1、高壓渦旋的力和風向*離心力* 5.邊界層摩擦力在大氣邊 界層（0-1000米），由于地面的摩擦而產生摩擦力.近似地，摩擦力 與風速成正比：F=-aV a是摩擦系數,V是速度.北半球氣壓梯度力、 科氏力和摩擦力的作用下的運動*上圖代表較高層大氣的運動受力 情況，在沒有摩擦力的情況下，大氣運動基本上是氣壓梯度力和科氏 力平衡下的運動。下圖代表近地面層的大氣運動受力情況，在有摩 擦力的情況下，大氣運動是氣壓梯度力、科氏力和摩擦力三者平衡下 的運動。地面低壓對應著輔合上升運動，地面高壓對應著輔散下沉 運動* *根據風向判斷高壓和低壓*近地面氣流和高空氣流的差 別*北半球和南半球的氣旋運動北半球南半球*

2、小結：我們在 本節主要討論了氣塊的受力：重力，離心力，科氏力，氣壓梯度力 和摩擦力.其中，重力，氣壓梯度力和摩擦力是決定大氣運動的基 本力，也稱為真實力.尤其是氣壓梯度力是驅動大氣相對運動的主 要動力.科氏力和離心力是地球旋轉的慣性造成的.*大氣運動的 尺度劃分：*小尺度運動：空間尺度以米為量級持續時間：以分鐘為量級大漠孤煙直長河落日圓*小尺度運動造 成的沙丘和雪丘*高地上被風吹向一邊的樹 風欲靜，而樹不止中 尺度，雷暴空間尺度：幾十公里；時間尺度：小時* *海陸風中尺度運動：幾十公里，小時白天，陸面氣溫高氣壓低，水面相反， 氣壓梯度方向由水面指向陸面。觀測者感覺到的是向岸風。高層風向相反。陸

3、面一側形成上升氣流，水面一側形成下沉氣流。陸面與水面 溫差的結果形成了一個區域環流。如空氣中水汽較多，可在陸面一側 形成對流云*海陸風造成的天氣現象 季風，千公里、半年*山 谷風，中尺度*大尺度運動：氣旋風暴，千公里，幾天*大尺度：中高緯度的西風帶急流和Rossby 波動*作業：什么是地轉風？影響它的力是什么？地面摩擦是怎 樣改變風向和風速的？為什么地面風向穿越等壓線，而高空風平行 等壓線？假定風由北向南，風速為10m/s,計算在北緯45處的科 氏力.它怎樣改變風向？在南緯45科氏力的大小和風向怎樣？熱 力對比是影響氣壓梯度力的關鍵.結合海陸風，山谷風和季風，討論 海陸溫度和氣壓對比與風向的關

4、系.舉例說明天氣系統的空間和時 間尺度。 *思考題：科氏力的大小與自轉速度有關，渦旋的出 現的幾率與科氏力有關。木星的自轉速度比地球快得多，金星的自轉 速度比地球慢得多，相對來說哪個星球的大氣易出現渦旋風暴？對 于高壓和低壓中心，分別分析其受力情況，寫出運動學方程，給出它 們的解，并進行討論（忽略摩擦力）。*大氣科學導論第二部分：天氣和氣候*第2部分內容提要：大氣運動的基本原理 鋒面和氣旋。雷暴、龍卷和臺風大氣環流和海洋環流氣候變化和ENSO天氣預報行星大氣南郊大氣探測基地參觀國 家氣象局*第七章：大氣運動的基本原理、空間和時間尺度 我們在這一章關心三個基本問題：為什么大氣會 運動？驅動大氣運

5、動的力有哪些？地球大氣是怎樣運動的？ 大氣 運動的空間和時間尺度*本章參考書:Meteorology Today, C.D.Ahrens (Chapter 9, 6th or 7th edition), Atmospheric Science: An Introductory Survey, John M. Wallace and P.V. Hobbs (Chapter 8), An Introduction to Dynamic Meteorology, J.R. Holton (Chapter 1 and 2, 3rd edition)有興趣的學生可以參考高等教科 書：Geophysica

6、l Fluid Dynamics, J. Pedlosky (Chapter 1 and 2, 2nd edition), Atmosphere-Ocean Dynamics, A.D. Gill (Chapter 3, 4, and 7) *氣旋風暴把撒哈拉沙塵輸送到北大西洋*風和樹風欲 靜而樹不止*氣流越過山地后形成的渦旋*大氣是一種流體在 高中物理的力學部分，我們學習的主要是固態物體的運動.大氣是一 種流體，現在，我們從流體力學的觀點出發來學習大氣的運動.大 氣的狀態是由3個參數決定的，滿足狀態方程.為研究大氣的運動， 我們假定大氣是連續的流體.*氣體狀態方程：氣體的狀態是由3個參數決定

7、的P=p RT p:氣壓，單位：Pa 丁:溫度，單位：K二C +273.15 p :密度，單位：kg/m3 (也可以用體積) R=287 J/kgK *假定流體是連續的在大氣動力學中，我們常選定一個單位 體積的氣塊作為一個質點并以其作為研究對象.我們一般假定這個 氣塊的體積與整個大氣的體積相比非常小，但這個氣塊包含大量的 分子數，個體分子的情況則可以忽略不計.L*氣塊的受力分析：根 據牛頓第二定律，一個物體的運動(或加速度)是由作用于該物體上 的各個力共同決定的.考慮地球表面放一個氣塊，它受哪些力？考 慮地球旋轉？ *氣塊受力分析：地球引力 單位質量空氣微團所受 的地球引力為 其中，G為引力常

8、數，M為地球質量，r為地球半徑*2.離心力慣性離心力是由于地球自轉造成的，它的方向垂直于地軸向外。在極點，R=0，無慣性離心力。*重力 這里，重力指的是 離心力和引力的合力，它并不指向地心，但是由于離心力很小，我們 一般仍認為地球的重力仍與引力相等，加速度約等于9.8 ms-2在 一些情況下，離心力是不能忽略的，例如，由于離心力的作用，地球 在赤道的半徑比極地的半徑大21公里.* 3 .科氏力(Coriolis force) *科氏力的作用*科氏力的作用*科氏力(Coriolis force) f=-2Q Usin(f=-2 0 XU) 0 :地球自傳角速度 U：氣塊的運動速度：緯度 在北半球，背風而立，科氏力使風偏向右.在 南半球，背風而立，科氏力使風偏向左.在赤道，科氏力為0,在 兩極，科氏力最大.*4.氣壓梯度力：*氣壓梯度力*氣壓梯度 力：x y z p2 pl *氣壓梯度可以從天氣圖上看出 地面的等壓線 500hpa(mb)等壓面上的等高線*等壓面