大氣運動

   球形的地球大氣在太陽照射下,各地獲得不均勻的能量,加上水氣的 相位變化也提供了不少能量,使得大氣永不停息的運動。大氣的運動形式 大致包含了各種大小不一的系統,我們用「尺度」來劃分這些運動系統。

  所謂「尺度」(scale),指的是經歷時間的長短或在空間上涵蓋範圍 的大小。空間的尺度以長度計算,包括水平方向的覆蓋範圍,及垂直方向 伸展的高度,分別稱為水平尺度及垂直尺度。例如半徑為300公里的颱風, 可以由地面伸展到對流層頂(十餘公里),故其水平尺度為千公里,垂直 尺度為十公里。同一大氣運動系統維持的時間(生命期)或重複的週期 (如果是週期性的運動)稱為其時間尺度,以時間單位計算。例如颱風, 大致可維持一個星期左右,故其時間尺度為一星期。

  一般而言,主要的大氣運動系統的空間尺度大致和時間尺度成正比。 換句話說,範圍越大的系統,維持的時間會越久。所以,有時只要提示該 系統的空間尺度,就知道其時間尺度了,而不必再特加說明。 依尺度可分為:

              小尺度 : 幾毫米到幾公里  --> 幾分鐘~1小時(非地轉平衡)
              中尺度 : 幾公里到幾百公里 --> 幾小時~1(非地轉或半地轉平衡)
              大尺度 : 千公里到萬公里  --> 幾天~幾星期(半地轉或準地轉平衡)
               
行星尺度: 到幾萬公里    --> 幾星期以上(準地轉平衡或地轉平衡)

 地轉平衡(geostrophic balance):科氏力與氣壓梯度力平衡時,風沿等壓線吹。

  科氏力(Coriolis force):地球自轉使得北(南)半球慣性風會向右(左)偏向

  若運動為非直線方向,另須考慮向心力,此為梯度風平衡(如中尺度颱風運動)

  大尺度氣旋低壓,因曲率 半徑大,風速亦較小,向心力小,故為準地轉平衡(大致地轉平衡科氏力很重要)

  中尺度颱風運動,因曲率半徑較小,風速亦較大,向心力大,故為梯度風平衡(地轉平衡但科氏力仍重要)

  小尺度龍捲風運動,因曲率半徑甚小,風速非常大,向心力甚大,與氣壓梯度力平衡(科氏力則不重要)

 

回本主題| 回地球系統科學概論 ]

授課老師:楊明仁 mingjen@ncu.edu.tw

協同製作:洪秀雄 hong@mail.atm.ncu.edu.tw