课程内容

《冷热不均引起大气运动》
大气的受热过程
    大气中的一切物理过程都伴随着能量的转换，太阳辐射能是地球大气最重要的能量来源。
    投射到地球上的太阳辐射能，要穿过厚厚的大气，才能到达地球表面。太阳辐射能在传播过程中，部分被大气吸收或反射，大部分到达地面，并被地面反射和吸收。地面吸收太阳辐射能而增温，同时又以长波辐射的形式把热量传递给大气。这种辐射热交换是大气增温的最重要方式。
    从大气的受热过程来看，地球大气对太阳短波辐射吸收得较少，大部分太阳辐射能够透过大气射到地面；而大气对地面长波辐射吸收得却比较多，地面辐射放出的绝大部分热量能够被大气截留下列，所以，地面是近地面大气主要、直接的热源。
    大气的受热过程影响着大气的热状况、温度分布和变化，制约着大气的运动状态。
热力环流
    大气中热量和水汽的输送，以及各种天气变化，都是通过大气运动实现的。大气运动的能量来源于太阳辐射。太阳辐射能的纬度分布不均，造成高低纬度间的温度差异，这是引起大气运动的根本原因。
    由于地面冷热不均而形成的空气流，称为热力环流。它是大气运动最简单的形式。热力环流的成因类似于上面的实验。如图3.2所示，当地面受热情况是均匀的时候，空气没有上升和下降运动。如果A地受热多，B、C两地受热少，则A地近地面空气就会膨胀上升，到上空聚积起来，使上空的空气密度增大，形成高气压；B、C两地的空气就会冷却收缩下沉，上空的空气密度减小，形成低气压。于是，在上空，空气便从气压高的A地向气压低的B、C两地扩散。在近地面，A地空气上升后向外流出，使A地近地面的空气密度减小，形成低气压；B、C两地因有下沉气流，近地面的空气密度增大，形成高气压。于是，近地面的空气又从B、C两地流回A地，以补充A地上升的空气，从而形成了热力环流。
    热力环流是一种常见的自然现象。在一定条件下，地表的冷、热差异会产生环流。例如，在陆地与海洋之间、城市与郊区之间都可能形成热力环流。
大气的水平运动
    地面受热不均，导致空气上升和下沉运动。这种空气的垂直运动，使同一水平面上产生了气压差异。我们把单位距离间的气压差叫做气压梯度。只要水平面上存在着气压梯度，就产生了促使大气由高气压区流向低气压区的力，这个力称为水平气压梯度力。在这个力的作用下，大气由高气压区向低气压区作水平运动，形成了风。可见，水平气压梯度力是形成风的直接原因。
    水平气压梯度力垂直于等压线，指向低压。如果没有其他力的影响，风向应该与气压梯度力的方向一致，即垂直于等压线。但是，当风一旦形成，马上就会受到地转偏向力的作用，风向逐渐偏离气压梯度力的方向，北半球向右偏转，南半球向左偏转。高空大气受气压梯度力和地转偏向力共同作用，风向与等压线平行。
    近地面的风，还受到摩擦力的影响。摩擦力是指地面与空气之间，以及运动状况不同的空气层之间互相作用而产生的阻力。摩擦力对风有阻碍作用，可减小风速。受气压梯度力、地转偏向力与摩擦力的共同作用，近地面大气中的风向与等压线之间成一夹角。