5
气压梯度力的讨论：
1.气压梯度力是由气压分布不均匀引起的。
2.气压压指G梯向 度 低力压Px的，x方垂yy向直z z指于向等–压1 线P的。方 向1 ，Px即i由 高Py
j
P z
k
3.气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空 气密度成反比，即等压线越密集，气压梯度 越大。 在同样的气压梯度下，高处的风就比低处 的风大，因为高空的密度小。
3.关于静力学方程，连续方程，热力学方程的方程式 和意义；速度散度的表达式和意义
4.大气运动系统的分类与尺度 5.地转风、梯度风、热成风的定义、表达式、意义 6.热成风与冷暖平流的关系 7.中纬度系统的温压场结构特点 8.地转偏差的定义 9.摩擦层中、自由大气中的地转偏差的概念、表达式和意义
0


1

p y

f u

0


1

p g z

39
大尺度运动系统的特征(中高纬):
1.准水平
ω→0
2.准静力平衡
3.准地转
地转偏向力与气压梯度力相平衡
4.自由大气
F→0
40
第4节 “P”坐标系中的基本方程组
P坐标系的运动方程
z坐标系：(x，y，z，t)来表示空间点的位置 p坐标系：(x，y，p，t)来表示空间点的位置
3、地转风风速大小与水平气压梯度成正比，等压线越密 集，地转风越大；与纬度成反比，相同的水平气压梯 度力，高纬风小，低纬风大。风速相同，在低纬的等 高线应比高纬的等高线分析得稀疏些。
4、
地转风散度为零
51
5、地转平衡只能看成是一种近似关系，绝对的地转 平衡并不存在。
6、赤道水平地转偏向力等于零，不可能建立地转平 衡，也不存在地转风。低纬地区地转风原理不能应 用。
4、水平地转偏向力大小与风速成正比，与纬 度的正弦成正比。即风速越大偏向力越大， 高纬度的偏向力大 ，低纬度的偏向力小。
综上所述，单位质量空气加速度——旋转坐标系的 大气运动方程为： （g为重力，即惯性离心力和地心引力的合力）
20
第2节 控制大气运动的基本定律
大气运动受质量守恒，动量守恒和能量守恒等基本物理定律 所控制。
ur V
ur V g


1
r k
r F
f
63
讨论: ①地转偏差与摩擦力垂直并指向摩擦力方向右侧。
②摩擦力的作用使实际风速减小，风向向低压一侧
偏转。
实际风向与地转风交角：
统计结果
风向偏角
陆地 35—45% 35—45度
海上 60—70% 15—20度
③在北半球的摩擦层中，摩擦作用使得： 低压中空气水平辐合（引起上升运动，云雨天气） 高压中空气水平辐散（引起下沉运动，晴天）。
v V y
w V z
64
2.自由大气中的地转偏差
在自由大气中摩擦力很小，可以略去。气压
梯度力与地转偏向力不平衡，必然产生加速度，
引起地转偏差。
r ur ur D V V g

1
r k
ur dV
f dt
ur
ur ur ur ur
r D
1 f
r k

dV
dt

1 f
r k



V t
u V x
48
“Z”坐标系的地转风： ——地转风分量形式 ——地转风矢量形式
49
“P”坐标系的地转风： ——分量形式 ——矢量形式
50
讨论：
1、地转平衡的条件：
自由大气
中纬度范围
气流呈水平（无垂直）直线（无弯曲）运动
无摩擦
2、地转风的方向：平行于等压线，在北半球背风而立高 压在右，低压在左，南半球相反。
等压面图的高度单位(位势高度)
重力位势（位势）——单位质量物体（空气）由海平面上升到z高 度时，克服重力所做的功。
表达式:
单位：焦耳/千克 g=const
“p”坐标系的运动方程 一级简化:
零级简化:
等压面分析比等高面分析有哪些优越性？
1. 实际工作中，不观测空气密度（ρ）。在等 压面分析中，研究大气运动不需要空气密 度。
知识点
第1节 影响大气运动的作用力
作用于大气真实的力（基本力或牛顿力）：
气压梯度力 地心引力 摩擦力
考虑到地球自转的视示力（外观力）：
惯性离心力 地转偏向力（科里奥利力） 重力（地心引力和惯性离心力的合力）
4
一 .气压梯度力
作用于单位质量气块上的的净压力称为气压梯度力。

1

p y
－2u sin

Fy

dw

dt


1

p z
2u cos

g

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Fz

1.尺度简化
大气运动系统的 分类
行星尺度
水平尺度
(水平范围所占有的空间)
104 km
大尺度
103 km
中尺度
102 km
小尺度
10 km
时间尺度
周 几天 1天 几小时
不同尺度对应不同的天气系统。
气旋性环流——风速和气压梯度可无限增大 反气旋性环流——风速和气压梯度不可无限增大
53
为什么气旋中心为低压，反气旋中心为高压 ？ P41-42

梯度风与地转风的比较:
⑴气旋性环流中，地转风速>梯度风速 ⑵反气旋性环流中，地转风速<梯度风速(最大梯度风
为地转风的2倍)
55
三 、热成风
地转风随高度的改变量称热成风，即上下两层地转风 之差。
方向：垂直于 与 组成的平面，指向运动方向右侧 大小：
16
17
令
则有
18
讨论：
1、运动的物体受地转偏向力的作用（静止时 为0）。
2、 与 相垂直，且 在纬圈的平面内。
3、 与 相垂直，地转偏向力垂直于运动方向， 只改变空气块的运动方向，不改变其速度大 小。在北半球地转偏向力指向运动方向右侧， 南半球则相反。
另：重力
地心引力与惯性离心力的合力，称为重力。
14
讨论： 1、 的方向除赤道和极地外，均不指向地心。 由于地球为椭圆，地球上重力垂直于当地水平面，向下 2、重力的大小随纬度变化，极地最大，赤道最小，一般
用45纬度海平面重力值= 9.806m/s2
15
五、地转偏向力（科里奥利力）
空气块相对旋转坐标系有偏向加速度，而引入地转偏向 力。
57
58
中纬度系统的温压结构（根据成风原理） 1）中纬度对流层中，温度分布北冷南暖 所以高层为西风气流，且高度越高，西风越大 2）地面闭合高压和低压系统在高空转变为西风气流 的波状槽脊。 3）中纬度系统的温压场结构的基本特征。
地面低压中心 位于高空槽前脊后 地面高压中心 位于高空槽后脊前 高空温度槽脊落后于气压槽脊
21
补充：个别变化、局地变化
一、静力学方程 仅讨论垂直方向 ——静力学方程
——压高公式 表明两层等压面之间的厚度与其间平均温
度成正比 即 暖区：厚度大 冷区：厚度小
25
讨论: 1.气压气流的三类垂直结构
a.深厚对称系统——底层：暖-高，冷-低 b.浅薄对称系统——底层：暖-低，冷-高 c.温压场不对称系统
2. 等压面分析中计算地转风简单（不涉及ρ）。 另外等压面分析中，上下两层地转风可以 进行比较，仅决定于等高线的疏密确定地 转风大小，而等高面分析上下两层地转风 无法比较，涉及到ρ的变化。
3. 等压面分析计算水平气压梯度力简单（不 涉及ρ）。
4. 等压面分析水平散度简单，取决于垂直运 动分布（不涉及ρ）。
随高度升高，高压中心轴线向暖区倾斜 随高度升高，低压中心轴线向冷区倾斜
26
2. 暖平流有利于高层高压或低层低压发展 冷平流有利于低层高压或高层低压发展
3.极地和赤道的天气系统 极地：低层冷高压，高层冷低压 赤道：低层暖低压，高层暖高压
27
二、连续方程 表示大气质量守恒的数学表达式。
28
讨论: 1，速度散度的意义 表示流体在单位时间内体积的相 对膨胀率。 称为速度散度
4. 水平气压梯度力 比垂直气压梯度力小很多。
6
补充：气压梯度指单位距离间的气压差。
水平方向: 100 km 相差1hPa 垂直方向: 8-10 m 相差1hPa
1000hPa~850hPa 平均相差1500m 但由于向上的气压梯度力与向下的重力达到准静力 平衡，所以虽然垂直方向上的气压梯度力大，但运 动不明显。
，其中 为比容
29
单位时间质量 的变化率 单位时间体积 的变化率
30
2. 水平速度散度和垂直速度的关系
对不可压缩大气有
即
则
ur V 0
根据公式： 大气的水平辐散减弱了大气的上升运动
大气的水平辐合增强了大气的上升运动
31
3. “P”坐标系的连续方程
“P系”完整的连续方程比“z系”连续方程简单，无 密度项
二、梯度风
梯度风是气压梯度力，地转偏向力，惯性离 心力三力平衡时，空气沿等压线的曲线运动 或气压梯度力与地转偏向力不平衡时沿弯曲 等压线的运动。
天气图应用
高压中心位置标注在反气旋环流中心 低压中心位置标注在气旋环流中心 低压：越向中心，风越大，气旋中心等压线密集 高压：越向边缘，风越大，高压中心等压线稀疏
44
垂直速度:
z系:
p系 :
关系式
上升运动: w>0 ω<0 下沉运动: w<0 ω>0