大氣科學概論課件第七大氣運動1

1、,第 四 章 大 氣 運 動,,地球大氣處于不斷的運動中，時空尺度的范圍非常廣（小到分子運動，大到全球的緯向環(huán)流）；運動狀態(tài)復雜多樣（水平運動和垂直運動；層流、湍流、波動；直線、曲線和渦旋運動）。 盡管其運動狀態(tài)是復雜多樣的，但都可以分為相對于地面的水平運動和鉛直運動兩個分量。風是指空氣相對于地面的水平運動。 大氣運動對大氣中的水分、熱量輸送，以及天氣、氣候的形成、

2、演變起著重要的作用。,,4.1 大氣的水平運動 4.1.1　作用于空氣的力 空氣的水平運動是在力的作用下產生的。 水平方向作用于空氣上的力有： ◇水平氣壓梯度力（氣壓水平分布不均而產生的） ◇摩擦力（空氣層之間、空氣與地面之間存在相對 運動而產生） ◇水平地轉偏向力（地球自轉而產生的） ◇慣性離心力（

3、空氣作曲線運動時產生的）,,前兩種力是真實力，后兩者是相對轉動參照系運動時所產生的力，為假想力。 這些力在水平方向上的分量之間的不同 組合，構成了不同形式的大氣水平運動。,,一、水平氣壓梯度力Fg　水平氣壓梯度力Fg是在氣壓水平分布不均勻時，單位質量空氣所受到的凈壓力。方向： Fg垂直于等壓線，由高壓指向低壓。大小：　　　　dp為兩等壓線的氣壓差，dn為兩等壓線的水平距離,,作用： Fg很小，僅

4、是垂直氣壓梯度力的10-4,但在它的作用下，空氣由靜止狀態(tài)作水平直線勻加速運動，是空氣的原始動力。 觀測表明，水平氣壓梯度值很小，一般為1—3hPa/赤道度，而垂直氣壓梯度在大氣低層可達1/10m左右，即相當于水平氣壓梯度的10萬倍。 這種氣壓梯度力持續(xù)作用3h，可使風速由零增大到7.6m/s?？梢姎鈮禾荻攘κ强諝猱a生水平運動的直接原因和動力。,,二、地轉偏向力An 因地球繞自身軸轉動而產生的非慣

5、性力稱為水平 地轉偏向力An （科里奧利力）。方向：北半球，An垂直與運動方向指向右。 南半球，An垂直與運動方向指向左。大?。?An=2Vωsinφ （ω ＝7.29*10-5/s，φ為緯度）作用：改變空氣的運動方向，但不能改變運動速度， An雖然不大，但對大規(guī)模的空氣水平運動是 很重要的。,,,三、慣性離心力C 　 慣性離心力C是物體在作曲線運動時所產

6、生的， 由運動軌跡的曲率中心沿曲率半徑向外作用在物體 上的力。 方向:垂直于運動方向沿曲率半徑指向外。 大?。?作用：C和An一樣，只改變物體運動方向，不改變 運動速度。對低緯度地區(qū)或空氣運動速度很 大而曲率半徑很小的空氣運動有很大的影響。,,四、摩擦力 大氣是粘滯流體，當氣層與氣層、氣層與地面 之間發(fā)生相對運動時，會產生摩

7、擦力。 氣層與氣層的摩擦力稱內摩擦力，氣層與地面 的摩擦力稱外摩擦力。 方向: 外摩擦力R與運動方向相反。 大?。?R＝－ＫＶ　（Ｋ為地面摩擦系數）,,作用： 地面摩擦作用可以通過亂流動量交換，逐層向上傳遞，使上空氣層也受影響。但大于1-2km的高度，可以忽略R?！∫虼?，把地面到1-2km的氣層稱摩擦層，1-2km以上的氣層稱自由大氣。,,上述四個力都是在水平方向上作用于空氣的力，它們對

8、空氣運動的影響是不一樣的?！∫话銇碚f，　◇氣壓梯度力是使空氣產生運動的直接動力， 是最基本的力。◇地轉偏向力對高緯地區(qū)或大尺度的空氣運動影響較大，而對低緯地區(qū)特別是赤道附近的空氣運動，影響甚小。,,◇慣性離心力是在空氣作曲線運動時起作用， 而在空氣運動近于直線時，可以忽略不計。 ◇摩擦力在摩擦層中起作用，而對自由大氣 中的空氣運動也不予考慮。,,地轉偏向力、慣性離心力和摩擦力雖然不 能使空氣由靜止狀

9、態(tài)轉變?yōu)檫\動狀態(tài)，但卻 能影響運動的方向，摩擦力還能改變速度。 氣壓梯度力既可改變空氣運動狀態(tài)，又可 使空氣由靜止狀態(tài)轉變?yōu)檫\動狀態(tài)。,,練習：畫出Ａ、Ｂ、Ｃ三點的受力情況，低壓的風 向逆時針平行于等壓線吹，高壓的風向順時針平行 于等壓 線吹。,C,A,B,,課外練習題：1、 指出氣壓梯度力、地轉偏向力、慣性離心力、 摩擦力的大小、方向，各自存在的條件和作用。2、畫出Ａ、Ｂ、Ｃ三