壓強梯度力

氣壓梯度力(英语:Pressure-gradient force),事實上並不是“力”,它其實是由于氣壓不同而產生的空氣加速度,从而產生風。在氣象學中,分为水平气压梯度力和垂直气压梯度力。

气压梯度力是向量,其大小决定于气压梯度和空气的密度。方向垂直于等压面并由高气压指向低气压方向。

计算
向量式
“力”G=-\frac{1}{\rho}\nabla

其中\nabla=-\frac{1}{\rho}(\frac{\partial p}{\partial x}\vec{i}+\frac{\partial p}{\partial y}\vec{j}+\frac{\partial p}{\partial z}\vec{k})

分量式
可根据下列公式分别计算X,Y,Z方向上的气压梯度力:

X方向: \frac{F_x}{m}=-\frac{1}{\rho}\frac{dp}{dx}

Y方向: \frac{F_y}{m}=-\frac{1}{\rho}\frac{dp}{dy}

Z方向: \frac{F_z}{m}=-\frac{1}{\rho}\frac{dp}{dz}

性质
1、垂直等壓線

2、高氣壓向低氣壓

水平气压梯度力
产生
水平气压梯度“力”是气压梯度力在水平方向上的分量,它用来描述空氣的水平運動。

计算
水平方向上,气压梯度力可以用下式计算:

G_h=-\frac{1}{\rho}\nabla p_h

其中\nabla p_h=\frac{\partial p}{\partial x}\vec{i}+\frac{\partial p}{\partial y}\vec{j}=\frac{\partial p}{\partial n}\approx \frac{\Delta p}{\Delta n}

\Delta p为水平方向上相距\Delta n的两点的气压差。

垂直气压梯度力
气压梯度“力”在垂直方向上的分量,称为垂直气压梯度力。

实际大气中,垂直气压梯度力比水平气压梯度力大很多。约为水平气压梯度力的 10^4 倍。虽然垂直气压梯度力的值较大,但是由于在竖直方向有重力与其平衡,因此空气所受的总的垂直分力并不大,垂直气压梯度力对空气的运动的作用较小。

计算
G_z=-\frac{1}{\rho}\frac{\partial p}{\partial z}

參見

  • 气压
  • 靜水壓平衡

资料来源
參考文獻

  • Roland B. Stull (2000) Meteorology for Scientists and Engineers, Second Edition, Ed. Brooks/Cole, ISBN 0-534-37214-7.

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