气象学多媒体讲义第四章

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1、第四章空气的水平运动――风第一节概述一、风(wind)的定义、单位和表示方法1、定义――空气相对海底所作的水平运动，称为风。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风压：P＝0.613V23、风向――风的来向，用方位度数（0°～360°）表示，或方位表示。第二节作用于空气微团上的外力一、水平气压梯度力Gn1、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

2、：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。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An1、大小：An＝2ωVsinφ1)物体相对地表静止时，An＝0。2）V越大，An越大。

3、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。三、惯性离心力C1、大小：C＝V2/rV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R1、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：由上述讨论可见，只有水平气压梯度力与初始风速无关，因此，该力是使空

4、气产生运动的直接原动力。当这四个力的合力等于零时，空气静止或作匀速运动，即为平衡运动。在自由大气中，可以忽略摩擦力，简单的平衡运动表现为匀速直线运动（地转风）和匀速圆周运动（梯度风）。下节即讨论这两种风。第三节地转风和梯度风（自由大气中的风）一、地转风（GeostrophicWind）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。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；等压

5、（高）线越疏，地转风越小。2）与空气密度ρ成反比，高空ρ小，地转风增大；低空ρ大，地转风小。3）与sinφ成反比，纬度越高，Vg越小；φ＝0°（赤道上），Vg趋近无穷，说明地转风不存在。4、风向――白贝罗风压定律。风沿等压线吹，背风而立，北半球高压在右，低压在左；南半球正好相反。5、地转风的计算――公式法：Vg＝－ΔP/（2ρωsinφΔn）将ρ＝1.293kg/m3和ω值代入得Vg＝－4.78ΔP/（sinφΔn）(水平气压梯度单位：hPa/赤道度，或hPa/纬距)二、梯度风（GradientWind）1、定义――自由大气中，空气的水平匀速曲线

6、运动。2、力的平衡――水平气压梯度力、水平地转偏向力和惯性离心力达到平衡。高压中（反气旋）：Gn＋C＝An低压中（气旋）：An＋C＝Gn3、主要结论：1）北半球，高压中的风顺时针旋转，低压中的风逆时针旋转；南半球，高压中的风逆时针旋转，低压中的风顺时针旋转。风向与气压场之间满足白贝罗风压定律。2）梯度风风速与水平气压梯度、纬度的正弦、空气密度和曲率半径有关。3）低压（气旋）区中的水平气压梯度不受限制；高压（反气旋）中的水平气压梯度不能超过某一临界值。4）反气旋区内，边缘风速较大，中心附近微风或者静风；曲率较小（曲率半径大）处，即等压线平直处，等压

7、线密，风速大；曲率较大（曲率半径小）处，即等压线弯曲较大处，等压线疏，风速较小。5）中高纬度反气旋的风速较大，低纬度反气旋内风速较小。6）Va（反气旋中的风）〉Vg（地转风）〉Vc（气旋的风）第四节摩擦层中的风一、摩擦力对风速、风向的影响1、对风速的影响――风速减小。陆面上，实际风速/地转风速＝1/3～1/2；海面上，实际风速/地转风速＝3/5～2/3。海上经验公式：Vo＝65％Vg。2、对风向的影响――风去向斜穿等压线偏向低压一侧，与等压线的交角α，在中高纬陆上，为35°～45°；海上，10°～20°。风压定律的修正：背风而立，北半球，高压在右

8、后方，低压在左前方；南半球，高压在左后方，低压在右前方。高气压（反气旋）：北半球，顺时针由中心向外辐散；南半球，逆时针由中心向外辐散。低