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1、第四章 空气的水平运动风第一节 概述一、风(wind)的定义、单位和表示方法1、定义空气相对海底所作的水平运动，称为风。2、风速单位时间内空气在水平方向上移动的距离，单位：m/s，km/h，kn（节，nm/h）。1m/s2kn。风级（Beaufort）：017级风速与风级的关系：V0.836B3/2风压：P0.613V23、风向风的来向，用方位度数（0360）表示，或方位表示。第二节 作用于空气微团上的外力一、水平气压梯度力Gn1、水平气压梯度（P/n）垂直于等压线，沿气压减小的方向，单位距离内的气压差。1）大小：在天气图上，等压（高）线越密，水平气压梯度越大；等压（高）线越疏，水平气压梯度越
2、小。单位：hPa/m，或，hPa/赤道度，1赤道度60nm，约111km。2）方向：垂直于等压线，由高压指向低压。2、水平气压梯度力GnP/（n）1）大小：与水平气压梯度成正比，在天气图上，等压（高）线越密，水平气压梯度力越大；等压（高）线越疏，水平气压梯度力越小。与空气密度成反比，高空小，Gn增大；低空大，Gn小。2）方向：同水平气压梯度。二、水平地转偏向力An1、大小：An2Vsin1) 物体相对地表静止时，An0。2）V越大，An越大。3）0，sin0，An0，赤道上没有地转偏向力。4）越大（纬度越高），An越大。2、方向：垂直于运动去向，北半球偏于右手一侧，南半球偏于左手一侧。只改变运
3、动方向，不改变速度大小。三、惯性离心力C1、大小：CV2/rV越大，C越大；r越小，C越大。2、方向：沿曲率半径由圆内指向圆外，与切向速度垂直，只改变运动方向，不改变切向速度大小。四、摩擦力R1、大小：RV与摩擦系数成正比，与风速V成正比。有浪海面比平静海面大。2、方向：与运动方向相反，起到阻力作用。总结：由上述讨论可见，只有水平气压梯度力与初始风速无关，因此，该力是使空气产生运动的直接原动力。当这四个力的合力等于零时，空气静止或作匀速运动，即为平衡运动。在自由大气中，可以忽略摩擦力，简单的平衡运动表现为匀速直线运动（地转风）和匀速圆周运动（梯度风）。下节即讨论这两种风。第三节 地转风和梯度风
4、（自由大气中的风）一、地转风（Geostrophic Wind）1、定义自由大气中，空气的匀速水平直线运动。2、力的平衡水平气压梯度力与水平地转偏向力平衡。GnAn，方向相反，作用在同一条直线上。3、Vg的大小，VgP/（2sinn）1）与水平气压梯度成正比，在天气图上，等压（高）线越密，地转风越大；等压（高）线越疏，地转风越小。2）与空气密度成反比，高空小，地转风增大；低空大，地转风小。3）与sin成反比，纬度越高，Vg越小；0（赤道上），Vg趋近无穷，说明地转风不存在。4、风向白贝罗风压定律。风沿等压线吹，背风而立，北半球高压在右，低压在左；南半球正好相反。5、地转风的计算公式法：VgP/
5、（2sinn）将1.293kg/m3和值代入得Vg4.78P/（sinn） (水平气压梯度单位：hPa/赤道度，或hPa/纬距)二、梯度风（Gradient Wind）1、定义自由大气中，空气的水平匀速曲线运动。2、力的平衡水平气压梯度力、水平地转偏向力和惯性离心力达到平衡。高压中（反气旋）：GnCAn低压中（气旋）： AnCGn3、主要结论：1）北半球，高压中的风顺时针旋转，低压中的风逆时针旋转；南半球，高压中的风逆时针旋转，低压中的风顺时针旋转。风向与气压场之间满足白贝罗风压定律。2）梯度风风速与水平气压梯度、纬度的正弦、空气密度和曲率半径有关。3）低压（气旋）区中的水平气压梯度不受限制；
6、高压（反气旋）中的水平气压梯度不能超过某一临界值。4）反气旋区内，边缘风速较大，中心附近微风或者静风；曲率较小（曲率半径大）处，即等压线平直处，等压线密，风速大；曲率较大（曲率半径小）处，即等压线弯曲较大处，等压线疏，风速较小。5）中高纬度反气旋的风速较大，低纬度反气旋内风速较小。6）Va（反气旋中的风）Vg（地转风）Vc（气旋的风）第四节 摩擦层中的风一、摩擦力对风速、风向的影响1、对风速的影响风速减小。陆面上，实际风速/地转风速1/31/2；海面上，实际风速/地转风速3/52/3。海上经验公式：Vo65Vg。2、对风向的影响风去向斜穿等压线偏向低压一侧，与等压线的交角，在中高纬陆上，为35
7、45；海上，1020。风压定律的修正：背风而立，北半球，高压在右后方，低压在左前方；南半球，高压在左后方，低压在右前方。高气压（反气旋）：北半球，顺时针由中心向外辐散；南半球，逆时针由中心向外辐散。低气压（气旋）：北半球，逆时针由外向中心辐合；南半球，顺时针由外向中心辐合。三、风随高度的变化随高度的升高，风速增大，北半球风向逐渐右偏，南半球逐渐左偏，摩擦层顶处，风速接近地转风，风向接近地转风向。近地面层（30m50m以下），风随高度的变化不明显。第五节 地形的动力作用和地方性风一、地形的动力作用1、狭管效应：当气流从开阔地区进入峡谷地形时，风速加大，风向被迫改变沿峡谷走向的现象。台湾海峡：夏季西南大风；冬季东北大风。2、岬角效应：当气流流经向海中突出的半岛或山脉尽头时，会造成气流辐合、流线密集，使风力大大加强的现象。山东半岛成山头、南美合恩角、南非好望角处风力比周围海域大。
