第21卷 第4期2002年12月延安大学学报(自然科学版)
JournalofYananUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.21 No.4Dec.2002
认识地转偏向力与气旋
王梦书
(渭南市临渭区崇凝中学,陕西渭南714009)
Ξ
摘 要:试图从力学角度用科里奥利力对气旋和反气旋作简要描述。关键词:气旋;反气旋;地转偏向力(科里奥利力)
中图分类号:O313.1 文献标识码:A 文章编号:10042602X(2003)0220037202 地理教材中所说的地转偏向力,在力学教材中叫科里奥利力。由于地球自转,使得在地表附近运动的物体的运动状态发生变化,由于这个运动状态变化没有施力物体,就人为地称惯性力,以使物体的运动状态变化符合牛顿运动定律。利首先提出的,其运动状态变化时,、北半球。其实,这些都不明显。而气流的旋转却是可以被大多数人看到的一种自然现象。气流的旋转可以用科里奥利力给以完满解释。
地面附近物体有相对运动时,解释其运动状态变化时才用得上科里奥利力。因此,要用科里奥利力解释地面附近大气的运动状态变化,首先要清楚大气运动的原因和形式。
在地表附近,受热部分的大气膨胀上长升,形成低压区;周围大气温度低,。在高压与低。所以,大气运动的。
气压差可以使大气运动,但在不同的地域,大气的成份不同,因而运动的形式也不同。2.1 水平运动
在同一水平面内,用气压梯度描述大气压变化的缓急程度。这个气压梯度力是作用于气流的真实力,其方向是由高压区指向低压区。大气运动时,还要受到气体内部的粘滞阻力作用,即内摩擦力作用。由于是大范围内的大气运动,这个内摩擦力是不能忽略的。这个内摩擦力也是作用在气流上的真实力,其方向始终保持与气流方向相反。
当气流在地表附近运动时,由于地球的自然转,还要受到地转偏向力(科里奥利力)的作用,在北半球,其方向垂直于气流方向向右,在南半球,其方向垂直于气流方向向左。
气流的水平运动过程中,气压梯度力的方向不变,但内摩擦力和地转偏向力的方向随气流方向而不断变化。三个力共同作用的结果,不断地改变着气流的方向,直到气流方向与等压线基本平行为止,风向才恒定。在大洋上,气流的这种运动很明显,由于大洋上的环境条件是均匀变化的,使得风向稳定。这就是力学中所说的贸易风,过去的帆船贸易中,行船
1 引起大气运动的原因
在地表附近的某一个区域内,大气的冷热程度均匀时,形不成风。同一地区内,接受太阳辐射也是相同的,空气的冷热变化不会有差别,大气只所以流动,应该是与地面辐射有关,地面对太阳辐射来的能量有吸收和反射作用,反射到大气中的热量可改变大气的温度。由于地表各处的结构成份、植被分布、人类的生产活动不同,对太阳辐射到地表的能量的反射能力不同,使地表附近大气受热程度不同。在某个地区的不同范围内,大气在各处的温度不同。
Ξ
收稿日期:20021126
作者简介:王梦书(1971),男,陕西渭南临渭区人,渭南市临渭区崇凝中学教师。
38延安大学学报(自然科学版)第22卷
可以借助此风力。2.2 气旋
在大陆上和赤道附近,由于地表的地理环境差别大,容易形成气旋。
对于一个低气压区,周围大气在气压梯度力作用下,向中心流动。如图1中虚所示的方向
。
当高压中心处的大气向外流动时,其中心地域的高层冷空气下沉来补充。高层冷空气下降升温,极难形成降水。冬季,高纬大陆地区的反气旋带来干冷的气流,形成大风降温的恶劣天气,我国北方是深受其害。夏季,中纬大陆地区的反气旋带来干热气流,形成炎热干燥的灾害天气,影响我国南方的农业生产。
3 定量描述
对于气流所受的地转偏向力作用,还可作定量描述,只以贸易风为例进行讨论。在北半球纬度的Κ的地面上取一个随地球一块运动的坐标系0—xyz,x轴沿经线切线方向向南,y轴沿纬线切线方向向东,z轴沿地球半经方向向上。地球自转角速度为Ξ,沿地球自转轴方向。
,因此:
x0,vyvz=0:在x轴方向受气压梯度力,Fx≠0,y轴方向不受真实力,Fy=0;在z轴方向受重力、浮力,地面支持力,其合力为零,Fz=0。
气流所受的地转偏向力为:
)+vzcosΚFcy=-2mΞ(vxsinΚ
气流中一定质量m的大气沿y轴方向的运动
微分方程为:
may=Fy+Fcy=
)+vzcosΚFy-2mΞ(vxsinΚ
把以上有关量代入得:
may=-2mΞvxsinΚ
由于 2mΞvxsinΚ≠0才有 ay≠0
这样以来,南北方向的气流在东西方向虽没有受到真实力作用,但却受了一个不等于零的地转偏向力作用,使南北方向的气流在东西方向的运动状态发生变化,这才符合了牛顿运动定律。
气旋和反气旋是一个较为复杂的大气过程,以上只是从力学角度用科理奥利力作以简要说明。参考文献:
[1]周衍柏.理论力学教程[M].北京:人民教育出版社,1979:2538.
255.
[2]欧阳棣华.析里奥利力与台风[J].物理通报,1988(5):6
图1
大气运动时,还要受地转偏向力作用,其方向始科垂直于气流方向。结果使气流方向不断偏离原来的方向。从上向下看,动的大气旋涡;大气旋涡。形成的涡旋相似,所以,。,由于大气中含的水汽多,。在西太洋叫台风,在东太平洋和西大西洋叫飓风,在印度洋叫热带风暴,在澳大利亚叫热带气旋,在我国北方叫旋风。在大陆上,气旋中心上升虽不易形成降水,但却容易吹起沙尘,形成的都是灾害性天气。2.3 反气旋
在大陆上,对高气压区,中心大气在气压梯度力作用下向四周流动,如图2中虚线所示的方向
。
图2
大气运动时,还要受到地转偏向力的作用,其方向始终垂直于气流方向,结果使气流的方向不断偏离原来的方向。从上向下看,在北半球形成按顺时针方向流动的气旋;在南半球形成逆时针方向流动的气旋。这叫反气旋。
〔责任编辑 朱联营〕
第21卷 第4期2002年12月延安大学学报(自然科学版)
JournalofYananUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.21 No.4Dec.2002
认识地转偏向力与气旋
王梦书
(渭南市临渭区崇凝中学,陕西渭南714009)
Ξ
摘 要:试图从力学角度用科里奥利力对气旋和反气旋作简要描述。关键词:气旋;反气旋;地转偏向力(科里奥利力)
中图分类号:O313.1 文献标识码:A 文章编号:10042602X(2003)0220037202 地理教材中所说的地转偏向力,在力学教材中叫科里奥利力。由于地球自转,使得在地表附近运动的物体的运动状态发生变化,由于这个运动状态变化没有施力物体,就人为地称惯性力,以使物体的运动状态变化符合牛顿运动定律。利首先提出的,其运动状态变化时,、北半球。其实,这些都不明显。而气流的旋转却是可以被大多数人看到的一种自然现象。气流的旋转可以用科里奥利力给以完满解释。
地面附近物体有相对运动时,解释其运动状态变化时才用得上科里奥利力。因此,要用科里奥利力解释地面附近大气的运动状态变化,首先要清楚大气运动的原因和形式。
在地表附近,受热部分的大气膨胀上长升,形成低压区;周围大气温度低,。在高压与低。所以,大气运动的。
气压差可以使大气运动,但在不同的地域,大气的成份不同,因而运动的形式也不同。2.1 水平运动
在同一水平面内,用气压梯度描述大气压变化的缓急程度。这个气压梯度力是作用于气流的真实力,其方向是由高压区指向低压区。大气运动时,还要受到气体内部的粘滞阻力作用,即内摩擦力作用。由于是大范围内的大气运动,这个内摩擦力是不能忽略的。这个内摩擦力也是作用在气流上的真实力,其方向始终保持与气流方向相反。
当气流在地表附近运动时,由于地球的自然转,还要受到地转偏向力(科里奥利力)的作用,在北半球,其方向垂直于气流方向向右,在南半球,其方向垂直于气流方向向左。
气流的水平运动过程中,气压梯度力的方向不变,但内摩擦力和地转偏向力的方向随气流方向而不断变化。三个力共同作用的结果,不断地改变着气流的方向,直到气流方向与等压线基本平行为止,风向才恒定。在大洋上,气流的这种运动很明显,由于大洋上的环境条件是均匀变化的,使得风向稳定。这就是力学中所说的贸易风,过去的帆船贸易中,行船
1 引起大气运动的原因
在地表附近的某一个区域内,大气的冷热程度均匀时,形不成风。同一地区内,接受太阳辐射也是相同的,空气的冷热变化不会有差别,大气只所以流动,应该是与地面辐射有关,地面对太阳辐射来的能量有吸收和反射作用,反射到大气中的热量可改变大气的温度。由于地表各处的结构成份、植被分布、人类的生产活动不同,对太阳辐射到地表的能量的反射能力不同,使地表附近大气受热程度不同。在某个地区的不同范围内,大气在各处的温度不同。
Ξ
收稿日期:20021126
作者简介:王梦书(1971),男,陕西渭南临渭区人,渭南市临渭区崇凝中学教师。
38延安大学学报(自然科学版)第22卷
可以借助此风力。2.2 气旋
在大陆上和赤道附近,由于地表的地理环境差别大,容易形成气旋。
对于一个低气压区,周围大气在气压梯度力作用下,向中心流动。如图1中虚所示的方向
。
当高压中心处的大气向外流动时,其中心地域的高层冷空气下沉来补充。高层冷空气下降升温,极难形成降水。冬季,高纬大陆地区的反气旋带来干冷的气流,形成大风降温的恶劣天气,我国北方是深受其害。夏季,中纬大陆地区的反气旋带来干热气流,形成炎热干燥的灾害天气,影响我国南方的农业生产。
3 定量描述
对于气流所受的地转偏向力作用,还可作定量描述,只以贸易风为例进行讨论。在北半球纬度的Κ的地面上取一个随地球一块运动的坐标系0—xyz,x轴沿经线切线方向向南,y轴沿纬线切线方向向东,z轴沿地球半经方向向上。地球自转角速度为Ξ,沿地球自转轴方向。
,因此:
x0,vyvz=0:在x轴方向受气压梯度力,Fx≠0,y轴方向不受真实力,Fy=0;在z轴方向受重力、浮力,地面支持力,其合力为零,Fz=0。
气流所受的地转偏向力为:
)+vzcosΚFcy=-2mΞ(vxsinΚ
气流中一定质量m的大气沿y轴方向的运动
微分方程为:
may=Fy+Fcy=
)+vzcosΚFy-2mΞ(vxsinΚ
把以上有关量代入得:
may=-2mΞvxsinΚ
由于 2mΞvxsinΚ≠0才有 ay≠0
这样以来,南北方向的气流在东西方向虽没有受到真实力作用,但却受了一个不等于零的地转偏向力作用,使南北方向的气流在东西方向的运动状态发生变化,这才符合了牛顿运动定律。
气旋和反气旋是一个较为复杂的大气过程,以上只是从力学角度用科理奥利力作以简要说明。参考文献:
[1]周衍柏.理论力学教程[M].北京:人民教育出版社,1979:2538.
255.
[2]欧阳棣华.析里奥利力与台风[J].物理通报,1988(5):6
图1
大气运动时,还要受地转偏向力作用,其方向始科垂直于气流方向。结果使气流方向不断偏离原来的方向。从上向下看,动的大气旋涡;大气旋涡。形成的涡旋相似,所以,。,由于大气中含的水汽多,。在西太洋叫台风,在东太平洋和西大西洋叫飓风,在印度洋叫热带风暴,在澳大利亚叫热带气旋,在我国北方叫旋风。在大陆上,气旋中心上升虽不易形成降水,但却容易吹起沙尘,形成的都是灾害性天气。2.3 反气旋
在大陆上,对高气压区,中心大气在气压梯度力作用下向四周流动,如图2中虚线所示的方向
。
图2
大气运动时,还要受到地转偏向力的作用,其方向始终垂直于气流方向,结果使气流的方向不断偏离原来的方向。从上向下看,在北半球形成按顺时针方向流动的气旋;在南半球形成逆时针方向流动的气旋。这叫反气旋。
〔责任编辑 朱联营〕