第一章_4风场与气压场的关系

1、一 、地转风 地转风是水平地转偏向力和水平地转梯度力平衡条件下，空气沿着平行等压线的水平直线运动。 由Z坐标系下的零级简化水平运动方程： 得： 地转风分量形式 地转风矢量形式“P”坐标系的地转风： 分量形式 矢量形式讨论：1、地转风条件：自由大气；中高纬度范围； 准水平大尺度运动；水平直线运动2、地转风的方向：平行于等压线，在北半球背风而立左低右高3、地转风风速大小与水平气压梯度成正比，等压线越密集，地转风越大；与纬度成反比，相同的水平气压梯度力，高纬风小，低纬风大4、 等压面上地转风散度为零 220pggzgzVfx yfx y 二、梯度风 1.自然坐标系（曲线坐标）S轴：指向空气运动方向

2、N轴：垂直于S轴，指向空气运动左侧规定：S轴上单位向量为 n轴上单位向量为 说明： S轴上有速度的分量 （恒正) n轴上无速度的分量 S轴上的加速度 切向加速度 n轴上的加速度 法向加速度（向心加速度） 其中R为曲率半径（1/R为曲率） 并规定: 气旋的曲率半径（逆时针）R0 反气旋的曲率半径（顺时针） R地转风速 气压梯度相同，反气旋的梯度风气旋的梯度风0R 1gfgfvvvv即0R 1gfgfvvvv即高空的槽前脊后空气辐散区低层辐合上升 阴雨 高空的槽后脊前空气辐合区底层辐散下沉 晴天天气图上：三 、热成风 地转风随高度的改变量称热成风，即上下两层地转风之差21TggVVV 由“P”坐标

3、系的地转风方程 得到热成风方程分量形式：1ggVkzkff 21TgVkzzf 得： 热成风的另一表达式分量形式： 代入静力学方程差分形式：12lnTmPRVkTfP讨论： 1、热成风与等平均温度线平行，背热成风而立，低温在左，高温在右。 2、热成风风速大小与平均温度梯度成正比，与纬度成反比，等温线越密集热成风越大。 3、热成风与冷暖平流 自上而下地转风随高度逆转时气层中有冷平流 自上而下地转风随高度顺转时气层中有暖平流 补充：天气图上判断冷暖平流 24小时变温：冷平流 暖平流 水平温度平流 等高线与等温线有交角处，有温度平流 等高线与等温线平行处，无温度平流 000hhhVTVTVT暖平流平

4、流零线冷平流 4、中纬度系统的温压结构 1）中纬度对流层中，温度分布南暖北冷 所以高层为西风气流，且高度越高，西风越大 2）地面闭合高压和低压系统在高空转变为西风气流的波状槽脊。 3）中纬度系统的温压场结构的基本特征。 地面低压中心位于高空槽前脊后 地面高压中心位于高空槽后脊前 高空温度槽脊落后于气压槽脊 正压大气：密度值依赖于气压的大气。等压面就是等密度面，也是等温面，地转风与高度无关。 斜压大气：密度依赖于温度和气压的大气。地转风一般具有垂直切变。五、地转偏差 实际风与地转风的偏差称为地转偏差。gDVVgVVD gVVDD 1.摩擦层中的地转偏差 摩擦层中的实际风是：气压梯度力，地转偏向力

5、和摩擦力三力平衡的空气运动 即10PfkVF 1010 xyPfvFxPfuFy 代入地转风方程：得到1gDVVkFf 讨论: 地转偏差与摩擦力垂直并指向摩擦力右侧 摩擦力的作用使实际风速减小，风向向低压一侧偏转。 统计结果 风向偏角 陆地 3545% 3545度 海上 6070% 1520度 在北半球的摩擦层中， 低压气流成气旋式辐合（上升运动，云雨天气）， 高压气流呈反气旋式辐散（下沉运动，晴天）。 2.自由大气中的地转偏差 气压梯度力与地转偏向力不平衡，必然产生加速度，引起地转偏差。由一级简化运动方程代入地转风方程11dupfvdtxdvpfudty 得到： 1gdVDVVkfdt改写上

6、式：讨论： 代入地转风方程： 得： 11111dVVVVVDkkuvwfdtftxyzVVVVkkuvkwftfxyfz 1gVkPf 变压风垂直于等变压线，指向变压代数值小的方向 变压风的大小与变压梯度大小成正比，等变压线越密，变压风越大 负变压中心有变压风的辐合 正变压中心有变压风的辐散写成自然坐标 21VVDkuvfxy22111vVvDkvkvkvvfsfsfss 代入 得： 、 地转风在前进方向上逐渐增大，则产生指向低压一侧的地转偏差 、 地转风在前进方向上逐渐减小，则产生指向高压一侧的地转偏差、横向地转偏差大小与风速成正比a). 法向（横向）地转偏差 b） 纵向（切向）地转偏差 、气流气旋式旋转 产生指向地转风相反方向地转偏差实际风小于地转风 、气流反气旋式旋转 产生指向地转风相同方向地转偏差实际风大于地转风 、高空槽前脊后有纵向地转偏差的辐散. 高空槽后脊前有纵向地转偏差的辐合. 纵向地转偏差即是梯度风与地转风之差 、纵向地转偏差的大小与风速的平方成正比 太小 略与梯度风比较 举例 (p50图1.39) 西风带中，有限宽低槽自西向东运动，产生的地转偏差 a. 槽前脊后负变化变压风辐合 槽后脊前正变化变压风