大气的水平运动和垂直运动PPT讲稿
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也称湍流摩擦力。其数值很小，往往不予考虑。
• 摩擦力的大小不同高度来自百度文库不同的
– 以近地面层（地面至30—50m）最为显著， – 高度愈高，作用愈弱， – 到1—2km以上，摩擦力的影响可以忽略不计。 – 把此高度以下的气层称为摩擦层（或行星边界层），此层以上称为自
由大气层。
(五)大气运动方程
大气运动方程是表示作用于空气微团上的力与其所产
A的大小角速度ω 、小球运动速度V。
A的方向垂直于转动轴，也垂直于相对速度，指向V的右侧 （圆盘逆时针转）。
A=2V ω 在地球上， 假设ψ为观察点的赤纬角，则有：
A=2Vωsinψ
地球上在南半球，由于地平面绕垂直轴按顺时
针方向转动，因此，地转偏向力指向运动物 体的左方，其大小与北半球同纬度上的地转 偏向力相等。
在风速相同的情况下，它随纬度的减小而减小，到赤道上减 为零；在两极最大，等于2Vω
（三）惯性离心力
• 惯性离心力是物体在作曲线运动时所产生
的，由运动轨迹的曲率中心沿曲率半径向 外作用在物体上的力。
• 这个力是物体为保持沿惯性方向运动而产
生的，因而称惯性离心力。
• 惯性离心力方向同运动方向相垂直，自曲
方向与空气运动的方向相反，大小与空气运动的速度和摩擦系 数(与下垫面的粗糙程度有关)成正比，其公式为：
R=-kV 式中R为摩擦力，k为摩擦系数，V为风速。 内摩擦力与外摩擦力的向量和称为总摩擦力。
• 内摩擦力是在速度不同或方向不同的相互接触的两个空气层之间产生
的一种相互牵制的力，它主要通过湍流交换作用使气流速度发生改变，
生的摩擦力；
4. 由于空气作曲线运动所产生的惯性离心力等。这些力之
间的不同组合构成了不同形式的大气水平运动。
(一)气压梯度力
气压梯度是一个向量，它的方向是沿垂直于等压面的方向由高压指向低
压，其大小为这个方向上单位距离内气压的改变量: -⊿P/⊿N
⊿N为两等压面间的垂直距离， ⊿P为相应的气压差， 压，即沿⊿N方向上气压值总是降低的，所以前加一负号.
因为⊿N是从高压指向低
可以分解为水平气压梯度-和垂直气压梯度-两个分量。
水平气压梯度的单位通常用hpa／赤道度表示(1赤道度是赤道上经度相差一 度的纬圈长度，其值约为111公里)。
水平气压梯度值一般为1—3 hpa ／赤道度
垂直气压梯度在大气低层可达1 hpa ／10米左右，即相
当于水平气压梯度的一百万倍。（等压面近似水平）
Pa/赤道度，则Gn=10-4N/kg，持续三个小时，可使风速由零增大到 7.6m/s---4-5级风。
➢气压梯度力是空气产生水平运动的直接原因和动力。
(二)地转偏向力
空气是在转动着的地球上运动着, 当运动的空气质点 依其惯性顺着水平气压梯度力的方向运动时，对于站在地 球表面的观察者看来，空气质点好像还受到由于地球转动 而产生的，使空气偏离气压梯度力方向的力的作用，这种 力称为水平地转偏向力(或科里奥利力)。
曲率半径很小时，离心力可以达到较大的 数值并能超过地转偏向力。
• 惯性离心力和地转偏向力一样只改变物体
运动的方向，不改变运动的速度。
(四) 摩擦力
两个相互接触的物体作相对运动时，接触面之间所产生 的一种阻碍物体运动的力，称为摩擦力。大气运动中所受到的 摩擦力，一般分为内摩擦力和外摩擦力两种。 外摩擦力是空气贴近下垫面运动时，下垫面对空气运动的阻力.
率中心指向外缘。
• 惯性离心力的大小同物体转动的角速度ω的
平方和曲率半径r的乘积成正比。
• 对单位质量物体，有公式：
• 实际上，空气运动路径的曲率半径一般都
很大，从几十千米到上千千米，因而空气 运动时所受到的惯性离心力一般比较小， 往往小于地转偏向力。
• 但在低纬度地区, or 空气运动速度很大、
在大尺度的空气运动中，地转偏向力是一个非常重要的力。
假设一小球向外运动，圆盘逆时针运动： 弧的长度S=AA1=OA • （∠AOA1）； OA=V • t，∠AOA'= ω • t代入
则 S=V ω t2 根据加速度公式 S= ½ • a • t2
因而at2=V ω t2 小球获得的加速度： a=2V • ω 对单位质量来说，偏向力: A=2V ω
地球偏向力规律
1、地转偏向力只是在物体相对于地面有运动时才产生，物
体处于静止状态时，不受地转偏向力的作用。 2、在北半球地转偏向力垂直指向物体运动方向的右方，使物
体向原来运动方向的右方偏转，在南半球，则相反。 3、地转偏向力是一个视力和假想力，它垂直于空气运动方向，
只改变运动方向，不改变空气相对于地球的运动速度。 4、水平地转偏向力的大小同风速和所在纬度的正弦成正比。
生的加速度之间关系的方程。根据牛顿第二定律，物体所
受的力等于质量和加速度的乘积，即F=ma。F为所受的力，
是各个作用力的总和。单位质量空气运动方程的一般形式
为：
dV
G
A
R
g
dt
式中G为气压梯度力，为A地转偏向力，为R摩擦力，g 为重力。
• 将G、A、R、g值代入上式，则简化后的运动方
程为：
因而气压梯度的方向几乎与垂直气压梯度方向一致，
• 垂直气压梯度力分量大得多，但是却与重力Gz 始终处于
平衡状态。
• 水平气压梯度力虽小，在一定条件下能造成较大的空气水
平运动
• 只有当两个高度相差甚大的水平气压梯度力相比较时，ρ的差异才需要
考虑。
• 实际大气中经常出现的数据是：ρ= 1.3×10 -3 g / cm3 ；–ΔP/ Δ n=1h
dU dt
1
P Y
2u sin Ry
dV dt
1
P X
2v sin Rx
dW dt
1
P Z
g Rz
研究自由大气运动时被广泛应用的---大气运动方程式。 第三式是静力平衡方程（若加速度=0）。
二、自由大气中的空气水平运动
在自由大气中除赤道附近地区外，大尺度运动系统里 的风，大体风向都是沿着等位势高线(简称等高线) ，不 论等高线是直线还是曲线。 在北半球，观测者背风而立时，高压区总位于其右方，低压 区总位于其左方（风压定律），这些现象表现出自由大气 运动的共同特征。
大气的水平运动和垂直运动课 件
第三节 大气的水平运动 和 垂直运动
✓大气的水平运动通常称为风。 ✓风对于大气中水分、热量的传输，对天气、 气候的形成、演变起着重要作用。 ✓空气的水平运动是在力的作用下产生的。
一、作用于空气的力
1. 由于气压分布不均而产生的气压梯度力； 2. 由于地球自转而产生的地转偏向力； 3. 由于空气层之间、空气与地面之间存在着相对运动而产
• 摩擦力的大小不同高度来自百度文库不同的
– 以近地面层（地面至30—50m）最为显著， – 高度愈高，作用愈弱， – 到1—2km以上，摩擦力的影响可以忽略不计。 – 把此高度以下的气层称为摩擦层（或行星边界层），此层以上称为自
由大气层。
(五)大气运动方程
大气运动方程是表示作用于空气微团上的力与其所产
A的大小角速度ω 、小球运动速度V。
A的方向垂直于转动轴，也垂直于相对速度，指向V的右侧 （圆盘逆时针转）。
A=2V ω 在地球上， 假设ψ为观察点的赤纬角，则有：
A=2Vωsinψ
地球上在南半球，由于地平面绕垂直轴按顺时
针方向转动，因此，地转偏向力指向运动物 体的左方，其大小与北半球同纬度上的地转 偏向力相等。
在风速相同的情况下，它随纬度的减小而减小，到赤道上减 为零；在两极最大，等于2Vω
（三）惯性离心力
• 惯性离心力是物体在作曲线运动时所产生
的，由运动轨迹的曲率中心沿曲率半径向 外作用在物体上的力。
• 这个力是物体为保持沿惯性方向运动而产
生的，因而称惯性离心力。
• 惯性离心力方向同运动方向相垂直，自曲
方向与空气运动的方向相反，大小与空气运动的速度和摩擦系 数(与下垫面的粗糙程度有关)成正比，其公式为：
R=-kV 式中R为摩擦力，k为摩擦系数，V为风速。 内摩擦力与外摩擦力的向量和称为总摩擦力。
• 内摩擦力是在速度不同或方向不同的相互接触的两个空气层之间产生
的一种相互牵制的力，它主要通过湍流交换作用使气流速度发生改变，
生的摩擦力；
4. 由于空气作曲线运动所产生的惯性离心力等。这些力之
间的不同组合构成了不同形式的大气水平运动。
(一)气压梯度力
气压梯度是一个向量，它的方向是沿垂直于等压面的方向由高压指向低
压，其大小为这个方向上单位距离内气压的改变量: -⊿P/⊿N
⊿N为两等压面间的垂直距离， ⊿P为相应的气压差， 压，即沿⊿N方向上气压值总是降低的，所以前加一负号.
因为⊿N是从高压指向低
可以分解为水平气压梯度-和垂直气压梯度-两个分量。
水平气压梯度的单位通常用hpa／赤道度表示(1赤道度是赤道上经度相差一 度的纬圈长度，其值约为111公里)。
水平气压梯度值一般为1—3 hpa ／赤道度
垂直气压梯度在大气低层可达1 hpa ／10米左右，即相
当于水平气压梯度的一百万倍。（等压面近似水平）
Pa/赤道度，则Gn=10-4N/kg，持续三个小时，可使风速由零增大到 7.6m/s---4-5级风。
➢气压梯度力是空气产生水平运动的直接原因和动力。
(二)地转偏向力
空气是在转动着的地球上运动着, 当运动的空气质点 依其惯性顺着水平气压梯度力的方向运动时，对于站在地 球表面的观察者看来，空气质点好像还受到由于地球转动 而产生的，使空气偏离气压梯度力方向的力的作用，这种 力称为水平地转偏向力(或科里奥利力)。
曲率半径很小时，离心力可以达到较大的 数值并能超过地转偏向力。
• 惯性离心力和地转偏向力一样只改变物体
运动的方向，不改变运动的速度。
(四) 摩擦力
两个相互接触的物体作相对运动时，接触面之间所产生 的一种阻碍物体运动的力，称为摩擦力。大气运动中所受到的 摩擦力，一般分为内摩擦力和外摩擦力两种。 外摩擦力是空气贴近下垫面运动时，下垫面对空气运动的阻力.
率中心指向外缘。
• 惯性离心力的大小同物体转动的角速度ω的
平方和曲率半径r的乘积成正比。
• 对单位质量物体，有公式：
• 实际上，空气运动路径的曲率半径一般都
很大，从几十千米到上千千米，因而空气 运动时所受到的惯性离心力一般比较小， 往往小于地转偏向力。
• 但在低纬度地区, or 空气运动速度很大、
在大尺度的空气运动中，地转偏向力是一个非常重要的力。
假设一小球向外运动，圆盘逆时针运动： 弧的长度S=AA1=OA • （∠AOA1）； OA=V • t，∠AOA'= ω • t代入
则 S=V ω t2 根据加速度公式 S= ½ • a • t2
因而at2=V ω t2 小球获得的加速度： a=2V • ω 对单位质量来说，偏向力: A=2V ω
地球偏向力规律
1、地转偏向力只是在物体相对于地面有运动时才产生，物
体处于静止状态时，不受地转偏向力的作用。 2、在北半球地转偏向力垂直指向物体运动方向的右方，使物
体向原来运动方向的右方偏转，在南半球，则相反。 3、地转偏向力是一个视力和假想力，它垂直于空气运动方向，
只改变运动方向，不改变空气相对于地球的运动速度。 4、水平地转偏向力的大小同风速和所在纬度的正弦成正比。
生的加速度之间关系的方程。根据牛顿第二定律，物体所
受的力等于质量和加速度的乘积，即F=ma。F为所受的力，
是各个作用力的总和。单位质量空气运动方程的一般形式
为：
dV
G
A
R
g
dt
式中G为气压梯度力，为A地转偏向力，为R摩擦力，g 为重力。
• 将G、A、R、g值代入上式，则简化后的运动方
程为：
因而气压梯度的方向几乎与垂直气压梯度方向一致，
• 垂直气压梯度力分量大得多，但是却与重力Gz 始终处于
平衡状态。
• 水平气压梯度力虽小，在一定条件下能造成较大的空气水
平运动
• 只有当两个高度相差甚大的水平气压梯度力相比较时，ρ的差异才需要
考虑。
• 实际大气中经常出现的数据是：ρ= 1.3×10 -3 g / cm3 ；–ΔP/ Δ n=1h
dU dt
1
P Y
2u sin Ry
dV dt
1
P X
2v sin Rx
dW dt
1
P Z
g Rz
研究自由大气运动时被广泛应用的---大气运动方程式。 第三式是静力平衡方程（若加速度=0）。
二、自由大气中的空气水平运动
在自由大气中除赤道附近地区外，大尺度运动系统里 的风，大体风向都是沿着等位势高线(简称等高线) ，不 论等高线是直线还是曲线。 在北半球，观测者背风而立时，高压区总位于其右方，低压 区总位于其左方（风压定律），这些现象表现出自由大气 运动的共同特征。
大气的水平运动和垂直运动课 件
第三节 大气的水平运动 和 垂直运动
✓大气的水平运动通常称为风。 ✓风对于大气中水分、热量的传输，对天气、 气候的形成、演变起着重要作用。 ✓空气的水平运动是在力的作用下产生的。
一、作用于空气的力
1. 由于气压分布不均而产生的气压梯度力； 2. 由于地球自转而产生的地转偏向力； 3. 由于空气层之间、空气与地面之间存在着相对运动而产