地转风和热成风平衡

在大于雷暴尺度的范围内，大气趋于一种力学上的近似平衡，因此，通过了解气压场和温度随高度的变化，预报员可以重建风场。

Definition

地转平衡是指水平气压梯度力与科里奥利力之间的近似相等；热成风是地转风随高度变化的结果，它与水平温度梯度成正比。

Scope

本主题涵盖了气压梯度力与科里奥利力之间的地转平衡、垂直方向上的静力平衡、将地转风的垂直切变与水平温度梯度联系起来的热成风关系，以及与弯曲气流相关的梯度风和旋衡风平衡。

Core questions

• 气压梯度力与科里奥利力的平衡如何决定大尺度风？
• 为什么水平温度对比意味着垂直风切变？
• 平衡流何时会崩溃，随之会发生什么？
• 曲率和离心效应如何修正地转平衡？

Key theories

地转近似

对于大尺度且变化缓慢的运动，加速度相对于主导力而言很小，因此风可以很好地近似为平行于等压线吹动的地转风值。

热成风关系

结合地转平衡和静力平衡表明，地转风的垂直切变由水平温度梯度决定，这解释了为什么强烈的上层急流位于剧烈温度对比之上。

Mechanisms

当空气堆积形成高压时，气压梯度力将其推向低压，但地球的自转使运动的空气发生偏转，直到科里奥利力与推力平衡，风沿着等压线流动。由于气压面在下方空气寒冷且密度大的地方倾斜更陡峭，因此地转风必须随高度变化，其变化量与水平温度梯度成正比，即热成风，这就是为什么急流位于最强温度对比之上。

Clinical relevance

地转风和热成风平衡使预报员能够根据温度和气压分析推断高空风，定位急流，并诊断大气偏离平衡的区域，这些区域是上升运动和天气发展集中的地方。

History

布伊斯·巴洛特（Buys Ballot）在19世纪提出的经验定律，即北半球风向低压区左侧吹，预示了地转平衡；20世纪早期地转风和热成风关系的正式化，以及它们在查尼（Charney）尺度分析中的核心作用，使它们成为动力气象学的基石。

Key figures

• Christophe Buys Ballot
• Carl-Gustaf Rossby
• Jule Charney

Seminal works

• holton2013
• martin2006

Frequently asked questions

如果我知道气压模式，我能估算出风吗？

是的。在大尺度上，地转关系可以根据等压线的密集程度给出风速，并根据等压线方向给出风向，在北半球低压位于左侧。

为什么急流位于它所在的位置？

热成风关系将风速随高度的增加与水平温度对比联系起来，因此最快的上层风，即急流，形成于暖空气团和冷空气团之间明显的边界之上。