-
地轉運動
鎖定
等壓線為一族平行的直線時的平衡
流場稱為地轉運動(geostrophic motion),或稱為地轉風場。在地轉運動中,水平
氣壓梯度力與
科里奧利力相平衡。實際風場不大可能是嚴格的地轉風場。然而
尺度分析表明,
中緯度自由大氣中水平氣壓梯度力與科里奧利力近似地相平衡,運動是準水平、準定常的,而這些正是地轉運動的主要特徵。
地轉運動定義
等壓線為一族平行的直線(
)時的平衡
流場稱為地轉運動,或稱為地轉風場。
[1]
地轉運動相關方程
在地轉運動中,水平
氣壓梯度力與
科里奧利力相平衡。這一平衡關係表示在圖1 中。若V
g表示地轉風速的大小,則有
[1]
:
若從
矢量形式的水平運動方程出發,則地轉運動的動力學關係為
其中 k 和 Vg 為矢量。以矢量k 乘以上式得到
上式表明地轉風方向與
等壓線相平行,在北半球(
f >0),
高壓在速度方向右側,低壓在速度方向左側;
地轉風大小與水平氣壓梯度成正比,與
密度和
緯度的正弦成反比。寫成分量形式有
[1]
靜力平衡條件下可採用 p 座標系,p 座標系中地轉運動的動力學關係為
[1]
由此得到
p 座標系中地轉風表達式要比 z 座標西中簡單,不再出現密度因子。又地轉風大小為
[1]
圖1 地轉平衡示意圖
式中 N 為
位勢梯度方向,故地轉風大小和
等壓面坡度成正比,等壓面坡度愈大,地轉風速也愈大。
應該指出,以上定義的地轉運動必須滿足一下條件
[1]
:
(1)氣流方向無外力分量;
(2)運動是水平的,定常的;
(3)水平氣壓梯度力與科里奧利力嚴格相平衡。
因此,實際風場不大可能是嚴格的地轉風場。然而
尺度分析表明,
中緯度自由大氣中水平氣壓梯度力與科里奧利力近似地相平衡,運動是準水平、準定常的,而這些正是地轉運動的主要特徵
[1]
。
- 參考資料
-