4.3大气的水平运动解析
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水平气压梯度的单位通常用百帕/赤道度表示。 1赤道度是赤道上经度相差1度的纬圈长度,
约为111km。
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气压梯度力可以分解为水平气压梯度力(Gn) 和垂直气压梯度力(GZ)
状态,因而在垂直方向上一般不会造成强大的上升气流; 而Gn虽小,由于无其它实质力与它相平衡,在一 定条件下,却能造成较大的空气水平运动。
可见,气压梯度力是空气产生水平运动的直接 原因和动力。
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(二)水平地转偏向力 问:溮河的哪一岸凹? 水房中的水是怎样流入下水道的? 1、现象:
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(二)水平地转偏向力 1、现象: 园盘静止不动 园盘是逆时针转动 ω
A
B
Байду номын сангаас
A
B
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水平地转偏向力(科里奥利力、科氏力) A
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通常,在同一水平面上,密度随时间和地 点的变化不很明显,因此Gn的大小主要由 水平气压梯度决定。 公式表明,只要水平面上存在气压差异, 就有气压梯度力作用在空气上,使空气由 高压区流向低压区。 若水平方向没有气压差,则水平气压梯度 为零,空气处在相对稳定没有运动的状态。 因此,水平方向上存在气压差异,是空气 产生水平运动的直接原因和动力。
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2、定义:在自由大气中,因气压场是平直 的,空气仅受水平气压梯度力和水 平地转偏向力的作用,当二力相等 时的空气运动称之为地转风 3、白贝罗风压定律: 在北半球,风是顺着等压线吹的。背 风而立,低压在左手边,高压在右手边; 南半球相反。
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A 高压 V a G 低压 低 G V C a A a 低压 G
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空气运动的力: 气压梯度力:G 地转偏向力: A 离心力: C 摩擦力: R
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一、使空气运动的力
二、自由大气中的空气运动
(一)地转风: 1、形成:
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北半球自由大气中的空气运动
hpa 990 995 1000 1005 1010
水平气压梯度力 垂直于等压线从高压指向低压 空气运动的方向 水平地转偏向力 地偏力的方向:垂直于风向
§4-3 大气的水平运动
一、促使空气运动的力
二、自由大气中的空气运动
三、摩擦层中的空气运动
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一、促使空气运动的力 (一)水平气压梯度力
1、气压梯度:
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气压梯度=- Δp/ Δn (单位:mb/赤道度) 特点:Δp一定时 等压面疏气压梯度变化 1000.0 等压面密气压梯 - Δp/ Δn 度变化大 Δp 压差
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4、惯性离心力的大小 V:空气运动的线速度 C=v2/r=ω2r r:空气运动的曲率半径 ω:空气运动时的角速度 5、特点: v 惯性离心力也是假想的力, 只改变空气的运动方向, r 不改变速度的大小 a C值很小,只有在气旋 中才很大
c
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(四)摩擦力 1、定义:空气运动时,因受地面摩擦和气 层间的相互摩擦作用,而减缓空气 运动速度,此阻力称为摩擦力。
在大气中, GZ比Gn大得多,但重力与GZ始终处于平衡
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观测表明,水平气压梯度很小,一般为1~3 百帕/赤道度,也就是说,实际大气等压面的 倾斜角度很小,一般都不超过1度。
而垂直气压梯度在大气低层可达1hpa/10m, 即相当于水平气压梯度的10万倍。 因而气压梯度的方向几乎与垂直气压梯度方 向一致,等压面近似水平。
y
以圆盘外为参照系
x
O
O A B y’
以圆盘为参照系
B
x’ O A
地转偏向力的方向:与运动方向垂直 B 北半球指向运动方向的右侧 南半球指向运动方向的左侧
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2、定义:
作用在转动地球上的运动空气上的
惯性力。它是促使运动的空气偏离水平
气压梯度力方向的主要原因。
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任一纬度上的地转偏向力是: A=2Vω′ =2Vωsinφ ω ω
φ
ω′ ωsinφ
A=2Vωsinφ
φ
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极地上的地转偏向力 赤道上的地转偏向力 A=2Vω A=0
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4、水平地转偏向力的特点 水平地转偏向力是为解释在转动地球上产 生偏向而假想的力,只有物体相对于地面 有运动时才产生,物体静止时,无偏向力 水平地转偏向力的方向与空气运动方向始 终是垂直的,只改变空气运动的方向,不 改变运动的速度。 判断水平地转偏向力的方法: 在北半球背风而立,空气将偏向初始运动 的右方,南半球则偏向初始运动的左方。 ■V相同时,A∝φ(A=2Vωsinφ)
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空气质点受力分析 北半球
高压
a
南半球
高压
a
低压
V
低压
低压
a
低压
V
a
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(三)惯性离心力 1、提问: 如果你坐在公共汽车里,当车转弯时, 你会有什么感觉? 2、定义: 在作曲线运动的物体,时刻受到一个 离开曲率半径向外的作用力。这个力是物 体为保持作曲线运动而产生的,即惯性离 心力。 3、方向:与物体运动的方向相垂直,并指 向曲率半径的外侧。
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2、公式:R=-KV
R:摩擦力 K:摩擦系数
V:空气运动的速度 -:代表R与V的方向相反
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(五)四种力的区别 G:促使空气运动的原始动力 A、C:假想的力,只改变运动的方向, 不改变速度的大小。 G、R:实力,即改变方向,又改变速度 的大小。 在赤道上: A=0 怱视A的作用 空气作直线运动:r =0 忽视C的作用 自由大气: K=0 忽视R的作用
1002.5 1000.0 1002.5
B:5赤道度
1005.0
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1005.0
2、水平气压梯度力:空气运动的原始动力 ①定义:当水平气压梯度存在时作用在单 位质量空气上的力。 ②公式: 1 p G n ③方向:垂直等压线从高压到低压 ④公式的意义: G与(- Δp/ Δn )成正比,等压线密, 力大 - Δp / Δn一定时,G与ρ与反比,ρ大, G小
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大气中经常出现的数据是: ρ =1.3×10-3 g / cm3 , - △P / △n = 1hpa / 赤道度, 所以,G n = 7×10-4 N / kg
当这种气压梯度力持续作用3小时, V=at= 7×10-4 (m/s2)×3600×3= 7.6( m / s) 可使风速由 0 增大到7.6 m / s,相当于4级风。