地轉運動與準地轉運動的不同與聯系轉運太陽環流(準地轉運動和地轉運動的不同)
一:何謂地轉風?
在大氣中水平方向的氣壓梯度力與地球自轉所引起的科裡奧利力平衡時的風。因為水平氣壓梯度力的方向垂直於等壓線且由高壓指向低壓,而科裡奧利力的方向垂直於風,因此兩者平衡形成的地轉風的方向平行於等壓線(或等重力位勢線)。在地球北半球,若背風而立,高氣壓(或高重力位勢)在右側,低氣壓(或低重力位勢)在左側,在地球南半球則相反。
地轉風和氣壓場分佈的這種規律,是C。H。D。白貝羅於1857年first of all提出來的,故稱白貝羅定律。地轉風的大小與水平氣壓梯度(或等壓面上的重力位勢梯度,即等壓面坡度)的數值成正比,與科裡奧利參數及空氣密度成反比。在離地面約1、5千米以上的自由大氣中,大尺度運動的鉛直速度比水平速度小得多,而且水平運動的慣性力和湍流摩擦力也比水平氣壓梯度力和科裡奧利力小得多,於是,自由大氣中的大尺度運動,除瞭具有準水平運動的性質外,還近似地滿足地轉風關系,所以又叫為準地轉運動。
在大尺度自由大氣中(不考慮摩擦力的效果),空氣質點所受的水平氣壓梯度力(G)和水平地轉偏向力(A)達到平衡時的勻速直線平衡運動,G=A。地轉風的表達式:Vg=(9、8/f)/(H/n)式中f=2ωSinφ是地轉參數,-(H/n)為高度梯度(等同於氣壓梯度)。地轉風方向平行於等壓線,在地球北半球,背地轉風而立,高壓在右,低壓在左,南半球則相反,地轉風速度大小與水平氣壓梯度成正比,即等壓線越密(疏)地轉風風速越大(小)。地轉風風速還與地球緯度成反比。
在中高緯地區,高空的實際風十分接近地轉風,風壓關系大致遵循上述地轉風原理,這是中高緯地區在剖析天氣和預報天氣中應遵循的原則。
二:地球流體力學的運動的分類
地球流體運動按空間尺度或性質可分為下列數種類型:重力-慣性波、行星波、埃克曼流、大氣和大洋環流、渦旋、重力波和對流等。後三者為一般流體力學所共有,這裡不獨立解釋。
① 重力-慣性波。地球流體的一種基本運動規律,由重力和科裡奧利力共同作用所形成。相速(見波)遠大於流速。若波長較短,則科裡奧利力作用與影響極小,與通常來講分層流動中的重力波無異。若波長較長,尤其是和地球(或別的行星)同量級時,科裡奧利力作用與影響明顯,則波的相速和結構都與重力波明顯不同。
②行星波。地球的大氣運動、海洋運動和別的行星大氣大尺度運動的最明顯和最要緊的形式,流場彎曲如波狀,波長大多數與行星半徑同量級(在洋流中波長較短),因而得名。又稱羅斯比 - 阿爾文波或羅斯比波。行星波與大型天氣系統息息相關,又是大氣環流或大洋環流的主要組成部分,故為大氣動力學 、海洋動力學和地球流體力學的主要研究對象。行星波的相速和流速同量級,渦量遠大於散度,所以又叫渦旋波。其產生機制是行星表面各處的科裡奧利參數不均衡,即行星大氣渦量的地面法向分量存在梯度,從而使流體微團在運動過程中改變其相對渦量,形成波動。實際上,若ω=0,和式(一)對應的線性方程除有重力波解外,還有定常的渦旋場解。若ω0,則渦旋場為非定常,成為渦旋波;且忽視二維可壓縮性(取二維散度為零)時,它也存在;能量源出流體運動自己一身的慣性,所以又叫為慣性波。
③埃克曼流。行星邊界層內的流動。其主要特點是流體速度水平分量沿高度呈螺線變化,稱埃克曼螺線。這是因為層內流體速度因粘性力作用而減小,使科裡奧利力與壓強梯度 、重力之間失去平衡的結果。埃克曼流常伴有鉛直速度,稱埃克曼抽吸,作用與影響行星邊界層外的大尺度運動。
④大氣環流。大氣中各式大尺度運動的全體組成的具有最大空間尺度的運動。已發現兩種非常不同的大氣環流型:
① 羅斯比環流型 由明顯的行星波組成的非軸對稱的大氣環流型,為紀念闡明行星波的羅斯比而命名。地球大氣環流即屬此型。
② 哈得萊環流型 大氣環流表現為對星體自旋軸對稱和準對稱的大氣環流型。由G。哈得萊first of all闡明,故名。木星大氣環流即屬此型。
大氣環流型主要取決於星體自轉角速度 ω以及星體大氣受太陽輻射而造成極地和赤道之間的溫差|ΔT|。若大氣加熱呈軸對稱分佈而星體不自轉,則熱量交換取純對流形式,即熱氣反抗重力作用而上升,冷氣下沉且從底層流向暖區,此即純哈得萊環流型。但若星體自轉,則在科裡奧利力作用下,大氣運動中沿子午圈的速度分量vθ產生沿緯圈上的速度分量vλ。ω和|vθ|愈大,則|vλ|愈大。大到一定程度後,由這種軸對稱運動所致使的熱量沿子午圈的流量過小,積集起來的熱量由非軸對稱的水平方向的運動來輸送,形成明顯的行星波,大氣環流變為羅斯比環流型。故當 ω和|ΔT|是中等大小時,大氣環流為羅斯比環流型。但若|ΔT|固定而 ω增到一定程度,或ω固定而|ΔT|增添過大,則|vλ|過大,軸對稱環流又占主要地位,轉變為哈得萊環流型。人類經歷瞭兩百多年的研究,尤其是近日三十年通過旋轉圓盤內流體運動的模擬實驗以及對應的理論剖析才最後弄清上述機理,這對認識大氣環流的根本有特別重要的意義。
若大氣環流為羅斯比環流型,則在一些緯度帶內,暖氣下沉,冷氣上升,和哈得萊環流型的情形相反。這幾個地帶的子午圈環流稱為反哈得萊環流。地球大氣在中緯度地區即屬此情況。
⑤大洋環流。地球上海洋中各式大尺度運動的全體組成的最大空間尺度的運動。大洋環流和大氣環流有很多共性,但海岸的幾何管束對洋流有明顯作用與影響,使其具有特點。最簡單容易的一種大洋環流模式是慣性洋流。在這種模式中,風應力、科裡奧利力和慣性力三者相互平衡。在開闊洋面上,洋流為風應力所驅動,緊接著受慣性力作用流向海岸地帶,科裡奧利力隨緯度的變化使向西流動的 洋流加速 ,稱西向強化現象;子午線走向的海岸的幾何管束,使洋流轉而流向高緯地區並強化(北向強化現象)。這是大西洋灣流和太平洋暖流(即黑潮)的顯著特點。
地球流體運動也常按科裡奧利力作用與影響的程度分為準地轉運動和非地轉運動兩大類:
①準地轉運動。滿足Ro<<1和Ek<<1的運動。在這類運動中,重力、壓強梯度力和科裡奧利力三者幾乎平衡,且運動為準水平的,沿重力方向的速度分量很小。大氣和海洋環流、行星波以及大尺度渦旋屬於準地轉運動,是地球流體大尺度運動的主要類型。
②非地轉運動。除準地轉運動外的地球流體運動。在這類運動中,重力、壓強梯度力和科裡奧利力三者不處於幾乎平衡狀態。在自由流體中 ,Ro <<1不成立。重力-慣性波、重力波、對流、尺度較小的強渦旋和埃克曼流屬於非地轉運動。
三:關於準地轉
完全的大氣運動方程組是十分復雜的,它蘊含各式尺度的運動。為瞭理論求解和現實操作的意圖,依據研究對象可以對這一套完全的方程組進行簡化,最常用的簡化方法是尺度剖析。準地轉運動是依據尺度剖析得到的,適合使用於溫帶天氣尺度的一種運動規律,它比描述熱帶擾動或行星尺度運動的論理要簡單容易的多。
準地轉運動的主要特點是水平速度近於為地轉近似,這象征著對於大尺度大氣運動經常是處於準地轉平衡狀態,其發展和演變是緩慢的。假如因為其他力的效果使這種準地轉運動平衡狀態受到破壞,則準地轉近似要求這種受破壞的準地轉平衡狀態必需通過某種機制(即適應過程)迅速的得到恢復,因而準地轉近似表明,平衡是長期的,破壞或不平衡是暫時的。
所以,準地轉運動下的運動方程不是地轉風公式,它具有加速度項。
四:地球的公轉與自傳有著哪些個不同和聯系
地球是被遠古的太陽拋出的一塊物質,巨大無比的拋力使它和其它星球一樣極速的自轉。,同時,太陽的引力又使得地球無法飛出更遠,於是地球就有瞭公轉。
假如不自轉和公轉,那麼地球就處於半靜止的狀態,在宇宙空間漫無目的的漂浮,再也沒有白天、黑夜、季節之分。
五:為啥準地轉運動可以濾除聲波?
由於地磚運動可以作為向心運動的一種可以分離聲波。
六:地球自轉和公轉有著哪些個不同?
地球自轉以自己一身軸為中心旋轉,形成瞭白天黑夜。\x0d\x0a公轉以太陽為中心,繞著太陽轉,有瞭春夏秋冬]