梯度風

梯度風

空氣受到的氣壓梯度力、科里奧利力和慣性離心力相平衡時所作的水平曲線運動。

定義


反梯度風:在北半球,低壓伴隨反氣旋式環流,高壓伴隨氣旋式環流的梯度風。
次梯度風:自由大氣中風速小於相應梯度風的實際風。
超梯度風:自由大氣中風速大於相應梯度風的實際風。

基本內容


由於做曲線運動的氣壓系統有高壓即反氣旋和低壓即氣旋之分,在高壓和低壓系統中,力的平衡狀態不同,其梯度風也不盡相同。以北半球圓形等壓線為例,低壓中,氣壓梯度力G指向中心,地轉偏向力A和慣性離心力C都反向向外,二者之和等於氣壓梯度力,A+C=G。因為地轉偏向力和慣性離心力都是與風向垂直的,所以在低壓中,梯度風的風向Vt是沿等壓線按逆時針方向吹的。南半球相反。高壓中,氣壓梯度力G和慣性離心力C都自中心指向外,當三力達到平衡時,地轉偏向力A必定由外沿指向中心,而且大小等於氣壓梯度力G和慣性離心力C的和。因此高壓中的梯度風風向Vat是沿著等壓線,繞高壓中心作順時針方向吹;南半球相反。
因此,梯度風的風向仍然遵守白貝羅風壓定律。風速不僅受氣壓梯度力和緯度的影響,而且還受氣流路徑的曲率半徑的影響,即使氣壓梯度力和緯度相同的情況下,梯度風風速和地轉風風速也是不等的。

平衡


梯度風
梯度風
梯度風是在不考慮摩擦力的情況下,氣壓梯度力、科里奧利力和慣性離心力平衡時的風。其風速(即梯度風)用
表示。由於有梯度風時,等壓線與流線重合,即
,故切向方程為:
其中,
表示水平運算元,
是氣塊運動的速率。
雖然無切向加速度,但具有法向加速度。法向方程為:
梯度風
梯度風
梯度風
梯度風
其中,
是地轉參數,
是氣塊做曲線運動時的曲率半徑,稱為軌跡的曲率半徑,
是氣塊的密度,
是氣壓。

特點


在大尺度運動中,低壓與氣旋性環流相結合,低壓中心是氣旋性環流中心。高壓中心與反氣旋性環流結合,高壓中心是反氣旋性環流中心。在天氣圖中分析高、低壓中心位置時,要考慮環流型式。在北半球,低壓中的梯度風必然平行於等壓線,繞低壓中心作逆時針旋轉。高壓中的梯度風平行於等壓線繞高壓中心作順時針旋轉。南半球相反。