当前课程知识点：天气学 > 第七章 > 第七章习题 > 1.5 热成风
同学们大家好
我是袁俊鹏老师
欢迎大家来到天气学课堂
前面我们已经学习了地转风的概念
也知道对流层高层和低层的地转风会有差异
在天气学中我们用热成风这个概念
来表达高低层地转风的差异
今天我们来一起学习热成风的概念
我们首先来看热成风的定义
是指高层的地转风减去低层地转风的矢量差
我们用Vg2代表高层地转风
用Vg1代表低层地转风
那么热成风就是高层与低层地转风的差
用Vt表示
从热成风的公式也可以看出
热成风就是地转风随高度的变化
下面我们来推导热成风的公式
为简单起见
我们采用P坐标来推导
分别将高层和低层的地转风公式代入热成风公式
进行合并同类项
就可以得到（1）式
（1）式中H2-H1
是高层和低层等压面之间的厚度差
那么▽(H₂-H₁)就是厚度梯度
将以前学过的厚度公式代入（1）式后
经过变换就可以得到（2）式
（2）式就是热成风的公式
从（2）式中我们可以看到
热成风与高层和低层等压面之间的温度差异有关
也就是说热成风形成的根本原因
是不同高度之间有热力差距
也正是因为这个原因
我们把地转风随高度的变化称为热成风
请大家回顾下我们上节课学习过的地转风公式
Vg公式中含有X乘的结构
表示地转风沿着等高线吹
与坡度垂直
我们再来看下今天得到的热成风的公式
热成风Vt的公式也是X乘的结构
那么同样
热成风的方向应该是沿着等温线方向吹
与等温线梯度相垂直
同样
套用之前学习的地转风表达式
中风压定律的所描述的物理图像
我们就可以得到
热成风公式描述的物理图像
热成风沿着等温线“吹”
在北半球背热成风而立
左冷、右暖
南半球则相反
我们这里举个简单的例子
来帮助大家理解
假设温度的分布如图所示
南暖、北冷
那么温度梯度的方向是由南指向北
根据热成风的公式
利用右手法则
可以得到热成风的方向是沿着等温线“吹”
左侧冷、右侧暖
根据公式还可以看出
热成风大小与温度梯度成正比
锋区温度梯度大热成风大
此外热成风还与等压面的厚度正相关
若从地面到对流层顶
则热成风最大
故高空急流都在对流层顶
热成风的成因是因为在垂直方向上有热力差距
那么反过来
如果知道了热成风
就可以反过来判定冷暖平流
在天气分析中
也经常会使用热成风原理
来定性判断冷暖平流的情况
大致的思路是这样的
首先根据温度的分布
可以绘制出等温线的分布图
然后判断出温度梯度的方向
然后根据热成风原理
有了温度梯度的方向
就可以判断出热成风Vt的方向
因为VT是高层地转风Vg2
减去低层地转风Vg1的矢量差
所以高层和低层地转风的情况可能是这样的
也可能是这样的
我们先来看第一种情况
地转风是从南吹向北
这种情况下
高层和低层的地转风都是从南吹向北的南风
往往所携带的温度平流
是来自于南方的暖平流
预示着气层中有暖平流的出现
而这时候地转风随着高度
从低层到高层
是沿着顺时针的方向变化的
因此我们就可以到一条天气分析中
判定冷暖平流的预报规则
地转风随高度顺转
预示着气层中有暖平流
那么我们再来看第二种可能的情况
地转风是从北吹向南
这种情况下
高层和低层的地转风都是偏北风
往往所携带的温度平流
是来自于北方的冷平流
预示着气层中有冷平流的出现
而这时候地转风随着高度
从低层到高层是沿着逆时针的方向变化的
因此我们就可以到另一条天气分析中
判定冷暖平流的预报规则
地转风随高度逆转
预示着气层中有冷平流
这两条预报规则
在实际的天气分析种
可以采用地转风随高度的变化
快速的判断气层中冷暖平流的情况
使用起来非常便捷
其理论依据就是热成风原理
今天和大家一起学习了热成风的概念
最后请大家思考一个问题
为什么北半球中高纬地区对流层顶附近
存在一支强劲的西风急流
大家可以结合今天学习的热成分原理的内容
深入思考后做出回答
好了今天的课
就到这儿了
同学们下节课再见
