第四章第二节(2011级用)

§4.2大气的水平

运动

大气运动在地球环境的形成中有重要的作用。大尺度的空气环流将热量从能量盈余的低纬地区输向能量亏损的高纬地区。气流的运动还将水分充足地区，如海面和热带潮湿地区输送到其他地区。盛行气流是形成天气和气候的重要因素。大气运动决定了生态环境的水热条件，从而影响自然景观、动植物群落乃至人类生活。§4.2大气的水平运动

大气为什么会运动

大气运动的主要方式

大气运动的基本规律作用于大气的力大气的水平运动

大气环流§4.2大气的水平运动一、作用于大气的力二、自由大气中空气的水平运动三、摩擦层中空气的水平运动一、作用于大气的力作用于大气的力可分为两类：真正作用于大气的力——牛顿力/基本力，如气压梯度力、地心引力、摩擦力等；惯性力，如地转偏向力、惯性离心力等。§4.2大气的水平运动一、作用于大气的力（定义、大小和方向）1、气压梯度力2、摩擦力3、地心引力4、惯性离心力5、地转偏向力1、气压梯度力(pressuregradientforce)1）定义：由于气压分布不均匀，而作用在单位质量空气上的力。2）表达式3）大小和方向x轴方向所受大气净压力:同理，y轴方向:

z轴方向:气块所受的大气净压力:气压梯度力：气压梯度力各分量水平气压梯度力垂直气压梯度力大小与空气的密度成反比与气压梯度成正比气压梯度：由于气压分布不均，作用在单位体积气块上的大气净压力。水平气压梯度与水平气压梯度力；垂直气压梯度与垂直气压梯度力。1000hpa1005hpa1010hpa气压梯度力——由于气压分布不均，而产生在单位质量空气块上的大气净压力。1.水平气压梯度力a.垂直于等压线b.由高压指向低压2、摩擦力两个相互接触的物体作相对运动时，接触面之间所产生的一种阻碍物体运动的力。大气运动中所受到的摩擦力一般分为内摩擦力和外摩擦力。内摩擦力是在速度不同或方向不同的相互接触的两个空气层之间产生的一种相互牵制的力，它主要通过湍流交换作用使气流速度发生改变，也称湍流摩擦力。其数值很小，往往不予考虑。外摩擦力是空气贴近下垫面运动时，下垫面对空气运动的阻力。它的方向与空气运动方向相反，大小与空气运动的速度和摩擦系数成正比。3、地心引力地球对单位质量空气的引力（地心引力）地心引力和重力4、惯性离心力1）性质——惯性力惯性坐标系和非惯性坐标系、惯性力；对于一个匀角速转动的非惯性坐标系而言，惯性力有两个：惯性离心力和地转偏向力。2）大小——Ω2R或V2/R3）方向——沿曲率半径方向指向外4）地球上的惯性离心力当以地球为参照系时，地球上每一个静止的物体都受到一惯性离心力的作用。重力：地心引力与惯性离心力之和。惯性离心力的大小与旋转角速度的平方成正比，与曲率半径成正比惯性离心力的的方向沿曲率半径方向（指向外）对大气运动影响的表现：地球自转角速度的存在重力＝地心引力＋惯性离心力：大气在水平方向上做匀速曲线运动时。5、地转偏向力因地球绕自身轴转动而产生的惯性力称为地转偏向力或科里奥利力。在大尺度的空气运动中，地转偏向力是一个非常重要的力。1）地转偏向力的大小2）地转偏向力的方向北半球右偏南半球左偏赤道不偏（地转偏向力为零）空气运动方向地转偏向力（北半球）a.垂直于空气的运动方向(即风向)；b.北半球向右偏，南半球向左偏；c.由低纬向高纬增大；地转偏向力地转偏向力1000hpa1005hpa1010hpa（北半球）风向地面摩擦力请依据图中风向，画出空气运动时的受力情况水平气压梯度力小结气压梯度力地转偏向力惯性离心力惯性力

摩擦力真实力与空气运动速度有关原始动力二、自由大气中空气的水平运动1、地转风1）定义

自由大气中，空气的水平、匀速、直线运动。即，空气在水平气压梯度力和地转偏向力达到平衡时的一种定常运动。2）形成和方向、风压定律24在气压梯度力和地转偏向力共同作用下的风（北半球）（百帕）10001005101010151020气压梯度力地转偏向力风向风场和气压场的关系？风压定律风平行于等压线而吹，在北半球，背风而立，高压在右，低压在左，南半球则高压在左，低压在右。二、自由大气中空气的水平运动

1、地转风3）大小地转风计算公式的推导讨论与气压梯度成正比

与纬度的正弦成反比二、自由大气中空气的水平运动1、地转风1）定义2）形成与方向——风压定律3）大小4）意义和局限性2、梯度风1）定义