4.3大气的水平运动解读

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空气质点受力分析 北半球
高压
a
南半球
高压
a
低压
V
低压
低压
a
低压
V
a
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(三)惯性离心力 1、提问： 如果你坐在公共汽车里，当车转弯时, 你会有什么感觉？ 2、定义： 在作曲线运动的物体，时刻受到一个 离开曲率半径向外的作用力。这个力是物 体为保持作曲线运动而产生的，即惯性离 心力。 3、方向：与物体运动的方向相垂直，并指 向曲率半径的外侧。
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水平气压梯度的单位通常用百帕/赤道度表示。 1赤道度是赤道上经度相差1度的纬圈长度，
约为111km。
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气压梯度力可以分解为水平气压梯度力（Gn） 和垂直气压梯度力（GZ）
状态，因而在垂直方向上一般不会造成强大的上升气流； 而Gn虽小，由于无其它实质力与它相平衡，在一 定条件下，却能造成较大的空气水平运动。
§4-3 大气的水平运动
一、促使空气运动的力
二、自由大气中的空气运动
三、摩擦层中的空气运动
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一、促使空气运动的力 （一）水平气压梯度力
1、气压梯度：
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气压梯度=- Δp/ Δn (单位：mb/赤道度) 特点：Δp一定时 等压面疏气压梯度变化 1000.0 等压面密气压梯 - Δp/ Δn 度变化大 Δp 压差
y
以圆盘外为参照系
x

O
O A B y’
以圆盘为参照系
B
x’ O A
地转偏向力的方向：与运动方向垂直 B 北半球指向运动方向的右侧 南半球指向运动方向的左侧
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2、定义：
作用在转动地球上的运动空气上的
惯性力。它是促使运动的空气偏离水平
气压梯度力方向的主要原因。
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任一纬度上的地转偏向力是: A=2Vω′ =2Vωsinφ ω ω
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通常，在同一水平面上，密度随时间和地 点的变化不很明显，因此Gn的大小主要由 水平气压梯度决定。 公式表明，只要水平面上存在气压差异， 就有气压梯度力作用在空气上，使空气由 高压区流向低压区。 若水平方向没有气压差，则水平气压梯度 为零，空气处在相对稳定没有运动的状态。 因此，水平方向上存在气压差异，是空气 产生水平运动的直接原因和动力。
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4、惯性离心力的大小 V:空气运动的线速度 C=v2/r=ω2r r:空气运动的曲率半径 ω:空气运动时的角速度 5、特点： v 惯性离心力也是假想的力, 只改变空气的运动方向， r 不改变速度的大小 a C值很小，只有在气旋 中才很大
c
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（四）摩擦力 1、定义：空气运动时，因受地面摩擦和气 层间的相互摩擦作用，而减缓空气 运动速度，此阻力称为摩擦力。
2、公式:R=-KV
R:摩擦力 K:摩擦系数
V:空气运动的速度 -:代表R与V的方向相反
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（五）四种力的区别 G：促使空气运动的原始动力 A、C：假想的力，只改变运动的方向， 不改变速度的大小。 G、R：实力，即改变方向，又改变速度 的大小。 在赤道上： A=0 怱视A的作用 空气作直线运动：r =0 忽视C的作用 自由大气： K=0 忽视R的作用
φ
ω′ ωsinφ
A=2Vωsinφ
φ
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极地上的地转偏向力 赤道上的地转偏向力 A=2Vω A=0
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4、水平地转偏向力的特点 水平地转偏向力是为解释在转动地球上产 生偏向而假想的力，只有物体相对于地面 有运动时才产生，物体静止时，无偏向力 水平地转偏向力的方向与空气运动方向始 终是垂直的，只改变空气运动的方向，不 改变运动的速度。 判断水平地转偏向力的方法： 在北半球背风而立，空气将偏向初始运动 的右方，南半球则偏向初始运动的左方。 ■V相同时，A∝φ（A=2Vωsinφ）
可见，气压梯度力是空气产生水平运动的直接 原因和动力。
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(二）水平地转偏向力 问：溮河的哪一岸凹? 水房中的水是怎样流入下水道的？ 1、现象：
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(二）水平地转偏向力 1、现象： 园盘静止不动 园盘是逆时针转动 ω
A
B
A
B
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水平地转偏向力（科里奥利力、科氏力） A
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在大气中， GZ比Gn大得多，但重力与GZ始终处于平衡
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观测表明，水平气压梯度很小，一般为1~3 百帕/赤道度，也就是说，实际大气等压面的 倾斜角度很小，一般都不超过1度。
而垂直气压梯度在大气低层可达1hpa/10m， 即相当于水平气压梯度的10万倍。 因而气压梯度的方向几乎与垂直气压梯度方 向一致，等压面近似水平。
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大气中经常出现的数据是： ρ =1.3×10-3 g / cm3 , － △P / △n = 1hpa / 赤道度， 所以，G n = 7×10-4 N / kg
当这种气压梯度力持续作用3小时， V=at= 7×10-4 (m/s2)×3600×3= 7.6( m / s) 可使风速由 0 增大到7.6 m / s，相当于4级风。
1002.5 1000.0 1002.5
B:5赤道度
1005.0
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1005.0
2、水平气压梯度力：空气运动的原始动力 ①定义：当水平气压梯度存在时作用在单 位质量空气上的力。 ②公式： 1 p G n ③方向：垂直等压线从高压到低压 ④公式的意义： G与（- Δp/ Δn ）成正比，等压线密， 力大 - Δp / Δn一定时，G与ρ与反比，ρ大， G小
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2、定义：在自由大气中，因气压场是平直 的，空气仅受水平气压梯度力和水 平地转偏向力的作用，当二力相等 时的空气运动称之为地转风 3、白贝罗风压定律： 在北半球，风是顺着等压线吹的。背 风而立，低压在左手边，高压在右手边； 南半球相反。
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A 高压 V a G 低压 低 G V C a A a 低压 G
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空气运动的力： 气压梯度力：G 地转偏向力: A 离心力: C 摩擦力: R
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一、使空气运动的力
二、自由大气中的空气运动
（一）地转风： 1、形成：
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北半球自由大气中的空气运动
hpa 990 995 1000 1005 1010
水平气压梯度力 垂直于等压线从高压指向低压 空气运动的方向 水平地转偏向力 地偏力的方向：垂直于风向