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气压梯度力

由于气压分布不均匀而作用于单位质量空气上的力,其方向由高压指向低压。

地球大气一直处在不停地运动状态,因此导致各种天气现象和天气变化的形成。大气之所以会运动,是因为有大气作用力的存在。气压梯度力是大气运动的一种基本作用力。在大气中任一微小的气块,各个表面都会受到来自大气的压力作用。当大气压分布不均匀时,气块就会受到一种静压力,这种作用于单位质量气块上的静压力即为气压梯度力。

如图1所示,取空气中任一微小的立方体气块,其体积为V=xyz,质量为m=ρxyz。设大气作用于A面上的压力为PA=pxyz,则作用于B面上的压力应为PB=-(pxpx)yz(负号表示方向相反),因此大气作用于气块垂直于x轴的两个面上的静压力

同理可得大气作用于气块垂直于y轴和z轴的静压力分别为-δPyxz和-δPzxy,三者的向量和为

则气压梯度力

图1 作用于气块x轴方向分量气压梯度力示意图

地球大气属于一种流体,其满足流体运动的基本物理规律。由于大气压的不均匀分布,气压梯度力的存在导致了许多天气现象的形成。如风的形成,是由于气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力等力共同作用的结果;中尺度天气台风、热带气旋,是高空存在低压系统,由于气压梯度力等力共同作用使低压系统发生逆时针方向旋转形成的;我国地处东亚地区,东南沿海,冬季亚欧大陆为冷高压,太平洋上为暖低压,因此我国以干冷的西北风为主,夏季则相反,以暖湿的东南风为主。因此,气压梯度力是大气运动的基本因子,也是天气现象形成的主要因素。


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