曲率的增加，梯度風(fēng)的極大值也減小。在反氣旋中心附近，氣壓梯度和風(fēng)速都很小的。上次課梯度風(fēng)的方向梯度風(fēng)的速率在天氣分析中以環(huán)流確定G,D壓中心A=G+CG=A+C最大風(fēng)速在高壓外圍和低壓中心附近對應(yīng)氣壓梯度最大大尺度半徑小，C小天氣分析原則第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生在氣旋中，氣1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生(3)梯度風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)的比較：自然坐標(biāo)系中，地轉(zhuǎn)風(fēng)為：代入(1.88)式地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)之比為：在氣旋性環(huán)流中，地

23、轉(zhuǎn)風(fēng)比梯度風(fēng)大在反氣旋性環(huán)流中，地轉(zhuǎn)風(fēng)比梯度風(fēng)小在反氣旋環(huán)流中，最大梯度風(fēng)為地轉(zhuǎn)風(fēng)的2倍(1.88)中緯度大尺度系統(tǒng)地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)相差不大,考慮地轉(zhuǎn)近似即可.但熱帶氣旋離心力太大地轉(zhuǎn)關(guān)系不成立,用梯度風(fēng)較好同乘除f都是近似,那一個更好用板書講1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生在反氣旋中，在一定的緯度上，氣壓梯度和梯度風(fēng)的大小受反氣旋的曲率所限制。曲率愈大（ 愈?。?，則氣壓梯度愈小，梯度風(fēng)風(fēng)速也愈小。所以越接近反氣旋中心（ 愈小），氣壓梯度和梯度風(fēng)也越小。分析天氣圖時，低壓中心附近的等壓線應(yīng)分析得密

24、集些，而在高壓中心附近，等壓線應(yīng)分析得比較稀疏。實(shí)際上大風(fēng)分布也是如此。大風(fēng)經(jīng)常是在低壓中心附近和高壓的邊緣區(qū)域。在高壓中心附近，風(fēng)速很小。在地面圖上，如果冷高壓中心位于高原地區(qū)，由于高度高，溫度低，氣壓的訂正結(jié)果常使這里的海平面氣壓比周圍高得多，于是高壓中心附近有很大的氣壓梯度，等壓線密集，但實(shí)際上風(fēng)很小。這種高壓的中心強(qiáng)度是虛假的，在分析和預(yù)報(bào)中應(yīng)加以注意。分析原則1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣地面天氣圖上是常見的錯G，D壓定在環(huán)流中心地面天氣圖上是常見的錯G，D壓定在環(huán)流中心 歸 納梯度風(fēng)考慮了曲率的影響,在某種程度上,要比地轉(zhuǎn)風(fēng)更接近實(shí)際風(fēng),但同樣是一種近似

25、.由于大氣運(yùn)動并不總是同心圓,故梯度風(fēng)方程不能嚴(yán)格成立,在曲率大時,計(jì)算誤差較大,反而不如地轉(zhuǎn)近似好.由于大氣運(yùn)動并不是定常的,等壓線不是軌跡,不得不用流線或等壓線曲率半徑來代替軌跡半徑,這給梯度風(fēng)帶來誤差.因此在中高緯度天氣系統(tǒng)中,二者差異小(10-15%),(實(shí)測風(fēng)的誤差10%),所以地轉(zhuǎn)風(fēng)被廣泛應(yīng)用.但低緯度梯度風(fēng)近似比地轉(zhuǎn)近似好. 歸 納梯度風(fēng)考慮了曲率的影響,在某種程度上,要比地轉(zhuǎn)二、摩擦層中的風(fēng) （ R0 ） 平直等壓線的氣壓場中的風(fēng) C0 空氣所受的力：G、A、R低壓GRV高壓997.51000.01002.51005.0A在摩擦層中，風(fēng)穿越等壓線，向低壓偏轉(zhuǎn)。摩擦層中的白貝羅風(fēng)

26、壓定律：北半球： 背風(fēng)而立，低壓在左前方，高壓在右后方。南半球相反。地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)均未考慮摩擦力，近地面風(fēng)場要考慮摩擦地轉(zhuǎn)近似同學(xué)分析地轉(zhuǎn)風(fēng),梯度風(fēng)定律地轉(zhuǎn)風(fēng)實(shí)際風(fēng)二、摩擦層中的風(fēng) （ R0 ） 平直等壓線的氣壓場中的風(fēng) 彎曲等壓線的氣壓場中的風(fēng) C0空氣所受的力：G、A、C 梯度風(fēng)： A+C+G=0GAVDC逆時針旋轉(zhuǎn)AGVGC順時針旋轉(zhuǎn) 在自由大氣層中，風(fēng)沿著等壓線吹。 仍白貝羅風(fēng)壓定律：(判斷風(fēng)壓關(guān)系的定律） 北半球，背風(fēng)而立，低壓在左，高壓在右，南半球相反。大尺度系統(tǒng)C小C按V的平方增加，高壓中心風(fēng)速受限理想情況梯度風(fēng) 彎曲等壓線的氣壓場中的風(fēng) C0空氣所受的力：G、A、C 風(fēng)逆時針旋

27、轉(zhuǎn)，向中心輻合。絕熱上升，多陰雨天氣GAVDRCAGVGCR順時針旋轉(zhuǎn)，向四周輻散絕熱下沉，多晴好天氣 彎曲等壓線的氣壓場中的風(fēng) C0 空氣所受的力：G、A、C、R地面實(shí)際有摩擦力V到不了平行等壓線就四力平衡了,有了交角風(fēng)逆時針旋轉(zhuǎn)，向中心輻合。GAVDRCAGVGCR順時針旋轉(zhuǎn)1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系三、流線和軌跡流線和軌跡的定義： 流線：是指某一固定時刻，處處與風(fēng)向相切 并指向氣流方向的一條空間曲線。 軌跡：是指在某一段時間內(nèi)空氣質(zhì)塊運(yùn)動的路徑。 大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生如圖1.25，A點(diǎn)流線的曲率 ,(曲率半徑 ) 軌跡的曲率 (曲率半徑 ) 并不相等。梯度風(fēng)情況下，等壓線就是流線，但不是

28、軌跡。 討論梯度風(fēng)公式時,其曲率項(xiàng)用的是軌跡,但實(shí)際天氣分析是流線,有誤差近似和誤差風(fēng)場隨時間不變時軌跡和流線重合1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系三、流線和軌跡大氣科學(xué)學(xué)院 苗結(jié) 論在推導(dǎo)梯度風(fēng)公式時曲率項(xiàng)用的是軌跡半徑RT,但實(shí)際天氣圖上是瞬時流場既流線.可以證明當(dāng)天氣系統(tǒng)移動時,在梯度風(fēng)公式中用流線的曲率半徑Rs代替軌跡半徑RT時會有較大的誤差,直接計(jì)算軌跡半徑RT需要事先知道系統(tǒng)移速,這很麻煩,不易計(jì)算,在實(shí)踐中無論計(jì)算還是定性分析還是用地轉(zhuǎn)風(fēng)近似為好.結(jié) 論在推導(dǎo)梯度風(fēng)公式時曲率項(xiàng)用的是軌跡半徑RT,但實(shí)1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系四、地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的變化熱成風(fēng)熱成風(fēng)定義：A.上下兩層地轉(zhuǎn)風(fēng)的矢

29、量差，稱為這 兩層之間的熱成風(fēng) B.地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的變化，稱為熱成風(fēng)熱成風(fēng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式：第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生分量形式向量形式實(shí)際風(fēng)隨高度變化,有重要意義，用地轉(zhuǎn)風(fēng)替代用地轉(zhuǎn)風(fēng)代替了實(shí)際風(fēng)或X,Y方向P坐標(biāo)板書講解1、1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系四、地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的變化熱成風(fēng)第1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 熱成風(fēng)的推導(dǎo)：第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生為兩層之間的平均溫度，y方向的熱成風(fēng)- p設(shè)兩層等壓面a處平均T小于b處平均T把代入上式地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度增大是因兩等壓面間的溫度分布不均造成的AB板書講解1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 熱成風(fēng)的推導(dǎo)：第一章 大氣運(yùn)1.5 風(fēng)

30、場和氣壓場的關(guān)系第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生x方向的熱成風(fēng)向量形式為由(1.96)可知,熱成風(fēng)與平均溫度線（或厚度線）平行，背風(fēng)而立，高溫在右，低溫在左。同樣得到熱成風(fēng)表達(dá)式在不同兩等壓面間，平均溫度梯度和緯度相同熱成風(fēng)也不相同，用厚度梯度表示簡單的多(1.96)1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生分量形式向量形式熱成風(fēng)數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)厚度和地轉(zhuǎn)風(fēng)形式一樣，等高線換成等厚度線即可根據(jù)定義推出的熱成風(fēng)公式為了方便在等壓面天氣圖上判別1.5 風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系 第一章 大氣運(yùn)動的基本特征

31、大1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生2、熱成風(fēng)和冷暖平流根據(jù)熱成風(fēng)定義當(dāng)p1和p0兩層等壓面的地轉(zhuǎn)風(fēng)已知時，即可從地轉(zhuǎn)風(fēng)的向量差求出 。并可從 的方向確定此兩層間冷暖區(qū)的分布，且從其大小確定溫度梯度的強(qiáng)弱。地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)：冷平流地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)：暖平流Why？兩層等壓面間的平均等溫線10熱成風(fēng)與等溫線平行，背風(fēng)而立實(shí)際風(fēng)隨高度的變化P坐標(biāo)中，熱成風(fēng)與等溫線平行，與溫度梯度成正比，背風(fēng)而立高溫在右，低溫在左，地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的變化，上層地轉(zhuǎn)風(fēng)與下層地轉(zhuǎn)風(fēng)的矢量差1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響

32、大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生如右圖（a）所示，設(shè)地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，且 與 的向量差 指向東。由此可推斷等溫線是東西走向，且北冷南暖。在p0與p1層間，地轉(zhuǎn)風(fēng)溫度平流是冷平流。如右圖（b）所示，設(shè)地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，且 與 的向量差 也指向東。由此可推斷等溫線是東西走向，且北冷南暖。在p0與p1層間，地轉(zhuǎn)風(fēng)溫度平流是暖平流。進(jìn)一步分析風(fēng)向不同強(qiáng)對流天氣的風(fēng)隨高度變化上冷下暖上暖下冷1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科單站高空風(fēng)圖輔助圖表1.0KM 050071.5KM 020112.0KM 010142.5KM 340103.0KM 220103.5KM 23016

33、4.0KM 250204.5KM 26026實(shí)際應(yīng)用1,冷暖平流分布2,鋒區(qū)位置、強(qiáng)度、行質(zhì)3,不穩(wěn)定區(qū)風(fēng)向是風(fēng)吹來的方向1-3km冷3-4.5km暖2.5-3.0鋒區(qū)單站高空風(fēng)圖輔助圖表1.0KM 05007實(shí)際應(yīng)用1,冷暖平1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生3、中緯度系統(tǒng)的溫壓場結(jié)構(gòu)用熱成風(fēng)原理討論天氣系統(tǒng)的溫壓場特點(diǎn)： （1.96）由上式可知：當(dāng)溫度梯度不變時，p0和p1間的層次越大（ 越大），則熱成風(fēng)越大，由圖1.29可看出，不管低層風(fēng)速 的方向、大小如何，只要溫度梯度指向北，熱成風(fēng)指向東，則越到高層 越向東偏，并逐漸與等溫線平行。中緯度北冷南暖

34、，熱成風(fēng)是偏西風(fēng)，所以高層主要是西風(fēng)氣流。實(shí)際上：西風(fēng)帶，極鋒鋒區(qū)，西風(fēng)急流存在熱成風(fēng)原理可解釋，下面討論地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度變化越大1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生當(dāng)?shù)葴鼐€平直時, 低壓和高壓之間，地面吹北風(fēng)，熱成風(fēng)為西風(fēng)，因而高空為西北風(fēng)；在地面低壓前部，高壓后部地面吹南風(fēng)，熱成風(fēng)為西風(fēng)，因而高空吹西南風(fēng)；（后接下頁）滿足風(fēng)壓關(guān)系，等高線形狀？在中高緯地面閉合系統(tǒng),到了高空變?yōu)椴奂?溫度分布不對稱?無平流無平流冷平流暖平流暖平流平流導(dǎo)致冷暖舌,進(jìn)而地面高低壓位置前移看下圖1、北冷，南暖2、地面閉合

35、3、可知熱成風(fēng)4、高空風(fēng)=低層風(fēng)+熱成風(fēng)5、下時刻平流溫度場變，氣壓系統(tǒng)變ABC1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生在地面低壓南部，高壓北部，地面吹西風(fēng)，熱成風(fēng)也是西風(fēng)，因而高空仍為西風(fēng)，且風(fēng)速加大；在地面低壓北部，高壓南部，地面吹東風(fēng)，熱成風(fēng)是西風(fēng)，因而隨著高度的升高，東風(fēng)減小，至某一高度，熱成風(fēng)和地面風(fēng)相互抵消，高空風(fēng)為零，在向上則高空風(fēng)轉(zhuǎn)為西風(fēng)。這種溫度場的分布下，地面閉合高低壓至高空轉(zhuǎn)變?yōu)椴畈?，脊。在高低壓中心及其南北軸線上，等溫線與等高線平行，地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度除做180o轉(zhuǎn)向外（高壓南部和

36、低壓北部），整層風(fēng)向不轉(zhuǎn)變，因而無冷暖平流。在地面低壓后高壓前，地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)故有冷平流；而在低壓前高壓后，地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，故有暖平流。因此，平直等溫線不能維持。在高低壓之間出現(xiàn)冷舌，在低壓前高壓后出現(xiàn)暖舌?？聪聫垐D風(fēng)壓關(guān)系，等高線近似流線滿足風(fēng)壓關(guān)系，等高線即流線，波狀1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生在A、B兩點(diǎn)，地面風(fēng)與熱成風(fēng)合成后，高空風(fēng)是西南風(fēng)，而在C、D點(diǎn)，高空風(fēng)為西北風(fēng)。因而，高空槽線必在B,C之間，而脊線則在A點(diǎn)之前，D點(diǎn)之后。這個圖形是在中緯度常見到的溫壓場結(jié)構(gòu)。點(diǎn)劃線是高

37、空等高線,段線是高空等溫度線低層風(fēng)+熱成風(fēng)=高層風(fēng)B因?yàn)槔渑搅鞒霈F(xiàn)溫度槽脊熱成風(fēng)變了注意高低空是槽脊，G、D連續(xù)相間出現(xiàn)槽線1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生注意： 在上面討論中，突出討論了在一定的溫度場下，地轉(zhuǎn)風(fēng)場（及氣壓場）隨高度的變化。而實(shí)際上地轉(zhuǎn)風(fēng)場（及氣壓場）和溫度場是互相聯(lián)系而制約的關(guān)系，并不是因果關(guān)系。反之,在一定的地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度變化的形式下，討論溫度場也是可行的。根據(jù)熱成風(fēng)原理：下層風(fēng)+熱成風(fēng)=上層風(fēng)， 可解釋西風(fēng)帶（極鋒鋒區(qū)）隨高度增加形成 高空急流高層風(fēng)與低層風(fēng)的矢量差就是熱成

38、風(fēng),根據(jù)Vf即可知道溫度場1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣急流溫帶急流（極鋒急流）副熱帶西風(fēng)急流（南支西風(fēng)急流）熱帶東風(fēng)急流三、急流（高空急流）在對流層上部 強(qiáng)而窄的氣流帶，其中心最大風(fēng)速必須30ms日本熱氣球?qū)α鲗訙囟入S高度減小，平流層溫度隨高度增加 熱成風(fēng)方向相反急流溫帶急流（極鋒急流）三、急流（高空急流）在對流層上部 強(qiáng)1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生4、正壓大氣和斜壓大氣正壓大氣的定義：當(dāng)大氣中密度分布僅僅隨氣壓而變時，即 ，這種狀態(tài)的大氣稱正壓大氣。在正壓大氣中等壓面也就是等密度面。對于一個理想大氣（ ），當(dāng)大氣是正

39、壓時，等壓面也就是等溫面。于是在等壓面上沒有溫度梯度，即 也就是在等壓面上分析不出等溫線。因而也就沒有熱成風(fēng)，熱成風(fēng)公式變?yōu)椋哼@就是說，正壓大氣中，地轉(zhuǎn)風(fēng)不隨高度變化,無風(fēng)垂直切變。重要的基本概念,后面常用。例如正壓模式和斜壓模式，溫帶斜壓系統(tǒng)發(fā)展理論1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生斜壓大氣的定義：當(dāng)大氣中密度分布不僅隨氣壓而變而且還隨溫度而變時，即 ，這種狀態(tài)的大氣稱斜壓大氣。在斜壓大氣中等壓面和等密度面（或等溫面）是相交的。于是在等壓面上具有溫度梯度 ，也就是在等壓面上可以分析出等溫線。因而

40、就有熱成風(fēng)，熱成風(fēng)公式變?yōu)椋哼@就是說，斜壓大氣中，地轉(zhuǎn)風(fēng)才隨高度而發(fā)生變化。 1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生 一般來說，大氣的狀態(tài)都是斜壓的，雖然局地或短時期可以出現(xiàn)正壓狀態(tài)，但在受擾動后，便不能維持其正壓性。 例如：開始時大氣是正壓的，但當(dāng)大氣垂直溫度遞減率不等于絕熱遞減率時，只要大氣在垂直方向受到擾動，使一塊空氣由一個等壓面移到另一個等壓面上，由于絕熱變化，這塊空氣在新的等壓面上就將與其周圍空氣不同，因而在等壓面上就有了溫度梯度，大氣就變成斜壓的了。如果有條件使大氣的狀態(tài)始終維持正壓性，這

41、種狀態(tài)稱為自動正壓狀態(tài)。例如當(dāng)環(huán)境溫度遞減率=干絕熱溫度遞減率大氣的斜壓性對于天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展意義重大壓容力管濕絕熱遞減率0.65/100米干絕熱遞減率1.0/100米1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科河西反氣旋前850hPa實(shí)際風(fēng)風(fēng)向較亂不完全滿足地轉(zhuǎn)關(guān)系地轉(zhuǎn)偏差河西反氣旋前850hPa實(shí)際風(fēng)風(fēng)向較亂不完全滿足地轉(zhuǎn)關(guān)系地轉(zhuǎn)1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生五、地轉(zhuǎn)偏差地轉(zhuǎn)偏差的定義：實(shí)際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)矢量差稱為地轉(zhuǎn)偏差，或偏差風(fēng)。（如右圖所示）地轉(zhuǎn)偏差的數(shù)學(xué)表達(dá)式：地轉(zhuǎn)風(fēng)是實(shí)際風(fēng)的零級近似,500hpa交角A ），在其合力作用下

42、將獲得加速度 ，同時由于氣壓梯度力大于地轉(zhuǎn)偏向力，實(shí)際風(fēng)偏向低氣壓一側(cè)，出現(xiàn)地轉(zhuǎn)偏差，并指 的左方，同理可以推論，當(dāng)?shù)雀呔€輻散時地轉(zhuǎn)偏差指向高壓一側(cè)，實(shí)際風(fēng)穿越等壓線吹向高壓一側(cè)。值得注意的是：只有當(dāng)實(shí)際風(fēng)小于地轉(zhuǎn)風(fēng)時，實(shí)際風(fēng)才會吹向低壓一側(cè)，從而有 地轉(zhuǎn)偏差偏向低壓一側(cè)并指向 加速度的左方。AB實(shí)際風(fēng)是地轉(zhuǎn)風(fēng)的35-70%，出現(xiàn)不合理是地轉(zhuǎn)近似的誤差地轉(zhuǎn)風(fēng)反映的是氣壓梯度力和相應(yīng)的科氏力平衡時的風(fēng)，而由A-B氣壓梯度力加大，科氏小不適應(yīng)，空氣質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動偏離理論風(fēng)即地轉(zhuǎn)風(fēng)-實(shí)際風(fēng)大小和科氏力有關(guān)，只有實(shí)際風(fēng)小才吹向低壓高低超地轉(zhuǎn)？繼續(xù)討論1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣

43、1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生 地轉(zhuǎn)偏差2中劃分為橫向和縱向兩項(xiàng)結(jié)論：當(dāng)?shù)雀呔€輻合時地轉(zhuǎn)偏差指向低壓一側(cè)，實(shí)際風(fēng)穿越等壓線吹向低壓一側(cè)當(dāng)?shù)雀呔€輻散時地轉(zhuǎn)偏差指向高壓一側(cè)，實(shí)際風(fēng)穿越等壓線吹向高壓一側(cè)法向地轉(zhuǎn)偏差分析加速度在流線方向，地轉(zhuǎn)偏差垂直并指向加速度的左側(cè)（低壓）加速度在流線負(fù)方向，地轉(zhuǎn)偏差垂直并指向加速度的左側(cè)（高壓）1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生（4）切向地轉(zhuǎn)偏差的分析 已知：（1.108）可看出，該項(xiàng)表示流線曲率不等于零情況下（曲線運(yùn)動）

44、由于氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力不平衡時所產(chǎn)生的法向（向心）加速度所對應(yīng)的切向（ 方向）地轉(zhuǎn)偏差（又稱為縱向地轉(zhuǎn)偏差（加速度是縱向）。地轉(zhuǎn)偏差2中劃分為橫向和縱向兩項(xiàng)1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣科學(xué)學(xué)院 苗春生設(shè) ，在 情況下流線就是軌跡， 。另外，將等高線或等壓線視為流線， 即： 。 。按照梯度風(fēng)方程（1.88），可得出或是氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力平衡時的空氣運(yùn)動。實(shí)際上就是梯度風(fēng)討論氣壓梯度力只有N方向P兩力不平衡時產(chǎn)生的向心加速度，D就是地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)的矢量差 1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系第一章 影響大氣運(yùn)動的作用力大氣1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系利用地轉(zhuǎn)風(fēng)公式代換氣壓梯度力項(xiàng)，可得出：在上述情況下，梯度風(fēng)就是實(shí)際風(fēng)，梯度風(fēng)和地轉(zhuǎn)風(fēng)方向都與等壓（高）線相切，因此，切向地轉(zhuǎn)偏差就是梯度風(fēng)和地轉(zhuǎn)風(fēng)之差。由上式可以看出，當(dāng)?shù)雀呔€或等壓線成氣旋性彎曲 時， ， 指向 方向；當(dāng)?shù)雀撸▔海┚€是反氣旋性彎曲時 ， ， 指向 方向。討論實(shí)際風(fēng)小于地轉(zhuǎn)風(fēng)，地磚偏差是負(fù)地轉(zhuǎn)風(fēng)方向即負(fù)流線方向曲率運(yùn)動梯度風(fēng)近似實(shí)際風(fēng)也可背向心加速度而立，垂直且指向其左方討論梯度風(fēng)時的結(jié)論1.5 風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系利用地轉(zhuǎn)風(fēng)公式代換氣壓梯度