課程內(nèi)容

《冷熱不均引起大氣運動》
大氣的受熱過程
    大氣中的一切物理過程都伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，太陽輻射能是地球大氣最重要的能量來源。
    投射到地球上的太陽輻射能，要穿過厚厚的大氣，才能到達地球表面。太陽輻射能在傳播過程中，部分被大氣吸收或反射，大部分到達地面，并被地面反射和吸收。地面吸收太陽輻射能而增溫，同時又以長波輻射的形式把熱量傳遞給大氣。這種輻射熱交換是大氣增溫的最重要方式。
    從大氣的受熱過程來看，地球大氣對太陽短波輻射吸收得較少，大部分太陽輻射能夠透過大氣射到地面；而大氣對地面長波輻射吸收得卻比較多，地面輻射放出的絕大部分熱量能夠被大氣截留下列，所以，地面是近地面大氣主要、直接的熱源。
    大氣的受熱過程影響著大氣的熱狀況、溫度分布和變化，制約著大氣的運動狀態(tài)。
熱力環(huán)流
    大氣中熱量和水汽的輸送，以及各種天氣變化，都是通過大氣運動實現(xiàn)的。大氣運動的能量來源于太陽輻射。太陽輻射能的緯度分布不均，造成高低緯度間的溫度差異，這是引起大氣運動的根本原因。
    由于地面冷熱不均而形成的空氣流，稱為熱力環(huán)流。它是大氣運動最簡單的形式。熱力環(huán)流的成因類似于上面的實驗。如圖3.2所示，當?shù)孛媸軣崆闆r是均勻的時候，空氣沒有上升和下降運動。如果A地受熱多，B、C兩地受熱少，則A地近地面空氣就會膨脹上升，到上空聚積起來，使上空的空氣密度增大，形成高氣壓；B、C兩地的空氣就會冷卻收縮下沉，上空的空氣密度減小，形成低氣壓。于是，在上空，空氣便從氣壓高的A地向氣壓低的B、C兩地擴散。在近地面，A地空氣上升后向外流出，使A地近地面的空氣密度減小，形成低氣壓；B、C兩地因有下沉氣流，近地面的空氣密度增大，形成高氣壓。于是，近地面的空氣又從B、C兩地流回A地，以補充A地上升的空氣，從而形成了熱力環(huán)流。
    熱力環(huán)流是一種常見的自然現(xiàn)象。在一定條件下，地表的冷、熱差異會產(chǎn)生環(huán)流。例如，在陸地與海洋之間、城市與郊區(qū)之間都可能形成熱力環(huán)流。
大氣的水平運動
    地面受熱不均，導致空氣上升和下沉運動。這種空氣的垂直運動，使同一水平面上產(chǎn)生了氣壓差異。我們把單位距離間的氣壓差叫做氣壓梯度。只要水平面上存在著氣壓梯度，就產(chǎn)生了促使大氣由高氣壓區(qū)流向低氣壓區(qū)的力，這個力稱為水平氣壓梯度力。在這個力的作用下，大氣由高氣壓區(qū)向低氣壓區(qū)作水平運動，形成了風?？梢姡綒鈮禾荻攘κ切纬娠L的直接原因。
    水平氣壓梯度力垂直于等壓線，指向低壓。如果沒有其他力的影響，風向應該與氣壓梯度力的方向一致，即垂直于等壓線。但是，當風一旦形成，馬上就會受到地轉(zhuǎn)偏向力的作用，風向逐漸偏離氣壓梯度力的方向，北半球向右偏轉(zhuǎn)，南半球向左偏轉(zhuǎn)。高空大氣受氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力共同作用，風向與等壓線平行。
    近地面的風，還受到摩擦力的影響。摩擦力是指地面與空氣之間，以及運動狀況不同的空氣層之間互相作用而產(chǎn)生的阻力。摩擦力對風有阻礙作用，可減小風速。受氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力與摩擦力的共同作用，近地面大氣中的風向與等壓線之間成一夾角。