第四节 风场和气压场的关系
一,地转风
地转风是水平地转偏向力和水平地转梯度力平
衡条件下，空气沿着平行等压线的水平直线运动。
由 Z坐标系下的零级简化水平运动方程：
得：
——地转风分量形式
——地转风矢量形式
“P”坐标系的地转风：
——分量形式
——矢量形式
讨论：
1、地转风条件：自由大气；中高纬度范围；
准水平大尺度运动；水平直线运动
2、地转风的方向：平行于等压线，在北半球背风而立左低右高
3、地转风风速大小与水平气压梯度成正比，等压线越密集，地转
风越大；与纬度成反比，相同的水平气压梯度力，高纬风大，
低纬风小
4,地转风散度为零
二、梯度风
1.自然坐标系（曲线坐标）
S轴：指向空气运动方向 N轴：垂直于 S轴，指向空气运动左侧
规定,S轴上单位向量为 n轴上单位向量为
说明：
① S轴上有速度的分量 （恒正 )
n轴上无速度的分量
② S轴上的加速度 ——切向加速度
n轴上的加速度 ——法向加速度（向心加速度）
其中 R为曲率半径（ 1/R为曲率）
并规定, 气旋的曲率半径（逆时针） R>0
反气旋的曲率半径（顺时针） R<0
③ S轴上的气压梯度力
n轴上的气压梯度力
④ S轴上的偏向力为 0
n轴上的偏向力恒为,在 n轴的负方向
⑤ 自然坐标系中，一级简化水平运动方程
2，梯度风
梯度风是气压梯度力，地转偏向力，惯性离心力
三力平衡时，空气沿等压线的曲线运动或气压梯度力
与地转偏向力不平衡时沿弯曲等压线的运动
等压线与流线重合：
——梯度风方程
讨论：
1.气旋与反气旋环流
a).空气体气旋式运动
n轴负方向 n轴负方向
n轴正方向
中心为低压,气旋式环流的中心必然是低压环流
的中心
b).空气体反气旋式运动
n轴 正方向
n轴负方向
c).天气图应用
高压中心位置标注在反气旋环流中心
低压中心位置标注在气旋环流中心
2.梯度风速
——梯度风速
2
1
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a).气旋性环流 ——风速和气压梯度可无限增大
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根号前取正号,合理
根号前取负号,不合理
b).反气旋性环流 ——风速和气压梯度不可无限增大
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根号前取负号
根号前取正号
由于根号内必为正，得出风速极大值
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不合理合理 RfvnPv ff ????? 00 000 ???? ff vnPv 合理 0 0,0ffPvvn?? ? ??
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c).天气图应用
低压：越向中心，风越大，气旋中心等压线密集
高压：越向边缘，风越大，高压中心等压线稀疏
3、梯度风与地转风的比较
梯度风：
地转风：
两式联立得到：
21
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讨论：
⑴气旋式运动，梯度风速小于地转风速
⑵反气旋式运动，梯度风速 >地转风速
⑶气压梯度相同，反气旋的梯度风 >气旋的梯度风
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高空的槽前脊后 ——空气辐散区 ——低层辐合上升
阴雨
高空的槽后脊前 ——空气辐合区 ——底层辐散下沉
晴天
天气图上：
三,热成风
地转风随高度的改变量称热成风，即上下两层
地转风之差
21t g gV V V??
由,P”坐标系的地转风方程
得到热成风方程
分量形式：
1
g
gV k z k
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得,——热成风的另一表达式
分量形式：
代入静力学方程差分形式：
1
2
lnt mPRV k T
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讨论：
1、热成风与等平均温度线平行，背热成风而立，
低温在左，高温在右。
2、热成风风速大小与平均温度梯度成正比，与
纬度成反比，等温线越密集热成风越大。
3、热成风与冷暖平流
自上而下地转风随高度逆转时 ——气层中有冷平流
自上而下地转风随高度顺转时 ——气层中有暖平流
补充：天气图上判断冷暖平流
24小时变温：冷平流 暖平流
水平温度平流
等高线与等温线有交角处，有温度平流
等高线与等温线平行处，无温度平流
4、中纬度系统的温压结构
1）中纬度对流层中，温度分布南暖北冷
所以高层为西风气流，且高度越高，西风越大
2）地面闭合高压和低压系统在高空转变为西风气流
的波状槽脊。
3）中纬度系统的温压场结构的基本特征。
? 地面低压中心位于高空槽前脊后
? 地面高压中心位于高空槽后脊前
? 高空温度槽脊落后于气压槽脊
四、地转偏差
实际风与地转风的偏差称为地转偏差。
gD V V??
gV V D??
gV V D D? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
1.摩擦层中的地转偏差
摩擦层中的实际风是：气压梯度力，地转偏向力和
摩擦力三力平衡的空气运动
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代入地转风方程：
得到
1
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讨论,
① 地转偏差与摩擦力垂直并指向摩擦力右侧
②摩擦力的作用使实际风速减小，风向向低压一侧
偏转。
统计结果 风向偏角
陆地 35—45% 35—45度
海上 60—70% 15—20度
③在北半球的摩擦层中，
低压气流成气旋式辐合（上升运动，云雨天气），
高压气流呈反气旋式辐散（下沉运动，晴天）。
2.自由大气中的地转偏差
气压梯度力与地转偏向力不平衡，必然产生加速
度，引起地转偏差。
由一级简化运动方程
代入地转风方程
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得到：
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改写上式：
讨论：①
代入地转风方程：
得：
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? 变压风垂直于等变压线，指向变压代数值小的方向
? 变压风的大小与变压梯度大小成正比，等变压线越
密，变压风越大
? 负变压中心有变压风的辐合
正变压中心有变压风的辐散
②
写成自然坐标
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代入 得：
Ⅰ,
地转风在前进方向上逐渐增大，则产生指向低压一侧
的地转偏差
Ⅱ,
地转风在前进方向上逐渐减小，则产生指向高压一侧
的地转偏差
Ⅲ,横向地转偏差大小与风速成正比
a),——法向（横向）地转偏差
b） ——纵向（切向）地转偏差
Ⅰ,气流气旋式旋转
产生指向地转风相同方向地转偏差 ——实际风大于地
转风
Ⅱ,气流反气旋式旋转
产生指向地转风相同方向地转偏差 ——实际风大于地
转风
Ⅲ,高空槽前脊后有纵向地转偏差的辐散,
高空槽后脊前有纵向地转偏差的辐合,
纵向地转偏差即是梯度风与地转风之差
Ⅵ,纵向地转偏差的大小与风速的平方成正比
③ 太小 略
与梯度风比较
举例 (p50图 1.39)
西风带中，有限宽低槽自西向东运动，产生的地转偏差
a.
槽前脊后负变化 ——变压风辐合
槽后脊前正变化 ——变压风辐散
b.
槽前脊后 ——辐散
槽后脊前 ——辐合
c,大气中的西风风速随高度增大
高层 和 占优势
低层变压风占优势 +摩擦
槽前脊后 ——低层辐合，高层辐散 ——上升 ——云雨
槽后脊前 ——低层辐散、高层辐合 ——下沉 ——晴
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一,地转风
地转风是水平地转偏向力和水平地转梯度力平
衡条件下，空气沿着平行等压线的水平直线运动。
由 Z坐标系下的零级简化水平运动方程：
得：
——地转风分量形式
——地转风矢量形式
“P”坐标系的地转风：
——分量形式
——矢量形式
讨论：
1、地转风条件：自由大气；中高纬度范围；
准水平大尺度运动；水平直线运动
2、地转风的方向：平行于等压线，在北半球背风而立左低右高
3、地转风风速大小与水平气压梯度成正比，等压线越密集，地转
风越大；与纬度成反比，相同的水平气压梯度力，高纬风大，
低纬风小
4,地转风散度为零
二、梯度风
1.自然坐标系（曲线坐标）
S轴：指向空气运动方向 N轴：垂直于 S轴，指向空气运动左侧
规定,S轴上单位向量为 n轴上单位向量为
说明：
① S轴上有速度的分量 （恒正 )
n轴上无速度的分量
② S轴上的加速度 ——切向加速度
n轴上的加速度 ——法向加速度（向心加速度）
其中 R为曲率半径（ 1/R为曲率）
并规定, 气旋的曲率半径（逆时针） R>0
反气旋的曲率半径（顺时针） R<0
③ S轴上的气压梯度力
n轴上的气压梯度力
④ S轴上的偏向力为 0
n轴上的偏向力恒为,在 n轴的负方向
⑤ 自然坐标系中，一级简化水平运动方程
2，梯度风
梯度风是气压梯度力，地转偏向力，惯性离心力
三力平衡时，空气沿等压线的曲线运动或气压梯度力
与地转偏向力不平衡时沿弯曲等压线的运动
等压线与流线重合：
——梯度风方程
讨论：
1.气旋与反气旋环流
a).空气体气旋式运动
n轴负方向 n轴负方向
n轴正方向
中心为低压,气旋式环流的中心必然是低压环流
的中心
b).空气体反气旋式运动
n轴 正方向
n轴负方向
c).天气图应用
高压中心位置标注在反气旋环流中心
低压中心位置标注在气旋环流中心
2.梯度风速
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3、梯度风与地转风的比较
梯度风：
地转风：
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讨论：
⑴气旋式运动，梯度风速小于地转风速
⑵反气旋式运动，梯度风速 >地转风速
⑶气压梯度相同，反气旋的梯度风 >气旋的梯度风
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高空的槽后脊前 ——空气辐合区 ——底层辐散下沉
晴天
天气图上：
三,热成风
地转风随高度的改变量称热成风，即上下两层
地转风之差
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由,P”坐标系的地转风方程
得到热成风方程
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讨论：
1、热成风与等平均温度线平行，背热成风而立，
低温在左，高温在右。
2、热成风风速大小与平均温度梯度成正比，与
纬度成反比，等温线越密集热成风越大。
3、热成风与冷暖平流
自上而下地转风随高度逆转时 ——气层中有冷平流
自上而下地转风随高度顺转时 ——气层中有暖平流
补充：天气图上判断冷暖平流
24小时变温：冷平流 暖平流
水平温度平流
等高线与等温线有交角处，有温度平流
等高线与等温线平行处，无温度平流
4、中纬度系统的温压结构
1）中纬度对流层中，温度分布南暖北冷
所以高层为西风气流，且高度越高，西风越大
2）地面闭合高压和低压系统在高空转变为西风气流
的波状槽脊。
3）中纬度系统的温压场结构的基本特征。
? 地面低压中心位于高空槽前脊后
? 地面高压中心位于高空槽后脊前
? 高空温度槽脊落后于气压槽脊
四、地转偏差
实际风与地转风的偏差称为地转偏差。
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1.摩擦层中的地转偏差
摩擦层中的实际风是：气压梯度力，地转偏向力和
摩擦力三力平衡的空气运动
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讨论,
① 地转偏差与摩擦力垂直并指向摩擦力右侧
②摩擦力的作用使实际风速减小，风向向低压一侧
偏转。
统计结果 风向偏角
陆地 35—45% 35—45度
海上 60—70% 15—20度
③在北半球的摩擦层中，
低压气流成气旋式辐合（上升运动，云雨天气），
高压气流呈反气旋式辐散（下沉运动，晴天）。
2.自由大气中的地转偏差
气压梯度力与地转偏向力不平衡，必然产生加速
度，引起地转偏差。
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? 变压风垂直于等变压线，指向变压代数值小的方向
? 变压风的大小与变压梯度大小成正比，等变压线越
密，变压风越大
? 负变压中心有变压风的辐合
正变压中心有变压风的辐散
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地转风在前进方向上逐渐增大，则产生指向低压一侧
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Ⅱ,
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Ⅲ,横向地转偏差大小与风速成正比
a),——法向（横向）地转偏差
b） ——纵向（切向）地转偏差
Ⅰ,气流气旋式旋转
产生指向地转风相同方向地转偏差 ——实际风大于地
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Ⅱ,气流反气旋式旋转
产生指向地转风相同方向地转偏差 ——实际风大于地
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Ⅲ,高空槽前脊后有纵向地转偏差的辐散,
高空槽后脊前有纵向地转偏差的辐合,
纵向地转偏差即是梯度风与地转风之差
Ⅵ,纵向地转偏差的大小与风速的平方成正比
③ 太小 略
与梯度风比较
举例 (p50图 1.39)
西风带中，有限宽低槽自西向东运动，产生的地转偏差
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