課程內(nèi)容

《冷熱不均引起大氣運(yùn)動(dòng)》
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(dá)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(dá)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(shí)又以長(zhǎng)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(duì)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(duì)地面長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。大氣運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)最簡(jiǎn)單的形式。熱力環(huán)流的成因類似于上面的實(shí)驗(yàn)。如圖3.2所示，當(dāng)?shù)孛媸軣崆闆r是均勻的時(shí)候，空氣沒有上升和下降運(yùn)動(dòng)。如果A地受熱多，B、C兩地受熱少，則A地近地面空氣就會(huì)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(huì)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?cái)U(kuò)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(bǔ)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(huì)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(yùn)動(dòng)
    地面受熱不均，導(dǎo)致空氣上升和下沉運(yùn)動(dòng)。這種空氣的垂直運(yùn)動(dòng)，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(gè)力稱為水平氣壓梯度力。在這個(gè)力的作用下，大氣由高氣壓區(qū)向低氣壓區(qū)作水平運(yùn)動(dòng)，形成了風(fēng)?？梢姡綒鈮禾荻攘κ切纬娠L(fēng)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(fēng)向應(yīng)該與氣壓梯度力的方向一致，即垂直于等壓線。但是，當(dāng)風(fēng)一旦形成，馬上就會(huì)受到地轉(zhuǎn)偏向力的作用，風(fēng)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(fēng)向與等壓線平行。
    近地面的風(fēng)，還受到摩擦力的影響。摩擦力是指地面與空氣之間，以及運(yùn)動(dòng)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(duì)風(fēng)有阻礙作用，可減小風(fēng)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(fēng)向與等壓線之間成一夾角。