地转平衡关系的重要性：
揭示了风场与气压场之间最简单， 最基本的联系。
大尺度运动处于准地转平衡状态， 这是大尺度运动一个重要性质。
2、热成风 — 由热力作用引起的(Thermal Wind)
地转风随高度的变化产生热成风。
地转风可能随高度发生变化吗？
Байду номын сангаас
1
1
g
Vg f k hP f k f k p z
正压大气中等压面、等密度面、等温面重合； 斜压大气中等压面与等温面、等密度面相交。
表征项：

B P
斜压矢量
力管项：
P
正压流体： 等压面平行于等容 面，力管项为0 斜压流体： 等压面与等容面相 交，力管项不为0
由 图
力管项 0时，即（T )P 0， 大气具有正压流体的性质；
第四章 自由大气中的平衡运动
(Balance Flow)
由尺度分析可知，大尺度运动中铅直速 度远小于水平速度，运动是准水平的，并且 对于中纬度大尺度运动而言，运动是准定常 的，在水平方向上作用于大气的力基本上相 平衡。
讨论在一些力的平衡下的大气水平运动， 即所谓大气平衡运动。这些平衡运动有：地转 风、梯度风、旋转风等，这些平衡运动反映了 大气运动的基本特征。
等压面坡度。
等压面上温度分布均匀
－－正压大气情形，密度仅仅和气压有关
P+与P-之间二个气柱重量 相同，密度相同
－－高度也相同
－－ P+与P-平行
－－两等压面没有坡度变 化—地转风不随高度变 化—热成风为0
等压面上温度分布不均匀
－－斜压大气情形，暖区密度减少，气柱 膨胀。
P+与P-之间二个气柱重量相同， 密度暖区小于冷区
－－高度h1>h2
－－ P+与P-不平行
－－两等压面有坡度变化- — 地转风随高度变化—热成风存 在
（2）热成风
由此可见：斜压大气是地转风随高 度改变的充分必要条件，即热成风 是与大气的斜压性相联系，与热力 作用相关。
热成风定义
定义：热成风为垂直方向上两等压面上 地转风的矢量差。


定义式：VT Vg (P1) Vg (P0 )
P
Vg p

R fP k (T )P
（3）


定义：VT Vg (P1) Vg (P0 )


R f
p1 (k T ) p d
ln
P
将（2）代入（1） (4)
令T代表两等压面之间的平均温度，则

VT

R（k f

T）p
ln

p0 p1

（5）
由（5）式可见，等压面上平均温度分布的 不均匀，引起了热成风 。
或者： g VT f k (z1 z0 )
两等压面间厚度梯度
由此可见，热成风方向与等平均温度 线平行，北半球，背风而立，高温在右， 低温在左；大小与等压面上的温度梯度成 正比（即等温线的疏密成正比）。
热成风的重要物理意义：
机制是：大气的斜压性； 驱动热带大气（正压大气）运动的主要机
制是：潜热释放。
地转风，Z坐标：
Vg

1
f
k P，
取决于P－－
即同一等高面上的气压梯度，
若同一等高面上的气压面都平行，
则各高度上的地转风都相等
地转风，P坐标：
Vg

1 f
k


g f
k

z
取决于同一等压面上的位势梯度，即
冬季：
（5）天气系统槽脊倾斜
二、地转偏差(Geostrophic deviation)
定义：
V V Vg
实际风与地转风的矢量之差
dV dt
揭示了静力平衡下大尺度运动中风场、 气压场、温度场之间的关系。
见书：P95
从以上讨论可见： 正压大气，等压面上温度分布均
匀，热成风为0，上下运动一致。
斜压大气，等压面上温度分布不 均匀，热成风不为0，上下运动不一致。
例如： （1） 副热带高压：
从低层、到中层、直到高层，都表 现为高压（反气旋）
－－正压系统 成因－－动力作用； （2）夏季的青藏高原： 高层是反气旋，低层是气旋， －－斜压系统 成因：热力作用；
由地转风的表达式看到，地转风的大 小取决于同一等高面上的气压梯度，即又 决定于等压面的坡度，如等压面的坡度不 随高度改变，即如果不同高度上的等压面 都平行，那么，地转风就不随高度改变。
是什么因素决定等压面的坡度随高度变化呢?
（1）正压大气和斜压大气
① 概念
正压大气：密度仅仅是 气压的函数， ＝f（P) 斜压大气：＝f (P,T）
热成风表达式推导：
已知地转风：
Vg

1
k p
f
1
k




1


k
f
f
地转风随高度(地转风随气压坐标)的变化为：

Vg


1
( )

k
（1）
p f p
进一步：
准静力平衡， 1 ，而 P
p

RT
RT
（2）
p
示 可
力管项 0时，即（T )P
0，
知：大气具有斜压流体的性质。
* P RT , P f (P,T ) 大气一般是斜压的。
RT
可见，大气斜压性与等压面上温度分布 不均匀相联系－－热力过程相对应；
② 总结：
斜压大气与热力过程相对应； 驱动中高纬大气（斜压大气）运动的主要
（3）整层大气的平均运动，体现的是 上下相同的部分，属于正压分量－－动 力过程结果。
500hPa为对流层中层，体现的是 大气上下平均状况，相当正压层。
上层与下层大气的差，体现的是上
下不同的部分，属于斜压分量－－热力
过程例结如果：。V (200hPa)
-
V(850hPa)
（4）高原的动力与热力作用例： 夏季：
一、地转平衡与地转风、热成风
1.地转平衡与地转风(Geostrophic Flow)
自由大气中，水平气压梯度力与科氏力二
者的平衡称为地转平衡；相应的空气水平运 动称为地转风，记为Vg。
地转平衡满足：

1

h p
fk V
0
地转风公式：
Vg

1
f
k


h
P
地转风Vg，是水平等速(dVh/dt＝0) 运动，风向与等压线平行(运动定常时， 等压线为地转风的流线)，而且在北半球， 背风而立，高压在右，低压在左；南半球 相反，风速大小与水平气压梯度力的大小 成正比，与空气密度、科氏参数成反比。