第二节 空气的水平运动——风
空气的运动是在力的作用下产生的。作用于空气的力除重力之外,尚有由于气压分布不均而产生的气压梯度力,由于地球自转而产生的地转偏向力,由于空气层之间、空气与地面之间存在相对运动而产生的摩擦力,由于空气作曲线运动时产生的惯性离心力。这些力在水平分量之间的不同组合,构成了不同形式的大气水平运动。
一、作用于空气的力
(一)水平气压梯度力
1、气压梯度
(1)定义
气压梯度是一个向量,它垂直于等压面,由高压指向低压,数值等于两等压面间的气压差(△P)除以其间的垂直距离(△N),用下式表达:
式中GN为气压梯度,由于△N是从高压指向低压,△P为负值,故 前加负号。气压梯度可以分解为水平气压梯度和垂直气压梯度。
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一度的纬圈长度,其值约为111km)。
观测表明,水平气压梯度值很小,一般为1-3hPa/赤道度,而垂直气压梯度在大气低层可达0.1hPa/m左右,即相当于水平气压梯度的10000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。
(2)意义
气压梯度不仅表示气压分布的不均匀程度,而且还表示了由于气压分布不均而作用在单位体积空气上的压力。所以气压梯度是作用于单位体积空气上的力。
2、气压梯度力
实际大气中,由于空气密度分布的不均匀,单位体积空气块质量也是不等的。根据牛顿第二定律,在相同气压场的作用下,密度不同的空气所产生的加速度是不同的,密度小的空气所产生的加速度比较大,密度大的空气所产生的加速度比较小。因此,用气压梯度难以比较各地空气运动的速度。
在气象上讨论空气水平运动时,通常取单位质量的空气作为讨论对象,并把在气压梯度存在时,单位质量空气所受的力称为气压梯度力。通常用表示,即
式中ρ是空气密度,△P是两等压面间的气压差,△N是两等压面间的垂直距离。
气压梯度力的方向由高压指向低压,其大小与气压梯度 成正比,与空气密度ρ成反比。
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),即:
本文标题:空气的水平运动--风
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