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第三章自由大气中的平衡运动 §1地转平衡与地转风 自由大气中，经常存在着水平气压梯度力和水平柯氏力相平衡的趋势，这种平衡称为地转平衡。在这二种力平衡下形成的水平匀速直线运动就称为地转风。 §3梯度平衡与梯度风 3 梯度平衡与梯度风 在自由大气中，空气微团为水平匀速圆周运动称为梯度风。 §4地转偏差与垂直运动 1.定义 地转偏差=实际风与地转风的矢量差 3.作用 有地转偏差时，空气微团才可能作穿越等压线的运动，从而引起质量的重新分布，造成高度场和风场的变化,即地转偏差是大气运动演变的一个动力原因。 2)地转偏差与垂直速度 地转偏差决定了垂直运动。实际风水平散度主要决定于地转偏差的水平散度。而由P坐标系的连续方程，辐散、辐合是和空气的垂直运动联系在一起的。 本章小结 1. 本章讨论了自由大气中最简单也是最基本的水平平衡运动。平衡运动是指在气流的方向上没有加速度（或力的分量）的运动。从动力学角度来说，这种平衡运动可作为实际大气运动的一种近似。因此，这些平衡运动所反映出来的运动性质，对于了解自由大气水平流场和气压场的结构有重要意义。 5.有地转偏差时，空气微团才可能作穿越等压线的运动，从而引起质量的重新分布，造成高度场和风场的变化。所以地转偏差是大气运动演变的一个动力原因。地转偏差决定了垂直运动。实际风水平散度主要决定于地转偏差的水平散度。而由P坐标系的连续方程，辐散、辐合是和空气的垂直运动联系在一起的。 * §1地转平衡与地转风 §2热成风 §3梯度平衡与梯度风 §4地转偏差与垂直运动 主要内容:地转风,梯度风,热成风 地转偏差 1.定义： 2.公式 Z坐标 背风而立，高压在右，低压在左。 P坐标 3.应用 在中高纬地区，高空的实际风十分接近地转风，风压关系大体遵循上述地转风原理，这是中高纬地区在分析天气和预报天气中应遵循的原则。 因此，可由气压场推知风场，或由风场推知气压场。 例1：A、B点的地转风风向。 例2：上下层等压面形势相同时，A、B处的地转风随高度如何变化？ §2热成风 1.正压大气与斜压大气 正压大气: 斜压大气: 等压面、等密度面、等温面重合。 等压面与等温面不重合。 2.热成风 1）定义 上、下二层地转风的矢量差称为二等压面之间的热成风。 2)公式 推导 正压大气，沿等压面无温度变化，地转风随高度无变化。 3)应用 实际风随高度的变化，可以用地转风随高度的变化来描述，不同高度层之间地转风的联系是通过温度的水平分布建立起来的。 例1：为什么高层的等高线会同等温线那么一致？ 越到高层，地转风与热成风愈一致。 500hpa天气图 例2:地转风随高度逆转----冷平流,随高度顺转----暖平流 暖平流： 空气质点从温度高的区域流向温度低的地区。 冷平流： 空气质点从温度低的地区流向温度高的地区。 温度平流 例3:为什么与寒潮活动相伴的冷高压系统一般都很浅薄，一般不超过3km，而太平洋副热带高压（暖高压）却是深厚系统，可以一直延伸到对流层顶。 冷高 暖高 冷低 暖高 低层 高层 浅薄系统 深厚系统 1.自然坐标系 逆时针旋转， 顺时针旋转， 0 0 自然坐标系的水平运动方程： 水平加速度 气压梯度力 科氏力 2.轨迹与流线 定常运动时，流线与轨迹重合。 气压梯度力、科氏力、惯性离心力三个力作用平衡时，空气质点沿等压曲线作等速曲线运动，这种平衡称为梯度平衡，这种运动就是梯度风。 1)定义 地转风是梯度风的一个特例。 2)公式讨论 近似认为流线就是轨迹。 当等压线呈弯曲时，空气质点运动不仅受G和A作用，还要受惯性离心力C作用。 当此三力达到平衡时的圆周运动时，就形成梯度风。 在北半球，高压内G＋C=A，即空 气质点绕中心作顺时针旋转运动。 在低压内A+C=G，即空气绕低压中心作逆时针旋转运动。 轨迹曲率为气旋式 轨迹曲率为反气旋式 a)梯度风风压定律 梯度风风压定律与地转风风压定律相同。 b)公式讨论 轨迹曲率为气旋式 要保证梯度风为逆时针旋转，根号前必须取正号。 轨迹曲率为反气旋式 数学上，根号前取正、负号皆可；物理上，根号前只能取负号。 同时必须 3.应用 1)高压对应的是反气旋式（顺时针）旋转；低压对应的是气旋式（逆时针）旋转。 2）气旋的曲率半径无限制，反气旋的曲率半径有下限，不能太小。因此一般在实际天气图上反气旋区域大于气旋区域。 实际上，地转风近似比梯度风近似用得多，实际风与地转风总是存在一定的差别。 根据高空风观测资料分析，实际风与等高线的偏离角度一般都很小（15度），通常可以不计。而风速大小与地转风风速相差的程度则随纬度、季节和高度而有所不同。 由P坐标系不计摩擦的水平运动方程得