高三地理第一章 4风场与气压场的关系

5. 万有引力和重力的关系？海平面上重力方向和大小？
6. 什么是零级近似和一级近似?
7. 写出零级近似和一级近似的方程组。
8. 什么叫位势、位势米、位势高度？
9. 地转偏差是哪些原因造成的？什么是变压风？
10. 写出P坐标系的基本方程。 11. 什么是地转风？它有哪些基本性质？写出表达式。 12. 什么是梯度风？它有哪些基本性质？写出表达式。 13. 什么是热成风？它有哪些基本性质？写出表达式。 14. 什么是偏差风？它有哪些基本性质？写出表达式 15. 在北半球大尺度系统运动中，做逆（顺）时针旋转，
6
地转风性质
(3)地转风的大小与地转参数f的大小成反比，即与纬度 高低成反比
在赤道上=0地转平衡不成立。无科氏力存在。 (4)地转风的水平散度=0
(5)地转风方向与等压(高)线相平行，在北半球，背风而 立高压在右，低压在左；南半球相反，背风而立高 压在左，低压在右.
7
8
二、梯度风
在水平运动方程中，除考虑气压梯度力和水平地 转偏向力外，并考虑惯性离心力时的大气运动为梯度 风。表现为空气沿弯曲等压线的运动。 自然坐标系（曲线坐标）
1
r
p x
fv
dv
1
p
fu
dt r y
代入地转风方程
得到：
ur
r D
ur V
ur V g
1
r k
dV
f dt
变压风
---
D1与变压(高)梯度大小成正比，与变压(高)梯度的方向一 致
48
• 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
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？
2. 风速和气压梯度力的关系？
3. 科氏力是怎样产生的，与速度的关系如何，南北半 球有何区别？
4. 惯性离心力是如何产生的，如无地球自转，此力存 在否？
——梯度风方程
讨论： 1.气旋与反气旋环流
a).空气体气旋式运动 n轴负方向
n轴正方向
n轴负方向
中心为低压,气旋式环流的中心必然是低压环流 的中心
b).空气体反气旋式运动 n轴 正方向
n轴负方向
c).天气图应用
高压中心位置标注在反气旋环流中心 低压中心位置标注在气旋环流中心
2.梯度风速
1
四、地转偏差 实际风与地转风的偏差称为地转偏差。
r ur ur D V V g
ur ur r V Vg D
ur ur r r V V g D D
1.摩擦层中的地转偏差
摩擦层中的实际风是：气压梯度力，地转偏向力和
摩擦力三力平衡的空气运动
即
0
1
P
r ur fk V
F
r
0
1
r
P x
fv Fx
ff
2 2
44
RRTT rr
PP nn
根号前取正号, 根号前取负号,
合理 不合理
b).反气旋性环流——风速和气压梯度不可无限增大
P
Q RT 0
0 n
RT f 0 , RT f 2 4 P 0
2
2
RT r n
RT f RT f 2 4 P
2
2
RT r n
根号前取负号
v fvvf f000合合合 理理 理
3、梯度风与地转风的比较
梯度风：
0
1
r
P n
fv f
vf 2 RT
地转风：
0
1
r
P n
fv g
vg
两式联立得到：
1
vf
vf
fRT
讨论： ⑴气旋式运动，梯度风速小于地转风速
QRTR
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00
vvgg vvff
11 n即vv f
vvgg
⑵反气旋式运动，梯度风速>地转风速
Q
RT R
0 0v gvg v fv f
反气旋的曲率半径（顺时针） R<0
③S轴上的气压梯度力 n轴上的气压梯度力
④S轴上的偏向力为0 n轴上的偏向力恒为
，在n轴的负方向
⑤自然坐标系中，一级简化水平运动方程
2，梯度风 梯度风是气压梯度力，地转偏向力，惯性离心力
三力平衡时，空气沿等压线的曲线运动或气压梯度力 与地转偏向力不平衡时沿弯曲等压线的运动 等压线与流线重合：
9
1.自然坐标系（曲线坐标）
S轴：指向空气运动方向 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： ①S轴上有速度的分量 n轴上无速度的分量
（恒正)
②S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）R>0
• 斜压大气
•
密度是气压和温度的函数ρ= ρ（p，T）
•
等压面与等密度面或等温面相交，等压面上温度梯
度不为零
r
•
地转风随高度变化，有热成风 Vg 0
p
风随高度的变化-----冷、暖平流
• 顺时针
逆时针
冷
冷
Vg下
Vg上
Vg下
Vg上
暖
暖
35
天气图上判断冷暖平流 24小时变温：冷平流
水平温度平流
暖平流
PPP000 nnn
vvff fRRfRf f
不不合 不合 理合理理
根号前取正号
vvf 00 v合 f 合理0理PnPnPn00, v0fvf v0f 0 Rf 不合理
由于根号内必为正，得出风速极大值
vmax
RT f 2
P r RT f 2
n
4
c).天气图应用
低压：越向中心，风越大，气旋中心等压线密集 高压：越向边缘，风越大，高压中心等压线稀疏
• (1)地转风是在不考虑摩擦力、加速度以及垂直速度的条件 下，水平方向上气压梯度力与地转偏向力相平衡(地转平 衡)时的大气运动 (即自由大气水平匀速直线运动)
• 地转风是对中纬度自由大气中大尺度系统中水平气流的 一种近似（一般两者相差30%以下）
• (2)地转风的大小与水平气压梯度力大小成正比，即与水平 气压(位势)梯度大小成正比，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，高纬风大，低纬 风小。例：等压面图上气压梯度力与等高线和风速的关系
0
1
r
P y
fu Fy
代入地转风方程：
得到
r D
ur V
ur V g
1
rr k F
f
r r r 1r r D V Vg f k F
G
低
F
A
V D
Vg
高 地转偏差指向摩擦力方向右侧 北半球，摩擦层中，风向偏向低压
讨论: ①地转偏差与摩擦力垂直并指向摩擦力右侧
②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 35—45% 35—45度
海上 60—70% 15—20度
③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
du dt
1即1 vnf
vv gf
vg
⑶气压梯度相同，反气旋的梯度风>气旋的梯度风
天气图上： 高空的槽前脊后——高空空气辐散区——低层辐合上升
阴雨 高空的槽后脊前——高空空气辐合区——低层辐散下沉
晴天
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 ur ur ur V t V g2 V g1
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
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
第四节 风场和气压场的关系
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
-(1/r) ▽p
低压
高压
A
Vg
4
5
地转风性质
r
P n
fv f
vf 2 RT
0
vf
RT 2
f
RT 2
f 2 4 P
RT r n
——梯度风速
a).气旋性环流——风速和气压梯度可无限增大
QQ RRTT
00
PP nn
00
RR22TT ff 00 ,, RR22TT
ff
2 2
44
RRTT rr
PP nn
00
RR22TT ff RR22TT
为什么对应是低（高）压中心？ 16. 正压大气、斜压大气含义是什么？热成风为什么会发
生在斜压大气中？ 17. 地转偏差重要性表现在何处？解释摩擦层和自由大气
中地转偏差物理意义 18. 地转偏差对水平速度散度及垂直运动有何作用
X
32
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。
正压大气与斜压大气
• 正压大气
•
密度仅为气压的函数
•
等压面即等密度面或等温面，等压面上温度梯度为
零ρ= ρ（p）
r
•
地转风不随高度变化
Vg 0 p
由“P”坐标系的地转风方程
ur Vg
1
r
k
g
r z k
f
f
得到热成风方程
ur Vt
g f
r
k z2 z1
分量形式：
代入静力学方程差分形式：
得：
ur Vt
R f
ln
P1 P2
r k Tm
——热成风的另一表达式
分量形式：
r VT
R ln f
p0 p1
r k T
Z
r
k
r
VT
冷
T
暖