1、第 四 章 大 气 运 动地球大气处于不断的运动中，时空尺度的范围非常广 （小到分子运动，大到全球的纬向环流） ；运动状态复杂多样 （水平运动和垂直运动；层流、湍流、波动；直线、曲线和涡旋运动） 。尽管其运动状态是复杂多样的，但都可以分为相对于地面的水平运动和铅直运动两个分量。风 是 指空气相对于地面的水平运动。大气运动对大气中的水分、热量输送，以及天气、气候的形成、演变起着重要的作用。4.1 大气的水平运动4.1.1 作用于空气的力空气的水平运动是在 力 的作用下产生的。水平方向作用于空气上的力有： 水平气压梯度力 （气压水平分布不均而产生的） 摩擦力 （空气层之间、空气与地面之间存在相对运
2、动而产生） 水平地转偏向力 （地球自转而产生的） 惯性离心力 （空气作曲线运动时产生的）前两种力是真实力，后两者是相对转动参照系运动时所产生的力，为假想力。这些力在水平方向上的分量之间的不同组合，构成了不同形式的大气水平运动。一、水平 气压梯度 力 Fg水平气压梯度力 Fg是在气压水平分布不均匀时，单位质量空气所受到的净压力。方向： Fg垂直于等压线，由高压指向低压。大小： dp为两等压线的气压差， dn为两等压线的水平距离作用：Fg很小，仅是垂直气压梯度力的 10-4,但在它的作用下，空气由静止状态作水平直线匀加速运动，是空气的原始动力。观测表明，水平气压梯度值很小，一般为 13 hPa/赤
3、道度，而垂直气压梯度在大气低层可达 1/10m左右，即相当于水平气压梯度的 10万倍。这种气压梯度力持续作用 3h， 可使风速由零增大到7.6m/s。 可见气压梯度力是空气产生水平运动的直接原因和动力。二、地转偏向力 An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 An （科里奥利力） 。方向： 北半球， An垂直与运动方向指向右。南半球， An垂直与运动方向指向左。大小： An=2Vsin （ 7.29*10-5/s， 为纬度）作用 ： 改变空气的运动方向，但不能改变运动速度，An虽然不大，但对大规模的空气水 平运动是很重要的。三、惯性离心力 C 惯性离心力 C是物体在作曲线运动时
4、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。方向 :垂直于运动方向沿曲率半径指向外。大小：作用： C和 An一样，只改变物体运动方向，不改变 运动速度。对低纬度地区或空气运动速度很大而曲率半径很小的空气运动有很大的影响。四 、 摩擦力大气是粘滞流体，当气层与气层、气层与地面之间发生相对运动时，会产生摩擦力。气层与气层的摩擦力称内摩擦力，气层与地面的摩擦力称 外摩擦力 。方向 : 外摩擦力 R与运动方向相反。大小： R （为地面摩擦系数）作用 ：地面摩擦作用可以通过乱流动量交换，逐层向上传递，使上空气层也受影响。但大于1-2km的高度，可以忽略 R。因此，把地面到 1-2km的气层称 摩擦层 ，1-2km以上的气层称 自由大气 。
