大氣科學(xué)概論課件第七大氣運(yùn)動1

1、,第 四 章 大 氣 運(yùn) 動,,地球大氣處于不斷的運(yùn)動中，時空尺度的范圍非常廣（小到分子運(yùn)動，大到全球的緯向環(huán)流）；運(yùn)動狀態(tài)復(fù)雜多樣（水平運(yùn)動和垂直運(yùn)動；層流、湍流、波動；直線、曲線和渦旋運(yùn)動）。 盡管其運(yùn)動狀態(tài)是復(fù)雜多樣的，但都可以分為相對于地面的水平運(yùn)動和鉛直運(yùn)動兩個分量。風(fēng)是指空氣相對于地面的水平運(yùn)動。 大氣運(yùn)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(yùn)動 4.1.1　作用于空氣的力 空氣的水平運(yùn)動是在力的作用下產(chǎn)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(chǎn)生的） ◇摩擦力（空氣層之間、空氣與地面之間存在相對 運(yùn)動而產(chǎn)生） ◇水平地轉(zhuǎn)偏向力（地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的） ◇慣性離心力（

3、空氣作曲線運(yùn)動時產(chǎn)生的）,,前兩種力是真實(shí)力，后兩者是相對轉(zhuǎn)動參照系運(yùn)動時所產(chǎn)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(gòu)成了不同形式的大氣水平運(yùn)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(zhì)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?。骸　　　p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?fàn)顟B(tài)作水平直線勻加速運(yùn)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(dá)1/10m左右，即相當(dāng)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(fēng)速由零增大到7.6m/s?？梢姎鈮禾荻攘κ强諝猱a(chǎn)生水平運(yùn)動的直接原因和動力。,,二、地轉(zhuǎn)偏向力An 因地球繞自身軸轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的非慣

5、性力稱為水平 地轉(zhuǎn)偏向力An （科里奧利力）。方向：北半球，An垂直與運(yùn)動方向指向右。 南半球，An垂直與運(yùn)動方向指向左。大小： An=2Vωsinφ （ω ＝7.29*10-5/s，φ為緯度）作用：改變空氣的運(yùn)動方向，但不能改變運(yùn)動速度， An雖然不大，但對大規(guī)模的空氣水平運(yùn)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(yùn)動時所產(chǎn)

6、生的， 由運(yùn)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(yùn)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(yùn)動方向，不改變 運(yùn)動速度。對低緯度地區(qū)或空氣運(yùn)動速度很 大而曲率半徑很小的空氣運(yùn)動有很大的影響。,,四、摩擦力 大氣是粘滯流體，當(dāng)氣層與氣層、氣層與地面 之間發(fā)生相對運(yùn)動時，會產(chǎn)生摩

7、擦力。 氣層與氣層的摩擦力稱內(nèi)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(yùn)動方向相反。 大?。?R＝－ＫＶ?。ǎ藶榈孛婺Σ料禂?shù)）,,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(yùn)動的影響是不一樣的?！∫话銇碚f，　◇氣壓梯度力是使空氣產(chǎn)生運(yùn)動的直接動力， 是最基本的力?！蟮剞D(zhuǎn)偏向力對高緯地區(qū)或大尺度的空氣運(yùn)動影響較大，而對低緯地區(qū)特別是赤道附近的空氣運(yùn)動，影響甚小。,,◇慣性離心力是在空氣作曲線運(yùn)動時起作用， 而在空氣運(yùn)動近于直線時，可以忽略不計(jì)。 ◇摩擦力在摩擦層中起作用，而對自由大氣 中的空氣運(yùn)動也不予考慮。,,地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力和摩擦力雖然不 能使空氣由靜止?fàn)?/p>

9、態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動狀態(tài)，但卻 能影響運(yùn)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(yùn)動狀態(tài)，又可 使空氣由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動狀態(tài)。,,練習(xí)：畫出Ａ、Ｂ、Ｃ三點(diǎn)的受力情況，低壓的風(fēng) 向逆時針平行于等壓線吹，高壓的風(fēng)向順時針平行 于等壓 線吹。,C,A,B,,課外練習(xí)題：1、 指出氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)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