地轉

地轉（geostrophic motion）全稱地轉運動或地轉風場，是航空飛行時在中緯度地區會碰到的等壓線為一族平行的直線時的平衡流場。在地轉運動中，水平氣壓梯度力與科里奧利力相平衡。實際風場不大可能是嚴格的地轉風場。然而尺度分析表明，中緯度自由大氣中水平氣壓梯度力與科里奧利力近似地相平衡，運動是準水平、準定常的，而這些正是地轉運動的主要特徵。

基本介紹

• 中文名：地轉
• 外文名：geostrophic motion
• 全稱：地轉運動或地轉風場
• 平衡關係：水平氣壓梯度力與科里奧利力平衡
• 一級學科：航空科技
• 二級學科：航空環境

簡介

等壓線為一族平行的直線（）時的平衡流場稱為地轉運動，或稱為地轉風場。

相關方程

在地轉運動中，水平氣壓梯度力與科里奧利力相平衡。這一平衡關係表示在圖1 中。若V_g表示地轉風速的大小，則有：

若從矢量形式的水平運動方程出發，則地轉運動的動力學關係為

其中 k 和 V_g為矢量。以矢量k 乘以上式得到

上式表明地轉風方向與等壓線相平行，在北半球（f>0），高壓在速度方向右側，低壓在速度方向左側；地轉風大小與水平氣壓梯度成正比，與密度和緯度的正弦成反比。寫成分量形式有

靜力平衡條件下可採用 p 坐標系，p 坐標系中地轉運動的動力學關係為

由此得到

p 坐標系中地轉風表達式要比 z 坐標西中簡單，不再出現密度因子。又地轉風大小為

式中 N 為位勢梯度方向，故地轉風大小和等壓面坡度成正比，等壓面坡度愈大，地轉風速也愈大。

圖1.地轉平衡示意圖

應該指出，以上定義的地轉運動必須滿足一下條件：

（1）氣流方向無外力分量；

（2）運動是水平的，定常的；

（3）水平氣壓梯度力與科里奧利力嚴格相平衡。

因此，實際風場不大可能是嚴格的地轉風場。然而尺度分析表明，中緯度自由大氣中水平氣壓梯度力與科里奧利力近似地相平衡，運動是準水平、準定常的，而這些正是地轉運動的主要特徵。