北京大学：《大气动力学基础》精品课程教案讲义_第三章 自由大气中的平衡运动（3.2）

§2自由大气中的平衡运动 HHHMHMHNHHMMPNMNHMHMNHHHMHHNNPNHHNHNHHHMMNNNHNMNPNNHHHHHNNNPHHHNNNHHHMMNPHHHNHP 3、旋转平衡与旋转风 旋转风:自由大气中,曲率半径较小的空气质点的等速圆周运动。此时, 科氏力相对于气压梯度力和离心力可以忽略 R --旋转平衡,离心力与气压梯度力的平衡 R ap p an/=k DV h R2×x0,口0;R,O,2×0 n 旋转风对应的都是低压。它既可是气旋式旋转 也可以是反气旋式旋转。实际气旋式多,说明F DF 科氏力形成初期起有一定作用

§2 自由大气中的平衡运动 3、旋转平衡与旋转风 旋转风：自由大气中，曲率半径较小的空气质点的等速圆周运动。此时， 科氏力相对于气压梯度力和离心力可以忽略： n p R V t h ∂ ∂ = − ρ 1 2 ---旋转平衡，离心力与气压梯度力 的平衡 c t h V n R p V = ⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ∂∂ = − 1 2 ρ M0 ‡0 ‡0 M0 n p R n p Rt t ∂∂ ∂∂ , ; , Fe ˆ Fe ˆ D D Vh ˆ Vh Fp ˆ ˆ Fp 旋转风对应的都是低压。它既可是气旋式旋转 ˆ 也可以是反气旋式旋转。实际气旋式多，说明 科氏力形成初期起有一定作用

§2自由大气中的平衡运动 HHHMHMHNHHHMPNNNHMHMNHHHMHHNNPNHHMHNHHHMHNNNNHMNPMNHHHHHNNNHHHHNNNHMHHNNPHHHMNN 离心力_Vn 科氏力R fR Ro R,=300m,V=30m/s,∫=10/s→>R=10 例子:龙卷风 Tornado: 直径:典型值100600m,极端12米,16公里 life:典型值几分钟,极端:几小时 Path:典型值几公里,极端:几百公里 美国:70个/年,中部平原最多,经常发生龙卷群,一个强风暴产生数个龙卷 风。1925.3.18:7个龙卷风,跨三州,行程703公里,死亡695人。1974.3.3-4 16小时,148个龙卷,13州,死亡307人,600Mi11ion 中国:对流多,龙卷少。1967.3.26,上海,房一万余间,2×铁塔拔起或 扭折。 破坏主要是龙卷大风和压差:100mb低于四周。例:-列火车连同117人被举 起,移动25m;一幢校舍被摧毁,85个学生被卷起100米,无一人死亡

§2 自由大气中的平衡运动 0 2 R fR V fV RV t h h t h = = = 科氏力 离心力 3 0 4 =300 = 30 =10 → =10 − Rt m, Vc m/s, f /s R 例子： 直径：典型值100—600m，极端12米，1.6公里 life：典型值几分钟，极端：几小时 Path：典型值几公里，极端：几百公里 美国：70个/年，中部平原最多，经常发生龙卷群，一个强风暴产生数个龙卷 风。1925.3.18：7个龙卷风，跨三州，行程703公里，死亡695人。1974.3.3-4： 16小时，148个龙卷，13州, 死亡307人，600Million 中国：对流多，龙卷少。1967.3.26，上海，房一万余间，22座铁塔拔起或 扭折。 破坏主要是龙卷大风和压差：100mb低于四周。例：一列火车连同117人被举 起，移动 25m；一幢校舍被摧毁，85个学生被卷起100米，无一人死亡。 龙卷风Tornado:

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Warm evening air and an intense fire combined to make conditions for dust devils. here three of them are dancing near the man

Warm evening air and an intense fire combined to make conditions for dust devils. Here three of them are dancing near the man

Dust Devil on Mars strack shadow dust 500 m

Dust Devil on Mars

§2自由大气中的平衡运动 HHHdHdHHHHHdHNHHHHHMNHHHMHHNNHHHHNHHHHHHHNdHHHHHHNNHHHHdHMHHHHHNHNHHHHHNHHHHHHd 4、惯性平衡与惯性风 惯性风:自由大气中,空气质点在科氏力和离心力的作用下的等速圆周运动。 dp dv, ap 0,--无元气压梯度力 as dt an 代+m=0-惯性平衡:科氏力与离心力的平衡 Vh=-f1=V→f口0 因此,北半球是反气旋是旋转;南半球是气旋式旋转。质点绕圆一周所需时间 2TR,2T dgy/sinφ=摆日 v2sinφ2

§2 自由大气中的平衡运动 4、惯性平衡与惯性风 惯性风：自由大气中，空气质点在科氏力和离心力的作用下的等速圆周运动。 0 2 + h = t h fV RV = 0, ∂∂ = = ∂∂ np dt dV sp h ---惯性平衡：科氏力与离心力的平衡 Vh = − fRt =Vi → fRt ‡0 ----无气压梯度力 因此，北半球是反气旋是旋转；南半球是气旋式旋转。质点绕圆一周所需时间 摆日 2 1 2 1 2 2 2 = = Ω = = φ φ π π sin sin day V R T i t Fc ˆ Fe ˆ Vh ˆ