天气学原理

2024年3月15日发(作者：高二学期个人总结)

天气学原理基础

一、大气运动的基本特征

1、真实力：气压梯度力、地心引力、摩擦力

（1）气压梯度力：作用于单位质量气块上的净压力，由于气压分布不

均匀而产生

（2）地心引力：地球对单位质量空气的万有引力 不变，指向地

心。

（3）摩擦力：单位质量空气受到的净粘滞力 一般只在行星边界层

（摩擦层）考虑摩擦作用，自由大气中则忽略摩擦作用。

2、视示力：惯性离心力、地转偏向力

惯性离心力：地球受到了向心力的作用却不作加速运动，违背牛顿第二

定律，为了解释这种现象引入惯性离心力，其大小与向心力相等而方向

相反

地转偏向力(科氏力）：观测者站在旋转地球上观测单位质量空气块运

动，发现在北半球有一个向右偏的力，在南半球向左偏的力。称此力为

地转偏向力，又名科氏力。由于坐标系的旋转导致物体没有受力却出现

加速度，违背牛顿第二定律，从而引入，以使牛顿运动定律在旋转参考

系中成立

地转偏向力的特点：

在纬圈平面内；只改变气块运动方向，不改变其速度大小；在北半球，

地转偏向力指向运动方向右侧，在南半球，地转偏向力指向运动方向左

侧；地转偏向力的大小与相对速度成正比

重力：地心引力与惯性离心力的合力。重力垂直于水平面，赤道最小，

极地最大

重力是垂直方向上的，而大气运动是准水平的； 科氏力始终垂直于速

度方向，故只改变方向 ，不作功； 所以，引起大气运动的最重要作用

是：由于压力分布不均匀而产生的压力梯度力（热力作用引起的） 。

3、控制大气运动的基本规律：能量守恒、质量守恒、动量守恒

牛顿第二运动定律——运动方程

质量守恒定律——连续方程

能量守恒定律——热力学能量方程

气体实验定律——气体状态方程

4、地转风

地转风是自由大气中水平气压梯度力和地转偏向力相平衡时的空气的

水平运动。风沿等压线（等高线、等位势线）吹，背风而立低压在左高

压在右

地转风性质：

1）地转关系是在无摩擦，不考虑加速度和垂直方向的地转偏向力的情

况下近似成立的

赤道上（φ=0）水平地转偏向力为零，地转风不存在

2）地转风的大小与水平气压梯度力成正比

3）地转风与等压线平行，在北半球，背风而立，低压在左高压在右，

南半球，背风而立，低压在右高压在左（风压定律）

4）地转风速大小与纬度成反比，但在赤道上=0地转平衡不成立。无科

氏力存在，所以低纬度不能用地转风近似。

5、梯度风

空气块作曲线运动，风沿等压线或等位势线吹，在三个力，即水平气压

梯度力、水平地转偏向力、惯性离心力的作用下风呈气旋性弯曲（逆

时针旋转）或反气旋性弯曲（顺时针旋转），这种风称为梯度风。

（1）适用范围：北半球中高纬地区，大尺度系统运动，曲线 运动，三

力平衡。

（2）气压场风场高压周围的风场是顺时针旋转，低压周围的风场是逆

时针旋转。

流线与轨迹：

（1）定义流线：是指在某一固定时刻，处处与风向相切并指向气流方

向的曲线。轨迹：是指在某一段时间内个别空气块运动的路径。

（2）流线能表现在某一时刻的天气图上，而 轨迹却不能。所以日常

中，等压线、等高线近似为流线，不能当作轨迹线。

6、热成风：地转风随高度的改变量

（1） 适用范围：北半球中高纬度地区，自由大气中大尺度系统。

（2） 大小：a． 与纬度成反比，与等厚度线的疏密成正比b． 与纬度、

等压面差距、温度有关（3） 方向热成风沿气层的等厚度线（等平均温

度线）吹，背风而立，厚度（平均温度）高的在右。

地转风随高度顺转有暖平流，地转风随高度逆转有冷平流

正压大气：大气中密度的分布仅仅随着气压而变，等压面和等密度面

（等温面）重合，没有热成风

斜压大气：大气中密度的分布不仅随气压变化，还随温度变化。等压面

和等密度面（或等温面）是相交的。等压面上具有温度梯度，地转风随

高度变化，就有热成风