第二章大氣運(yùn)動基本特征

第二章大氣運(yùn)動基本特征

教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)安排一、影響大氣運(yùn)動的作用力

2學(xué)時二、控制大氣運(yùn)動的基本定律

3學(xué)時三、大尺度運(yùn)動系統(tǒng)的控制方程2學(xué)時四、“P”坐標(biāo)系中的基本方程組

3學(xué)時五、風(fēng)場與氣壓場的關(guān)系8學(xué)時六、教學(xué)思考題技能訓(xùn)練內(nèi)容地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)、熱成風(fēng)、偏差風(fēng)的定性分析6學(xué)時教學(xué)目標(biāo)了解大氣運(yùn)動的基本作用力和控制大氣運(yùn)動的基本定律熟悉控制大氣運(yùn)動的基本方程組掌握地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)、熱成風(fēng)和偏差風(fēng)的運(yùn)行特征教學(xué)重點(diǎn)與教學(xué)難點(diǎn)本章重點(diǎn)：（1）氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力的大小和方向（2）地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)的概念和運(yùn)行規(guī)律本章難點(diǎn)；（1）視示力的概念（2）個別變化與局地變化的區(qū)別與聯(lián)系（3）熱成風(fēng)、偏差風(fēng)的概念、成因及其應(yīng)用第一節(jié)影響大氣運(yùn)動的作用力

一、基本作用力1.氣壓梯度力2.地心引力

3.摩擦力二、慣性離心力與地轉(zhuǎn)偏向力1.慣性離心力

2.地轉(zhuǎn)偏向力三、重力單元重點(diǎn)內(nèi)容提要教學(xué)思考題第一節(jié)影響大氣運(yùn)動的作用力影響大氣運(yùn)動的作用力有兩大類：基本力（牛頓力）——是大氣與地球或大氣之間的相互作用而產(chǎn)生的真實(shí)力，包括氣壓梯度力、地心引力、摩擦力等；視示力（外觀力）——是由于坐標(biāo)系隨地球一起旋轉(zhuǎn)所呈現(xiàn)出的力，包括慣性離心力、地轉(zhuǎn)偏向力。一、基本作用力

氣壓梯度力——當(dāng)氣壓分布不均勻時，作用于單位質(zhì)量氣塊上的凈壓力。如圖在空間取一立方體塊，假設(shè)其邊長分別是x、y、z，則其A面所受壓力：B面所受壓力：體積質(zhì)量

x方向所受的凈壓力為：同理：y方向所受凈壓力為：

z方向所受凈壓力為：

總的凈壓力為：氣壓梯度力：式中﹣▽p是氣壓梯度。它是一個向量，垂直于等壓面，由高壓指向低壓，數(shù)值等于兩等壓面間的氣壓差（△P）除以其間的垂直距離（△N）。氣壓梯度表示氣壓分布的不均勻程度。討論：

1.氣壓梯度力是由氣壓分布不均勻引起的。

2.氣壓梯度力的方向指向﹣▽p

的方向，即垂直于等壓線（面）由高壓指向低壓。

3.氣壓梯度力的大小與氣壓梯度成正比，與空氣的密度成反比，即等壓線越密集，氣壓梯度力越大。

地心引力地球?qū)挝毁|(zhì)量空氣的引力：(地球半徑為a,質(zhì)量為M，空氣塊質(zhì)量為m，離地高度為z)——海平面的地心引力（常數(shù)）因?yàn)樗阅Σ亮Γ?50hpa以下考慮）單位質(zhì)量空氣塊所受到的凈粘滯力稱為摩擦力.

對于由風(fēng)的水平切變引起的切應(yīng)力在各方向的變化所決定的摩擦力，可由下式計(jì)算（為摩擦系數(shù)）通常情況下，這三個分量式右端的前兩項(xiàng)遠(yuǎn)小于第三項(xiàng)，于是總的摩擦力可簡化為：大氣是一種低粘性流體，除了在近地面幾厘米的薄層內(nèi)因風(fēng)的垂直切變很大而需要考慮分子粘性外，在其他氣層都可忽略分子粘性作用。1.慣性離心力

:在轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系中引進(jìn)的一個視示力，其大小與向心力相等而方向相反。

（式中地球自轉(zhuǎn)角速度Ω=7.29×10-5/秒，a為地球半徑，為地理緯度）

二、慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向力討論慣性離心力不是真實(shí)存在的力，而是一種假想的力。其大小與向心力相等而方向相反。慣性離心力的方向垂直于地軸，指向地球外側(cè)。慣性離心力的大小隨緯度而變化：赤道最大，極地最小。地表上每個靜止物體均受到慣性離心力的影響。曲率中心曲率半徑rCV

2、地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧利力、科氏力）AOABOBxyOAx’y’B以圓盤外為參照系以圓盤為參照系地轉(zhuǎn)偏向力的定義：由于地球自轉(zhuǎn)而使空氣運(yùn)動方向發(fā)生偏離的力。它是使空氣運(yùn)動偏離水平氣壓梯度力方向的主要原因。其分量形式可寫成

水平地轉(zhuǎn)偏向力寫作其向量形式為地轉(zhuǎn)偏向力的特點(diǎn)：1、A是為解釋轉(zhuǎn)動的物體產(chǎn)生偏向而假想的力，只有物體相對于地面有運(yùn)動時產(chǎn)生的，物體靜止時，沒有A。2、A的方向與空氣運(yùn)動方向始終是垂直的，只改變空氣運(yùn)動的方向，不改變運(yùn)動的速度大小，在北半球，背風(fēng)而立，偏向運(yùn)動的右方，南半球則偏向左方。3、水平地轉(zhuǎn)偏向力與空氣運(yùn)動的速度成正比4、若空氣運(yùn)動的速度一定時，水平地轉(zhuǎn)偏向力與緯度成正比，緯度愈高水平地轉(zhuǎn)偏向力愈大。三、重力討論：1.重力的方向除赤道和極地外，均不指向地心。但是，由于地球是近似的橢圓體，調(diào)整的結(jié)果地球上任何地方重力都垂直于水平面向下。2.重力的大小隨緯度而增大，極地最大，赤道最小，一般采用45°緯度海平面的重力加速度值g=9.806m/s2地心引力與慣性離心力的合力，稱為重力單元重點(diǎn)內(nèi)容提要真實(shí)力與視示力的差異氣壓梯度力的概念、大小、方向地轉(zhuǎn)偏向力的特點(diǎn)

第二節(jié)控制大氣運(yùn)動的基本定律

一、全導(dǎo)數(shù)與局地導(dǎo)數(shù)的關(guān)系二、大氣運(yùn)動方程三、連續(xù)方程四、熱力學(xué)能量方程五、單元重點(diǎn)內(nèi)容提要六、教學(xué)思考題§1.2控制大氣運(yùn)動的基本定律

大氣運(yùn)動具有多種特征，影響大氣運(yùn)動的因子也很多，但大氣運(yùn)動總是受質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒等基本物理定律所控制。一、全導(dǎo)數(shù)和局地導(dǎo)數(shù)的關(guān)系設(shè)T=T(x,y,z,t)，因?yàn)閷τ谝欢ǖ臍鈮K而言，位置（x，y，z）也是時間t的函數(shù)，所以T是時間t的復(fù)合函數(shù)。由復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)可知是氣塊在運(yùn)動中溫度隨時間的變化率，稱為溫度的個別變化（率）。

討論：或是固定位置上溫度隨時間的變化率，稱為溫度的局地變化（率）。

是氣塊在溫度水平分布不均勻的區(qū)域內(nèi)保持原有的溫度作水平運(yùn)動而對局地溫度變化的影響，稱為溫度的平流變化。是空氣的垂直運(yùn)動引起的局地溫度變化，稱為對流變化。由此可知，溫度的局地變化等于溫度的個別變化、平流變化和對流變化的代數(shù)和。1.絕對速度與相對速度的關(guān)系牽連速度是由地球自轉(zhuǎn)所造成的可以證明，這種關(guān)系對于其他向量也是同樣適用。今用代替則得：于是有二、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的大氣運(yùn)動方程2.絕對加速度與相對加速度的關(guān)系絕對加速度相對加速度地轉(zhuǎn)偏向加速度向心加速度3.單位質(zhì)量空氣的絕對運(yùn)動方程4.旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的大氣運(yùn)動方程該式就是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中牛頓第二運(yùn)動定律的表達(dá)式，稱為單位質(zhì)量空氣的相對運(yùn)動方程，也就是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的大氣運(yùn)動方程。顯然，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，作用于大氣的力除了真實(shí)力外，還有兩個視示力（慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向力）。局地直角坐標(biāo)系中運(yùn)動方程的分量形式

局地直角坐標(biāo)系原點(diǎn)：地表某點(diǎn)；

x軸：沿原點(diǎn)所在緯圈切線方向指向東；

y軸：沿原點(diǎn)所在經(jīng)圈切線方向指向北；

z軸；指向當(dāng)?shù)靥祉敺较蛉⑦B續(xù)方程（質(zhì)量守恒定律的表達(dá)式）通過A面流入小立方體的空氣質(zhì)量通過B面流出小立方體的空氣質(zhì)量則x方向上的凈流入量為同理

y方向上的凈流入量為

z方向上的凈流入量為而總凈流入量為三者之和它應(yīng)該等于總質(zhì)量隨時間的變化即這就是連續(xù)方程。式中稱為質(zhì)量散度，即單位體積內(nèi)流體的凈流出量。凈流出時散度為正，凈流入時散度為負(fù)。該式表明，固定在空間的單位體積內(nèi)流體的凈流出量等于該單位體積內(nèi)流體質(zhì)量的減小。該式還可以改寫為或即其中為比容。所以速度散度就是流體在單位時間內(nèi)單位體積的變化率

。由連續(xù)方程可知——連續(xù)方程的另一種形式或式中稱為速度散度當(dāng)時，體積增大稱為輻散時，體積縮小稱為輻合因此，連續(xù)方程的意義就是：空氣塊在運(yùn)動過程中體積增大則密度減??；體積縮小則密度增大。水平速度散度和垂直速度的關(guān)系

對不可壓縮大氣有即

1.熱力學(xué)能量方程的普遍形式

（式中Q是由輻射、熱傳導(dǎo)和潛熱釋放而造成的單位質(zhì)量的加熱率）該式的意義是：系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于加入系統(tǒng)的熱量與系統(tǒng)對環(huán)境作功之差。⒉熱力學(xué)能量方程的變換形式

四、熱力學(xué)能量方程單元重點(diǎn)內(nèi)容提要個別變化與局地變化的區(qū)別與聯(lián)系平流變化的概念與表達(dá)式散度的概念與表達(dá)式輻合、輻散含義及流場形式第三節(jié)大尺度運(yùn)動系統(tǒng)的控制方程

一、尺度分析和大氣運(yùn)動系統(tǒng)分類二、大尺度系統(tǒng)的運(yùn)動方程三、大尺度系統(tǒng)的連續(xù)方程四、大尺度系統(tǒng)的熱力學(xué)能量方程五、單元重點(diǎn)內(nèi)容提要六、教學(xué)思考題第三節(jié)大尺度運(yùn)動系統(tǒng)的控制方程

一、尺度分析和大氣運(yùn)動系統(tǒng)的分類（一）尺度分析的必要性：1、便于數(shù)學(xué)上求解2、更好的反映大氣運(yùn)動的本質(zhì)（二）尺度

表征某氣象要素的最大值或特征值（三）表征尺度大小的方法－－數(shù)量級法

以10的冪次來表示尺度的大?。ㄋ模┐髿膺\(yùn)動系統(tǒng)的分類

——根據(jù)系統(tǒng)的水平尺度的大小來分（五）尺度分析概念：是針對某種類型的運(yùn)動估計(jì)基本方程中各項(xiàng)量級的一種簡便方法。

根據(jù)尺度，估計(jì)方程中各項(xiàng)的大小，結(jié)合物理意義的考慮，保留大項(xiàng)，略去小項(xiàng)，從而使方程得到簡化。二、大尺度系統(tǒng)的運(yùn)動方程根據(jù)中緯度天氣尺度系統(tǒng)的觀測值，各場變量的特征值如下：V~10W~10-2L~106H~104L/V~105△P/~103X分量方程各項(xiàng)尺度數(shù)量級水平運(yùn)動方程的尺度分析垂直運(yùn)動方程的尺度分析1.大尺度系統(tǒng)運(yùn)動方程的零級簡化所謂零級簡化，就是只保留方程中數(shù)量級最大的各項(xiàng)，而其他各項(xiàng)都略去不計(jì)?！剞D(zhuǎn)平衡方程

——靜力平衡方程上述方程只是一個診斷方程，不可用于預(yù)報式中稱為地轉(zhuǎn)參數(shù)地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡地轉(zhuǎn)平衡是指水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力相平衡。靜力平衡是指垂直方向氣壓梯度力和重力相平衡。2.大尺度系統(tǒng)運(yùn)動方程的一級簡化所謂一級簡化，除保留最大項(xiàng)外，還保留次大項(xiàng)，而將更小的各項(xiàng)略去不計(jì)。三、大尺度系統(tǒng)的連續(xù)方程零級簡化準(zhǔn)水平無輻散一級簡化表1.6四、大尺度系統(tǒng)的熱力學(xué)能量方程零級簡化該式表示大尺度系統(tǒng)中的局地溫度變化是由溫度平流和非絕熱因子共同作用的

。熱力學(xué)方程的一級簡化形式其中為“Z”坐標(biāo)系中的干絕熱溫度直減率；為“Z”坐標(biāo)系中溫度直減率小結(jié)：大尺度運(yùn)動系統(tǒng)的基本特征(中高緯)1.準(zhǔn)水平性：w<<u,v2.準(zhǔn)靜力性：垂直氣壓梯度力與重力相平衡3.準(zhǔn)地轉(zhuǎn)性：水平地轉(zhuǎn)偏向力與水平氣壓梯度力相平衡4.準(zhǔn)定常性：速度場隨時間變化緩慢

單元重點(diǎn)內(nèi)容提要大氣運(yùn)動系統(tǒng)分類標(biāo)準(zhǔn)尺度分析方法地轉(zhuǎn)平衡與靜力平衡的概念第四節(jié)“P”坐標(biāo)系中的基本方程組一、z坐標(biāo)系與p坐標(biāo)系的概念二、z坐標(biāo)系與p坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系式1.基本轉(zhuǎn)化關(guān)系式2.空間導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系式3.時間導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系式

4.兩坐標(biāo)系垂直速度轉(zhuǎn)換關(guān)系式三、“P”坐標(biāo)系中的連續(xù)方程四、“P”坐標(biāo)系中的運(yùn)動方程五、“P”坐標(biāo)系中的熱力學(xué)能量方程

單元重點(diǎn)內(nèi)容提要教學(xué)思考題一、z坐標(biāo)系與p坐標(biāo)系的概念

z坐標(biāo)系：以(x,y,z,t)為自變量，空間點(diǎn)的位置用(x,y,z)來表示。z坐標(biāo)系與等高面圖相對應(yīng)。p坐標(biāo)系：以(x,y,p,t)為自變量，空間點(diǎn)的位置用(x,y,p)來表示。p坐標(biāo)系與等壓面圖相對應(yīng)。兩坐標(biāo)系不同點(diǎn)：函數(shù)關(guān)系不同、垂直坐標(biāo)不同P坐標(biāo)成立的條件：大氣在垂直方向滿足靜力平衡二、z坐標(biāo)系與p坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系式

1.基本轉(zhuǎn)換關(guān)系式2.空間導(dǎo)數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系式令為等高面上F在x方向上的變化率

或?yàn)榈葔好嫔螰在x方向上的變化率P+PzxABCP則xz同理用復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)公式可得：水平氣壓梯度力的轉(zhuǎn)換在上幾式中令F=Z，并利用準(zhǔn)靜力平衡方程可得：由此可見，在等壓面上計(jì)算水平氣壓梯度力時，只要計(jì)算水平位勢梯度即可，而不必考慮密度的大小，所以應(yīng)用等壓面圖比應(yīng)用等高面圖要方便得多。3.時間導(dǎo)數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系式

如圖1.18所示

可得所以因?yàn)榱頕=Z,可得由此可見，兩坐標(biāo)系中要素的局地變化是不同的。但是，要素的個別變化與坐標(biāo)的選擇無關(guān)。所以要素的個別變化在任何坐標(biāo)系中都是一樣的。即但展開式不同z系:p系:兩坐標(biāo)系垂直速度的關(guān)系

聯(lián)系式因此兩坐標(biāo)系中垂直速度的符號總是相反。在上升運(yùn)動時w>0而ω<0；下沉運(yùn)動時w<0而ω>0由z坐標(biāo)系連續(xù)方程三、“P”坐標(biāo)系中的連續(xù)方程

代入靜力學(xué)方程及坐標(biāo)變換可得“P”坐標(biāo)系的連續(xù)方程

可以看出，“P系”中的連續(xù)方程比“z系”中的連續(xù)方程簡單得多，不含密度項(xiàng)。這也是分析等壓面圖較分析等高面圖的優(yōu)越性之一。零級簡化:一級簡化:四、“p”坐標(biāo)系中的運(yùn)動方程式中五、“P系”中的熱力學(xué)能量方程式中——“p”坐標(biāo)系中的溫度直減率——“p”系中干絕熱溫度直減率由展開后可得單元重點(diǎn)內(nèi)容提要“P”坐標(biāo)的概念“Z”“P”坐標(biāo)水平氣壓梯度力的轉(zhuǎn)換式W與ω的區(qū)別與聯(lián)系“P”坐標(biāo)系中全導(dǎo)數(shù)的展開形式

“P”坐標(biāo)系中的連續(xù)方程形式第五節(jié)風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系一、地轉(zhuǎn)風(fēng)二、梯度風(fēng)三、熱成風(fēng)四、地轉(zhuǎn)偏差五、單元重點(diǎn)內(nèi)容提要教學(xué)思考題

一、地轉(zhuǎn)風(fēng)

地轉(zhuǎn)風(fēng)是滿足地轉(zhuǎn)平衡關(guān)系的風(fēng)。由Z坐標(biāo)系中的地轉(zhuǎn)平衡方程：——矢量形式同樣可得“P”坐標(biāo)系的地轉(zhuǎn)風(fēng)：

——分量形式——矢量形式討論：地轉(zhuǎn)平衡只是一種近似的平衡關(guān)系。嚴(yán)格的說，它只有在中高緯度自由大氣大尺度系統(tǒng)中，當(dāng)氣流呈水平勻速直線運(yùn)動時才能成立。但是地轉(zhuǎn)風(fēng)與實(shí)際風(fēng)相差很小。在低緯地區(qū)因?yàn)閒很小，所以地轉(zhuǎn)平衡關(guān)系不成立。地轉(zhuǎn)風(fēng)與實(shí)際風(fēng)相差較大。地轉(zhuǎn)風(fēng)平行于等壓線，北半球背風(fēng)而立，低壓在左，高壓在右，南半球相反。地轉(zhuǎn)風(fēng)的大小與水平氣壓梯度（位勢梯度）成正比，等壓線越密集，地轉(zhuǎn)風(fēng)越大；地轉(zhuǎn)風(fēng)的大小與緯度成反比，相同的水平氣壓梯度下，高緯風(fēng)小，低緯風(fēng)大。地轉(zhuǎn)風(fēng)散度為零

（一）自然坐標(biāo)系中的水平運(yùn)動方程自然坐標(biāo)系的原點(diǎn)：取在某流線上；水平坐標(biāo)S軸：指向空氣運(yùn)動的方向；N軸：垂直于S軸，指向空氣運(yùn)動方向的左側(cè)；垂直軸即為“Z”或“P”。規(guī)定：S軸上單位向量為n軸上單位向量為二、梯度風(fēng)說明：在自然坐標(biāo)系中①S軸上速度的分量為v（恒為正)n軸上速度的分量為0

②S軸上的加速度為稱為切向加速度

n軸上的加速度為稱為法向加速度其中R為曲率半徑（k=1/R為曲率）并規(guī)定:氣旋的曲率半徑（逆時針彎曲時）為正，R>0;反氣旋的曲率半徑（順時針彎曲時）為負(fù)R<0

③S軸上的氣壓梯度力為

n軸上的氣壓梯度力為④S軸上的偏向力為0n軸上的偏向力為（在n軸的負(fù)方向）⑤自然坐標(biāo)系中，一級簡化水平運(yùn)動方程（二）梯度風(fēng)

梯度風(fēng)是氣壓梯度力，地轉(zhuǎn)偏向力，慣性離心力三力平衡時，空氣沿等壓線的曲線運(yùn)動。自然坐標(biāo)系中梯度風(fēng)方程為

由S軸方程可知等壓線與流線重合（所以梯度風(fēng)與等壓線平行）討論：1.梯度風(fēng)平衡a).空氣體作氣旋式運(yùn)動即氣旋式環(huán)流的中心為低壓環(huán)流的中心∵b).空氣體作反氣旋式運(yùn)動

∵∴可以大于0也可以小于02.梯度風(fēng)速率c).天氣圖應(yīng)用

高壓中心位置標(biāo)注在反氣旋式環(huán)流中心低壓中心位置標(biāo)注在氣旋式環(huán)流中心由梯度風(fēng)方程討論：a).氣旋性環(huán)流根號前取正號,

合理根號前取負(fù)號,不合理又因?yàn)樗詁).反氣旋性環(huán)流根號前取負(fù)號綜上所述，無論是氣旋還是反氣旋，梯度風(fēng)公式均為：

所以根號前取正號合理，且合理但由于Vf必須是實(shí)數(shù)，所以要求上式根號內(nèi)必須為正數(shù)。對于反氣旋因此要滿足上述要求就必須：也即在反氣旋中，在一定的緯度上，氣壓梯度和風(fēng)速要受到曲率半徑的限制。曲率半徑越小，則氣壓梯度越小，風(fēng)速也越小。故實(shí)際分析中，越接近高壓中心等壓線越稀疏，風(fēng)速也較小。對于氣旋，根號內(nèi)始終為正數(shù)，所以氣旋內(nèi)的風(fēng)速和氣壓梯度不受曲率半徑的限制，可無限增大。故實(shí)際分析中，低壓中心附近等壓線可分析的密集些。3、梯度風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)的比較

梯度風(fēng)方程：地轉(zhuǎn)風(fēng)方程：兩式聯(lián)立得到：

討論：1.氣旋式運(yùn)動，梯度風(fēng)速﹤地轉(zhuǎn)風(fēng)速

2.反氣旋式運(yùn)動，梯度風(fēng)速﹥地轉(zhuǎn)風(fēng)速

3.直線運(yùn)動，梯度風(fēng)趨于地轉(zhuǎn)風(fēng)1.地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的改變量稱為熱成風(fēng)由“P”系中的地轉(zhuǎn)風(fēng)方程得到熱成風(fēng)方程三、熱成風(fēng)代入壓高公式分量形式：得熱成風(fēng)的另一表達(dá)式分量形式討論：1、熱成風(fēng)與等平均溫度線（或等厚度線）平行，背熱成風(fēng)而立，低溫在左，高溫在右。2、熱成風(fēng)的大小與平均溫度梯度（或厚度梯度）成正比，與緯度成反比，等溫線越密集熱成風(fēng)越大。3、熱成風(fēng)與㏑P1/P2有關(guān)，當(dāng)溫度梯度不變時，P1與P2間的層次越大，則熱成風(fēng)越大。2、熱成風(fēng)與冷暖平流

自下而上地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)時氣層中有冷平流;自下而上地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)時氣層中有暖平流。

3、中緯度系統(tǒng)的溫壓場結(jié)構(gòu)1）在中緯度對流層中，溫度分布是南暖北冷，溫度梯度指向北，熱成風(fēng)指向東，且越到高層熱成風(fēng)越大。因此，越到高層地轉(zhuǎn)風(fēng)速越向東偏，所以高層主要是西風(fēng)氣流。2）中緯度系統(tǒng)溫壓結(jié)構(gòu)的基本特征是：地面閉合高壓和低壓系統(tǒng)在高空轉(zhuǎn)變?yōu)槲黠L(fēng)氣流的波狀槽脊形式，并且高空溫度槽脊落后于氣壓槽脊，地面低壓中心位于高空槽前脊后，地面高壓中心位于高空槽后脊前。這種結(jié)構(gòu)稱為溫壓場不對稱結(jié)構(gòu)或斜壓模式。4.正壓大氣當(dāng)大氣中密度的分布僅僅隨氣壓而變時，即≡(p)，這種狀態(tài)的大氣稱為正壓大氣。正壓大氣的特點(diǎn)：①在正壓大氣中等壓面就是等密度面，也是等溫面。②在正壓大氣中等壓面上沒有溫度梯度，因而也沒有熱成風(fēng)。這就是說，在正壓大氣中，地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度不發(fā)生變化。斜壓大氣當(dāng)大氣中密度的分布不僅隨氣壓而且隨溫度而變時，即≡(P,T)，這種狀態(tài)的大氣稱為斜壓大氣。①在斜壓大氣中，等壓面與等密度面（或等溫面）是相交的。②在斜壓大氣中，等壓面上具有溫度梯度，因而也就有熱成風(fēng)。這就是說，在斜壓大氣中，地轉(zhuǎn)風(fēng)是隨高度而發(fā)生變化的。一般來說，大氣的狀態(tài)都是斜壓的。

實(shí)際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)的矢量差稱為地轉(zhuǎn)偏差。地轉(zhuǎn)偏差的重要作用：地轉(zhuǎn)偏差使實(shí)際風(fēng)穿越等壓線，引起氣壓場的改變；并使大氣動能改變，促使風(fēng)速變化；地轉(zhuǎn)偏差也是造成垂直運(yùn)動的重要原因。四、地轉(zhuǎn)偏差（偏差風(fēng)）1.摩擦層中的地轉(zhuǎn)偏差

設(shè)摩擦層中的實(shí)際風(fēng)是氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力三力平衡的空氣運(yùn)動。所以摩擦層中的水平運(yùn)動方程寫為：

分量形式代入地轉(zhuǎn)風(fēng)方程：得到討論:①摩擦層中的地轉(zhuǎn)偏差與摩擦力相垂直并且指向摩擦力的右側(cè)②摩擦力的作用使實(shí)際風(fēng)速減小，并使風(fēng)向偏向低壓一側(cè)。摩擦力越大，偏角越大，風(fēng)速越小。統(tǒng)計(jì)結(jié)果風(fēng)向偏角陸地35—45%35°—45°

海上60—70%15°—20°

③

在北半球的摩擦層中，低壓中的空氣逆時針向內(nèi)輻合，引起上升運(yùn)動和云雨天氣；高壓中的空氣順時針向外輻散，引起下沉運(yùn)動和晴好天氣。2.自由大氣中的地轉(zhuǎn)偏差氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力不平衡，必然產(chǎn)生加速度，引起地轉(zhuǎn)偏差。由一級簡化運(yùn)動方程代入地轉(zhuǎn)風(fēng)方程得到：該式表明，自由大氣中的地轉(zhuǎn)偏差垂直于加速度并且指向加速度的左側(cè)改寫上式：討論：①第一項(xiàng)

3.地轉(zhuǎn)偏差的定性分析討論：此部分偏差風(fēng)與變壓梯度有關(guān)，故稱為變壓風(fēng)變壓風(fēng)方向與變壓梯度方向一致。即垂直于等變壓線指向變壓代數(shù)值小的方向。故負(fù)變壓中心有變壓風(fēng)的輻合；正變壓中心有變壓風(fēng)的輻散。變壓風(fēng)的大小與變壓梯度成正比，等變壓線越密，變壓風(fēng)越大。代入地轉(zhuǎn)風(fēng)方程得②第二項(xiàng)寫成自然坐標(biāo)——法向（橫向）地轉(zhuǎn)偏差——縱向（切向）地轉(zhuǎn)偏差地轉(zhuǎn)風(fēng)在前進(jìn)方向上增大（如等高線沿氣流方向輻合），則產(chǎn)生指向低壓一側(cè)的地轉(zhuǎn)偏差。相反，地轉(zhuǎn)風(fēng)在前進(jìn)方向上減小（如等高線沿氣流方向輻散），則產(chǎn)生指向高壓一側(cè)的地轉(zhuǎn)偏差。橫向地轉(zhuǎn)偏差