风从哪里来?

Question

(根据维基百科)大规模气体的流动。
风在地球表面,包括大量的空气流动。

什么力量会导致这样的群众运动的空气?

Answer 1

风是由压力引起的差异。想到一个气球充满了空气;戳一个洞,空气就出来了。为什么?因为气球的压力比外面高,所以重新获得相等的压力,大规模举措,是风。

这有更多的大气中由于地球自转和附近的表面摩擦中也扮演了重要的角色。运动是navier - stokes方程,在笛卡儿空间向量形式:

$ $ \ dfrac{\部分\ mathbf u}{\部分t} = - u \ cdot \ \ mathbf微分算符\ mathbf u - \ dfrac{1}{\ρ}\微分算符p 2ω\ mathbf \ \ * \ mathbf u + \ mathbf g + \ mathbf F $ $

在这个方程,\ mathbf u向量风美元,美元(\ mathbf u \ cdot \微分算符)美元是平流运营商\ρ是密度,美元\ mathbf \ω美元是向量的旋转地球\ mathbf g是有效重力和美元\ mathbf F是美元摩擦。

lh是风的时间变化率在空间中的一个点(相对于包裹后)。园艺学会代表很多因素产生风的变化。从左到右:

• 动量平流(非线性)
• 压力梯度力(这是风从高到低压力)
• 科里奥利力(这风在北半球向右和左SH,使风流等压线平行)
• 重力(提供流体静力平衡PGF在垂直)
• 在边界层摩擦(你可能会认为这是美元\ν\微分算符^ 2 \ mathbf u $)

对大尺度天气流在水面上,这通常被简化为一个平衡流地转平衡。这源源不断的PGF和科里奥利力之间的平衡在水平和垂直流体静力平衡。

$ $ \ dfrac{1}{\ρ}\微分算符p = 2ω\ mathbf \ \ * \ mathbf u $ $

也可以写成

$ $ u_g = - \ dfrac{1}{\ρf} \ dfrac{\部分p}{\偏y} $ $ $ $ v_g = \ dfrac{1}{\ρf} \ dfrac{\部分p} {x} \部分$ $ $ $ \ dfrac{\部分p}{\部分z} = - $ $ \ρg

在这些方程,u_g美元地转风的东/西方向和v_g美元地转风在北/南方向和f是科氏参数美元($ f = 2ω\ \罪\φ,美元\φ是lattitude美元)。

理想化地转和流体静力学平衡,没有垂直运动和水平流等压线平行,顺时针流动(逆时针)在高压NH (SH)和逆时针流动(顺时针)在低压NH (SH)。

对于弯曲流,我们可以考虑另一种平衡梯度风平衡,允许加速流的离心力。这个可以写成(n是美元在侧风方向):

$ $ \ dfrac {V ^ 2} {R_t} =阵线- \ dfrac{1}{\ρ}\ dfrac{\部分p}{\部分n} $ $

R_t美元在哪里流中的曲率半径。在R_t \ rightarrow \ infty美元的极限加速度项消失,这就变成了地转流。这种平衡的结果是,风将流慢地转平衡在一个低压中心,这是subgeostrophic。在高压中心supergeostrophic比地转流,或更快。

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您可能已经注意到风平衡上面non-divergent和缺乏垂直流动。这使得枯燥的天气,没有附近的地面或垂直运动很大的地方。

我们长期偏离地转流ageostrophic风,这占摩擦。这导致风融合从高压向低压和发散。

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另一个流是等变压风,这是风吹过压力上升对压力下降。你通常会看到这个地方风就像冷锋传递和前面和后面的压力上升落在它前面。这增强了横风额,帮助生产经常强,阵阵风冷锋过后。