第四章第二節(jié)(2011級用)

§4.2大氣的水平

運動

大氣運動在地球環(huán)境的形成中有重要的作用。大尺度的空氣環(huán)流將熱量從能量盈余的低緯地區(qū)輸向能量虧損的高緯地區(qū)。氣流的運動還將水分充足地區(qū)，如海面和熱帶潮濕地區(qū)輸送到其他地區(qū)。盛行氣流是形成天氣和氣候的重要因素。大氣運動決定了生態(tài)環(huán)境的水熱條件，從而影響自然景觀、動植物群落乃至人類生活?！?.2大氣的水平運動

大氣為什么會運動

大氣運動的主要方式

大氣運動的基本規(guī)律作用于大氣的力大氣的水平運動

大氣環(huán)流§4.2大氣的水平運動一、作用于大氣的力二、自由大氣中空氣的水平運動三、摩擦層中空氣的水平運動一、作用于大氣的力作用于大氣的力可分為兩類：真正作用于大氣的力——牛頓力/基本力，如氣壓梯度力、地心引力、摩擦力等；慣性力，如地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力等?！?.2大氣的水平運動一、作用于大氣的力（定義、大小和方向）1、氣壓梯度力2、摩擦力3、地心引力4、慣性離心力5、地轉(zhuǎn)偏向力1、氣壓梯度力(pressuregradientforce)1）定義：由于氣壓分布不均勻，而作用在單位質(zhì)量空氣上的力。2）表達式3）大小和方向x軸方向所受大氣凈壓力:同理，y軸方向:

z軸方向:氣塊所受的大氣凈壓力:氣壓梯度力：氣壓梯度力各分量水平氣壓梯度力垂直氣壓梯度力大小與空氣的密度成反比與氣壓梯度成正比氣壓梯度：由于氣壓分布不均，作用在單位體積氣塊上的大氣凈壓力。水平氣壓梯度與水平氣壓梯度力；垂直氣壓梯度與垂直氣壓梯度力。1000hpa1005hpa1010hpa氣壓梯度力——由于氣壓分布不均，而產(chǎn)生在單位質(zhì)量空氣塊上的大氣凈壓力。1.水平氣壓梯度力a.垂直于等壓線b.由高壓指向低壓2、摩擦力兩個相互接觸的物體作相對運動時，接觸面之間所產(chǎn)生的一種阻礙物體運動的力。大氣運動中所受到的摩擦力一般分為內(nèi)摩擦力和外摩擦力。內(nèi)摩擦力是在速度不同或方向不同的相互接觸的兩個空氣層之間產(chǎn)生的一種相互牽制的力，它主要通過湍流交換作用使氣流速度發(fā)生改變，也稱湍流摩擦力。其數(shù)值很小，往往不予考慮。外摩擦力是空氣貼近下墊面運動時，下墊面對空氣運動的阻力。它的方向與空氣運動方向相反，大小與空氣運動的速度和摩擦系數(shù)成正比。3、地心引力地球?qū)挝毁|(zhì)量空氣的引力（地心引力）地心引力和重力4、慣性離心力1）性質(zhì)——慣性力慣性坐標(biāo)系和非慣性坐標(biāo)系、慣性力；對于一個勻角速轉(zhuǎn)動的非慣性坐標(biāo)系而言，慣性力有兩個：慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向力。2）大小——Ω2R或V2/R3）方向——沿曲率半徑方向指向外4）地球上的慣性離心力當(dāng)以地球為參照系時，地球上每一個靜止的物體都受到一慣性離心力的作用。重力：地心引力與慣性離心力之和。慣性離心力的大小與旋轉(zhuǎn)角速度的平方成正比，與曲率半徑成正比慣性離心力的的方向沿曲率半徑方向（指向外）對大氣運動影響的表現(xiàn)：地球自轉(zhuǎn)角速度的存在重力＝地心引力＋慣性離心力：大氣在水平方向上做勻速曲線運動時。5、地轉(zhuǎn)偏向力因地球繞自身軸轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的慣性力稱為地轉(zhuǎn)偏向力或科里奧利力。在大尺度的空氣運動中，地轉(zhuǎn)偏向力是一個非常重要的力。1）地轉(zhuǎn)偏向力的大小2）地轉(zhuǎn)偏向力的方向北半球右偏南半球左偏赤道不偏（地轉(zhuǎn)偏向力為零）空氣運動方向地轉(zhuǎn)偏向力（北半球）a.垂直于空氣的運動方向(即風(fēng)向)；b.北半球向右偏，南半球向左偏；c.由低緯向高緯增大；地轉(zhuǎn)偏向力地轉(zhuǎn)偏向力1000hpa1005hpa1010hpa（北半球）風(fēng)向地面摩擦力請依據(jù)圖中風(fēng)向，畫出空氣運動時的受力情況水平氣壓梯度力小結(jié)氣壓梯度力地轉(zhuǎn)偏向力慣性離心力慣性力

摩擦力真實力與空氣運動速度有關(guān)原始動力二、自由大氣中空氣的水平運動1、地轉(zhuǎn)風(fēng)1）定義

自由大氣中，空氣的水平、勻速、直線運動。即，空氣在水平氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力達到平衡時的一種定常運動。2）形成和方向、風(fēng)壓定律24在氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力共同作用下的風(fēng)（北半球）（百帕）10001005101010151020氣壓梯度力地轉(zhuǎn)偏向力風(fēng)向風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系？風(fēng)壓定律風(fēng)平行于等壓線而吹，在北半球，背風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左，南半球則高壓在左，低壓在右。二、自由大氣中空氣的水平運動

1、地轉(zhuǎn)風(fēng)3）大小地轉(zhuǎn)風(fēng)計算公式的推導(dǎo)討論與氣壓梯度成正比

與緯度的正弦成反比二、自由大氣中空氣的水平運動1、地轉(zhuǎn)風(fēng)1）定義2）形成與方向——風(fēng)壓定律3）大小4）意義和局限性2、梯度風(fēng)1）定義