地转运动
等压线为一族平行的直线时的平衡流场
等压线为一族平行的直线时的平衡流场称为地转运动(geostrophic motion),或称为地转风场。在地转运动中,水平气压梯度力科里奥利力相平衡。实际风场不大可能是严格的地转风场。然而尺度分析表明,中纬度自由大气中水平气压梯度力与科里奥利力近似地相平衡,运动是准水平、准定常的,而这些正是地转运动的主要特征。
定义
等压线为一族平行的直线()时的平衡流场称为地转运动,或称为地转风场。
相关方程
在地转运动中,水平气压梯度力科里奥利力相平衡。这一平衡关系表示在图1 中。若Vg表示地转风速的大小,则有:
若从矢量形式的水平运动方程出发,则地转运动的动力学关系为
其中 k 和 Vg 为矢量。以矢量k 乘以上式得到
上式表明地转风方向与等压线相平行,在北半球(f >0),高压在速度方向右侧,低压在速度方向左侧;地转风大小与水平气压梯度成正比,与密度纬度的正弦成反比。写成分量形式有
静力平衡条件下可采用 p 坐标系,p 坐标系中地转运动的动力学关系为
由此得到
p 坐标系中地转风表达式要比 z 坐标西中简单,不再出现密度因子。又地转风大小为
式中 N 为位势梯度方向,故地转风大小和等压面坡度成正比,等压面坡度愈大,地转风速也愈大。
应该指出,以上定义的地转运动必须满足一下条件:
(1)气流方向无外力分量;
(2)运动是水平的,定常的;
(3)水平气压梯度力与科里奥利力严格相平衡。
因此,实际风场不大可能是严格的地转风场。然而尺度分析表明,中纬度自由大气中水平气压梯度力与科里奥利力近似地相平衡,运动是准水平、准定常的,而这些正是地转运动的主要特征。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 12:16
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概述
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