大气动力学
  是将包围地球的大气作为运动着的流体,应用流体力学的原理和方法来研究大气的运动。它从分析地球大气受力状况入手,研究这些力与大气运动的关系,从而探索 大气运动的基本规律和机制。根据牛顿第二运动定律,分析大气中受力情况,可知空 气质点主要受气压梯度力(G),地转偏向力(A),重力(g)和摩擦力(F)的作 用。气压梯度力G是由于大气压力不均匀而作用在空气质点上的压力,其方向由高压 指向低压,垂直于等压面,也可以分解成水平气压梯度力和垂直气压梯度力,地转偏 向力A是由于地球自转而产生的柯里奥利力,在北半球,它使运动着空气质点运动方向发生右偏,在南半球则产生左偏,g为重力,指向地球中心 ,F为摩擦力和大气粘性力。

  在地球大气中,大气运动系统的水平尺度是不同的。既有大尺度系统也有中尺度 和小尺度系统,分析各种尺度大气运动系统中空气受力的情况,抓住主要因子,就能 得到大气运动的主要特征,例如大尺度水平运动中,一般遵循地转风原理等等。

地转风

  在大尺度自由大气中(不考虑摩擦力的作用),空气质点所受的水平气压梯度力(G)和水平地转偏向力(A)达到平衡时的匀速直线平衡运动,G=A。地转风的表达 式:Vg=(9.8/f)/(H/n)式中f=2ωSinφ是地转参数,-(H/n)为高度梯度 (相当于气压梯度)。地转风方向平行于等压线,在北半球,背地转风而立,高压在 右,低压在左,南半球则相反,地转风速度大小与水平气压梯度成正比,即等压线越 密(疏)地转风风速越大(小)。地转风风速还与地球纬度成反比。
  在中高纬地区,高空的实际风十分接近地转风,风压关系大体遵循上述地转风原理,这是中高纬地区在分析天气和预报天气中应遵循的原则。

梯度风

  当等压线呈弯曲时,空气质点运动不仅受G和A作用,还要受惯性离心力C.作用。 当此三力达到平衡时的圆周运动时,就称为梯度风。在北半球,高压内G+C=A。即空 气质点绕中心作顺时针旋转运动,在低压内A+C=G。即空气绕低压中心作逆时针旋转 运动,这就是梯度风原理。

热成风

  是指上、下两层等压面上地转风的矢量差称为热成风(Vt)。这是一种与两个气层间温度分布不均匀有密切关系的。热成风的方向与气层间的平均等温线平行,背热成风 而立,高温区在右侧,低温区在左侧。热成风的大小与气层间的水平温度梯度成正比。 即等温线越密集(疏),热成风就越大(小),这就是热成风原理。

  应用热成风原理,可在实际工作中进行天气分析,如根据某站风随高度变化的情况 作温度平流的分析,当风随高度作逆时针方向旋转时,可判断这个气层间有冷平流,当 风随高度作顺时针旋转时,则有暖平流。

地转偏差

  是指实际风与地转风的矢量差。我们所说的地转风,梯度风都是一种理论上存在的风,而不是实际风。实际风与地转风的差异总是存在的,这种差异的存在往往是各种因 素造成的,其中最主要的有,近地层的摩擦作用,这是由于空气运动时与地表面产生摩 擦而出现的,它的方向与空气运动方向相反,又总是使风速减小。应用热成风原理,可在实际工作中进行天气分析,如根据某站风随高度变化的情况 作温度平流的分析,当风随高度作逆时针方向旋转时互平衡。

  考虑了摩擦力后,在低压内就有空气绕中心边作逆时针旋转边向中心辐合。从而产生上升运动;

  在高压内则有空气绕中心边作顺时针旋转边从中心向外辐散,从而产生下沉运动。

  在自由大气中,还有许多别的因素,可以造成地转偏差,例如空气运动突然产生加 速运动,或者气压场发生突然变化等等。