(地转偏差)

若干年来，天气学原理教学，具有争议的内容当属地转偏差部分： 思考！尚不成熟！

关于如何在天气图上定性分析（判断）空气运动的加速度和地转偏差。书中用地转风近似（即实际上用地转偏差近似为零）来讨论地转偏差大小，这在逻辑上是不妥的，书中讨论这个问题时，有多处说法及书中图1.36图1.37都有质疑之处，结论似乎是牵强附会的。

如何在天气图上定性分析（判断）空气运动的加速度和地转偏差？

应该从分析气压梯度力和风场（地转偏向力）的平衡随时间和空间的变化特征来判断。

以下讨论从变压场特征来分析判断空气运动的加速度和地转偏差特征。 假定初始时刻t=0，经过△t 时间后，由于气压的局地变化，出现变压梯度场时，它是叠加在t=0时刻气压场上，由变压梯度产生的气压梯度力， 即t=△t 时，气压梯度力为

t

t h t h t t h t t p p p ∆→==∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∂∂∇-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∇-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∇-00111ρρρ （1） 式中t t h t t p ∆→=⎪

⎪⎭⎫

⎝⎛∆∂∂∇-01ρ 是经过△t 时间后，由变压梯度产生的气压梯度力（简称变压梯度力），用符号G ' 表示之。 此时，风的表达式为

()

()

t

t h t h

t

t h

t dt V d V V ∆→==∆=⎪

⎪⎭⎫

⎝⎛∆+=00

（2） 式中t

t h t dt V d ∆→=⎪⎪⎭⎫

⎝⎛∆0 是经过△t 时间后，由加速度所产生的风的变化量。

而此时的水平运动方程（不考虑摩擦力）为 t t h t t h t

t h V k f p dt V d ∆=∆=∆=⨯-⎪⎪⎭⎫

⎝⎛∇-=⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛)(1

ρ

t

t h h t h t h t dt V d k f t t p

V k f p ∆→===⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⨯+∆∂∂∇-⨯-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∇-=0001)(1

ρρ （3）

现假定初始（t=0）时刻,气压梯度力与地转偏向力平衡，则有

t t h h t t h t dt V d k f t t p

dt V d ∆→=∆=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⨯+∆∂∂∇-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛01

ρ （4） 式中t

t h t dt V d k f ∆→=⎪

⎪⎭⎫

⎝⎛∆⨯-0 是经过△t 后，由风的改变量所产生的地转偏向力，用符号A '

表示之。上述（4）式可写为

A G a '+'=

（5）

式中 t

t h

dt V d a ∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛=

是t=△t 时刻的加速度，与△t 期间的加速度 t

t h

dt V

d ∆→=⎪

⎪⎭⎫ ⎝

⎛0 是有些差别。若变压梯度力在△t 内是不变的，且△t 又不大，则可以认为两者是相等，即

t

t h t t h dt V d dt V d ∆→=∆=⎪⎪⎭⎫

⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛0 则从（4）式知：A ' 的方向是与加速度a 成垂直，并偏向于加速度a 的右侧。此时，由（4）式也可知

t f A a

∆='

当1

-=∆f t （在中纬度地区大约3小时）时，A a '=

。

当1

-〉∆f t ）时，A a '〉

。 当1

-〈∆f

t ）时，A a '〈

。

由（5）式矢量相加规则可知：它们可能的图像是

它的物理过程图像是：当出现变压梯度力G ' 时，空气块在G ' 的作用下，向G ' 的

方向做加速度a 移动，而在这样移动同时地转偏向力A ' 就同时出现，使加速度a

运动向右偏，使a

与G ' 及A ' 三者呈现出如上图所示那样特征。至于地转偏差D 的

方向，书中（1.100）式已证明：它总是垂直于加速度a

方向的左方，上图显示D

也是偏向于负变压梯度一侧。

书中图1.36按上述讨论方法，正确的示意图像应该如下图所示。

G

'A '

D a

注意书中的图1.36（a ）中加速度a

是指向等变压线，怎么解释这个现象？与变压梯度相垂直，按牛顿力学定律，即变压梯度力对加速度不起作用，而地转偏差与加速度有书中（1.100）式所表达的固定关系，这样不是变压梯度力也对地转偏差不起作用了吗？这样与讨论的目的相矛盾了，所以书中这个图是值得质疑，其根本原因是用了地转近似所致。

留存进一步研究 2006 秋