大气科学导论-第三章大气运动1.pptVIP

地转偏向力的性质： 1、大小：与速度成正比 2、方向： 垂直于地球自转角速度 和速度 ； 所以，地转偏向力不做功，只改变运动方向。 背风而立， 地转偏向力指向运动方向的右边（北半球） 地转偏向力指向运动方向的左边（南半球） V V A A 北半球 向右偏 南半球 向左偏 热力环流 C A B C1 A1 B1 等压面 等高面 地面 冷 ——热—— 冷 高 ——低—— 高 0? 30?N 60?N 90?N （1）只考虑地表冷热不均； 赤 道 低 压 带 极地高压带 副热带高压带 东北信风带 2 4 副极地低压带 中纬西风带 极地东风带 7 6 低纬环流 中纬环流 高纬环流 1 3 5 8 9 10 （2）加上地球自转 6、重力 万有引力 惯性离心力 重力g 旋转坐标系中的重力：单位质量大气所受到的地心引力与惯性离心力的合力。重力垂直于水平面，赤道最小，极地最大。 地心引力（ ）指向球心，惯性离心力（ ）垂直于地轴向外，因而除了在极地和赤道外，重力（ ）并不指向球心（见图）。 正是由于存在惯性离心力，使得地球成为椭球体，赤道半径比极地半径长约21km（但这个差值比起地球平均半径显得微不足道），重力垂直于椭球体表面（上图虚线）。 摩擦力 气压梯度力 万有引力 惯性离心力 地转偏向力 真实力 视示力 摩擦力 气压梯度力 重力 地转偏向力 空气微团的受力情况 §3、大气运动方程——风压关系 一、大气运动方程 单位质量下： 牛顿第二定律表述为：在力的作用下质点获得的加速度的大小与力的大小成正比，与质点的质量成反比，加速度的方向与力的方向相同。牛顿第二定律只在惯性系中成立，反映了物理受力与其运动状态变化的基本关系。 视示力：科氏力和惯性离心力 大气运动方程的分量形式 大气运动方程讨论 一、垂直方向 dz 1m2 重力 垂直方向的气压梯度力 单位质量受到的重力：g 单位质量受到的垂直方向的气压梯度力： 若： 则，垂直方向上加速度为0，大气的作用力是平衡的，此平衡称为“静力平衡”！ 实际大气中，这种情况是近似的，但近似的程度很高； 几何高度的增加总伴随着气压的下降，气压和高度总 是相对应的，因此气象上常采用气压作为高度坐标。 1、若等压线为直线，无摩擦 P0 P1 P2 P2 P1 P0 气压梯度力 地转偏向力 V 气压梯度力与地转偏向力平衡，此时空气块沿等压线作 匀速直线运动，这种风称为“地转风”，这种平衡称为“地转平衡”。 气压梯度力 + 地转偏向力=0 风沿等压线吹，背风而立，高压在右（北半球） 二、水平方向 2、若等压线为圆形，且中心气压高，向外降低，称为“高压”。在 无摩擦情况下： P0 P1 气压梯度力 地转偏向力 V 惯性离心力 此平衡称为“梯度风平衡”，此时的风称为“梯度风”。 北半球，高压中，风呈顺时针旋转，称为“反气旋” 地转偏向力 + 惯性离心力 + 气压梯度力 = 0 3、若等压线为圆形，且中心气压低，向外升高，称为“低压”，在 无摩擦情况下： P1 P0 地转偏向力 气压梯度力 V 惯性离心力 地转偏向力 + 惯性离心力 + 气压梯度力 = 0 此平衡称为“梯度风平衡”，此时的风称为“梯度风”。 北半球，低压中，风呈逆时针旋转，称为“气旋” 4、若有摩擦存在，以平行直线等压线为例 P0 P1 P2 气压梯度力 地转 偏向力 F V Vg D 称为 “地转偏差” 地转偏差，指向摩擦力的右侧，且与之垂直，指向低压一侧 地转偏差的作用： 低压 辐 合 上升运动 恶劣天气 高压 辐 散 下沉运动 好天气 思考题 旋转参考系中运动方程的矢量形式？ 地球旋转（自转）会产生哪些力？ 为什么地球不可能是一个绝对球体？ 在赤道上，水平运动有没有科氏力？ 惯性离心力是怎么产生的？如果空气微团不运动是否有此力？ 北京 纽约 x x 北京的西风 Vs 纽约的西风 §2、受力分析 Q1：对谁做受力分析？ Q2：受到哪些力？ 一、空气微团（流点、质块、质点）与连续介质假设 L2 L1 L3 假设：流点的线尺度为L2 分子的平均间距为L1 流动（运动）范围线尺度为L3 则： L1 L2 L3 即：要求流点足够大，包含足够多的气体分子 要求流点足够小，相对于运动范围可看成一个点 连续介质假设中的流体质点既要充分小，以使它在流动中可当作一个点，同时又