在大气中气压梯度力垂直分量比水平分量大得多,但是重力与G
z始终处于平衡状态,因而在垂直方向上一般不会造成强大的垂直加速度。而水平气压梯度力虽小,由于没有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。
通常,在同一水平面上,密度随时间、地点变化不很明显,因此水平气压梯度力的大小主要由
所决定。只有当两个高度相差甚大的水平气压梯度力相比较时,ρ的差异才需要考虑。
若水平方向上无气压差,水平气压梯度力则为零,空气没有水平运动。只要水平方向上存在气压差,就有水平气压梯度力,空气在水平气压梯度力的作用下,就会由高压区流向低压区,可见
水平气压梯度力是空气产生水平运动的直接原因和原始动力。
(二)地转偏向力
1、水平地转偏向力的定义
空气是在转动着的地球上运动着,当运动的空气质点依其惯性沿着水平气压梯度力方向运动时,对于站在地球表面的观察者看来,空气质点却受着一个使其偏离气压梯度力方向的力的作用,这种因地球绕自身轴转动而产生的非惯性力称为水平地转偏向力或科里奥利力。在大尺度的空气运动中,地转偏向力是一个非常重要的力。
2、大小与方向
若地转偏向力用A
n表示,则
A
n==2vωsinφ
在南半球ω为负值,水平地转偏向力的方向与北半球相反,使物体运动方向向左偏转。
3、水平地转偏向力有如下性质;
(1)水平地转偏向力的方向与空气运动的方向相垂直,在北半球偏向空气运动的右方,南半球则偏向其左方。因为水平地转偏向力与空气运动方向垂直,在运动方向上并无分量,因此它只能改变运动方向,不能改变运动速度。
(2)水平地转偏向力只在空气相对于地面有运动时产生。水平地转偏向力的大小与风速成正比,当风速为零时,即空气相对于地球为静止状态时,空气不受地转偏向力的作用。
(3)水平地转偏向力的大小还与纬度有关,与纬度的正弦成正比,风速一定时,水平地转偏向力随纬度增高而增大。极地最大,为2vω;赤道最小,为零。
(三)惯性离心力
惯性离心力是物体在作曲线运动时所产生的,由运动轨迹的曲率中心沿曲率半径向外作用在物体上的力。这个力是物体为保持沿惯性方向运动而产生的,因而称惯性离心力。惯性离心力同运动的方向相垂直,自曲率中心指向外缘(图4·18)。其大小同物体转动的角速度ω的平方和曲率半径r的乘积成正比。
对于单位质量的空气来说,惯性离心力的表达式为: C=ω
2r
因为物体转动的线速度V=ωr, 所以,
本文标题:空气的水平运动--风(2)
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