当前课程知识点：天气学 > 第七章 > 第七章习题 > 1.3 地转风
同学们
大家好
欢迎大家来到《天气学》课堂
前面我们已经学习了尺度分析方法
采用尺度分析方法可以简化
大气运动方程组
在大尺度假定条件下
水平方向上的0级简化方程显示
在水平方向上满足气压梯度力
与地转偏向力二力平衡
它揭示了中纬度大尺度运动中
最主要的一种平衡关系
这种平衡关系说明大尺度运动具有
准平衡运动的特征
也揭示出
风场和气压场之间的一种平衡关系
我们通常把这种平衡关系称为地转平衡
满足这种平衡关系的风场称为地转风
这节课我们主要给大家介绍
地转平衡和地转风的概念
在中纬度地区自由大气的大尺度运动中
在水平方向上通常是满足气压梯度力
和地转偏向力二力平衡的
这种平衡被称为准地转平衡
地转平衡下的大气水平运动就是地转风
中高纬度自由大气大尺度的水平运动
通常上是适应地转平衡的
在理解了地转风的概念后
我们再来看一看在常用的坐标系下
地转风的表达关系式
在Z坐标系下
大尺度自由大气水平运动的
0级简化方程可以写为（1）式
（1）式表示地转偏向力和
气压梯度力二力平衡
这就是Z坐标系下地转平衡的方程式
用（1）式叉乘K
就可以得到z坐标系下
地转风vg的二维矢量表达式
同样
也可以分别写为纬向和经向的
地转风分量表达式
在P坐标系中
我们也可以通过类似的方法求解
地转平衡方程式（2）式
得到P坐标系下的地转风矢量公式和
纬向和经向的地转风分量表达式
此外
我们在分析和描述大气中的运动时
还经常会使用到自然坐标系
自然坐标系中
常把大气运动的方向设为
自然坐标系的流线方向
因此自然坐标系中主要是求解
速度大小的问题
地转平衡在自然坐标系中可以描述为
在法线方向地转偏向力和
气压梯度力二力平衡的问题
如（3）式所示
求解（3）式可以得到
自然坐标系下地转风vg的表达式
以上几种坐标系都是
大气科学分析和研究中常用的坐标系
在这些坐标系下
地转平衡和地转风的表达式需要牢记
熟悉了地转平衡和地转风的表达式
我们再来看下它所表达的
物理含义是什么呢？
地转平衡描述的是怎样的一个过程
假设
在北半球中纬度地区自由大气中
气压场是这样分布的
我们就可以判断出
气压场的高低压分布情况
这样的话就知道气压梯度力的方向
是由高压指向低压
如果满足准地转平衡
那么地转偏向力和气压梯度力大小相等
方向相反
就可以知道地转偏向力的大小和方向
在北半球
地转偏向力与大气运动的方向垂直
并且指向运动方向的右侧
因此
我们也可以推断出大气运动的方向
这样的话
在满足准地转平衡时
大气运动的方向
也就是地转风的方向是沿着等压线吹的
地转风的本质
是描述了中纬度地区
自由大气大尺度运动中
风场与气压场的关系
这个关系又被称为
白贝罗风压定律
地转风沿等压线吹
在北半球
背对着风的来向而立
左边是低压
右边是高压
如果是在南半球
相反
背风而立
左高压
右低压
请大家来看看实际观测资料中的情况
这是一张NECP再分析资料得到的
北半球近30年气候平均的结果
蓝色线表示500百帕的气压场
黑色的风羽表示500百帕风场
可以看到在中纬度地区的高空
风的方向基本是沿着等压线吹
这反映出
中纬度自由大气大尺度运动
基本是满足准地转关系的
那么
地转风也是中纬度大尺度大气水平运动的
主要形式
同时
我们还可以看到
地转风的大小和气压梯度成正比
天气图上等压线密集的地方地转风比较大
等压线稀疏的地方
地转风就比较小
我们总结一下今天学习的
关于地转平衡和地转风的内容
首先
中纬度自由大气大尺度运动
基本是满足准地转关系的
地转风也是
中纬度大尺度大气水平运动的主要形式
地转风的本质是描述
中纬度地区自由大气大尺度运动中
风场与气压场之间的关系
这个关系可以用白贝罗风雅定律来描述
地转风沿等压线吹
在北半球
背风而立
左低右高
在南半球相反
背风而立
左高右低
地转风大小与气压梯度成正比
天气图上等压线或等高线密集的地方
地转风往往比较大
从实际的观测资料我们也可以看到
地转平衡和地转风理论适用于
描述中纬度地区的高空自由大气风场和
气压场的平衡关系
地转风是那里的大尺度大气运动的主要形式
然而
在赤道低纬度地区
风场和气压场的匹配关系却比较差
这是因为在赤道附近没有地转偏向力
不存在地转平衡关系
而在低纬度
由于纬度小
地转偏向力太小
难以和气压梯度力相抗衡
所以往往也不满足地转平衡关系
因此
在热带地区研究天气系统的变化需要考虑
非地转部分
此外
需要指出的是
在近地面以及摩擦层
由于摩擦力很大
不能够忽略
也不满足准地转平衡关系
这时要考虑因为摩擦力引起的非地转部分
严格来说
地转风描述的是
气压梯度力与地转偏向力二力平衡时
风沿着等压线做近似直线式的运动
但是
在这些等压线有明显弯曲的地方
气流也作显著的弯曲运动
那么
在这些地方
满不满足地转平衡关系呢
这种情况下大气的受力情况
以及风场气压场之间的关系又如何呢
这些问题请大家课下思考
下节课我们再给大家解答
好了
今天的课
就到这儿了
同学们
下节课再见
