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天气学原理复习题 1、站在转动的地球上观测单位质量空气所受到力有哪些？各作用力定义、表达式及意义如 何？ 答：气压梯度力、地心引力、惯性离心力、重力、地转偏向力及摩擦力的分析 （1）、气压梯度力：当气压分布不均匀时，单位质量气块上受到的净压力称为气压梯度力。 表达式： uv 1 G p 拉普拉斯算子： v v v i j k x y z - ▽p 为气压梯度，由气压分布不均匀造成。 G 的大小与ρ成反比，与▽ p 的大小成正比 G 的方向垂直等压线，由高压指向低压 uv uuv * KM R （2 ）、地心引力 ：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力。 表达式： G0 2 a R 其中： K ：万有引力常量， M ：地球质量 ， a：空气块到地心的距离 大小： 不变，常数方向： 指向地心。 （3）. 摩擦力：单位质量空气所受到的净粘滞力。 表达式： 其中： 为粘滞系数 大气为低粘性流体，一般只在行星边界层（摩擦层）考虑摩擦 作用，自由大气中则忽略摩擦作用。 （4 ）、视示力：由旋转坐标系的加速作用而假想的力（惯性离心力、地转偏向力） 1. 惯性离心力：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但 站在转动地球上 （ ） 观测它的运动， 发现它是静止的 （ ）， 这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心力。 uv uv uv uv uv 2 表达式： C ( R) R 大小：与纬圈半径成正比，即：与纬度成反比 ；方向：在纬圈平面内，垂直地轴指向外 2.地转偏向力 (科氏力） 观测者站在旋转地球上观测单位质量空气块运动（ ），发现在北半球有一个向右 偏的力，在南半球向左偏的力。称此力为地转偏向力，又名科氏力。 表达式： A 2 V 地转偏向力的大小： （1）与相对速度 |V| 大小成正比（因角速度为常 数）；当|V|=0 时，A=0 ， 只有在做相对运动时， A 才存在。 （2 ）与速度夹角也成正比。 水平地转偏向力：大气中垂直运动一般也较小，气块主要受 x 方向和 y 方向地转偏向力， 即：水平地转偏向力的影响。 地转偏向力方向：与垂直地轴和速度方向垂直，只能改变气块的运动方向，不能改变其大 小。在不考虑 w 和 Az 的情况下，在北半球，地转偏向力指向运动方向右侧，在南半球，地 转偏向力指向运动方向左侧。 3.重力：地心引力与惯性离心力的合力。表达式： 大小：随纬度增大而增大 ，因为惯性离心力大小与 纬度成反比，重力大小与惯性力离心 1 力成反比。 方向：垂直地球表面指向内，原因是如果重力不与地球表面垂直，则在地表有分量，使气 块移动至分量为