地转风(geostrophic wind)是大气在地转平衡,即气压梯度力和地转偏向力相平衡时产生的水平运动。
地转风的方向与等压线平行,在北半球,地转风去向的右侧为高压,左侧为低压,南半球反之;该结论也被称为风压定律。在同一纬度上,地转风的强度与气压梯度力成正比。在不同纬度上,地转风在低纬度弱,中-高纬度强。
地转风是一个理论模型,用于解释真实世界中风场和气压场的关系。如果地转风的理论值与实际观测接近,则该区域的大气接近于地转平衡(geostrophic balance)状态。地转风的风向也解释了北半球气旋逆时针旋转,反气旋顺时针旋转的现象。
地转风是指自由大气中空气的水平等速直线运动,是指无加速度、惯性离心力不起作用情况下的运动。在这种运动中,只有水平气压梯度力和地转偏向力起作用。地转风是自由大气中水平气压梯度力和地转偏向力相平衡时的空气的水平运动。
地转风是平衡运动,它受到的合外力等于零,没有加速度。空气运动平行于等压线,人背风而立,高压在右,低压在左。这就是北半球地转风的规则。平时人们说水往低处流,那么空气也应该从高压向低压流动了,但实际上却是平行于等压线流动的,这是地转偏向力影响的结果。因为,当有了气压梯度之后,空气要从高压向低压流,一但有运动,就会受地转偏向力的作用,使运动方向向右偏(北半球),随着运动方向的改变,偏向力的方向也改变,因为偏向力的方向永远垂直于运动方向所指的右方。
在大尺度自由大气中(不考虑摩擦力的作用),空气质点所受的水平气压梯度力 (G)和水平地转偏向力(A)达到平衡时的匀速直线平衡运动,G=A。地转风的表达式:Vg=-(9.8/f)×(H/n)式中f=2ωSinφ是地转参数,-(H/n)为高度梯度 (相当于气压梯度)。地转风方向平行于等压线,在北半球,背地转风而立,高压在右,低压在左,南半球则相反,地转风速度大小与水平气压梯度成正比,即等压线越密(疏)地转风风速越大(小)。地转风风速还与地球纬度成反比。
在中高纬地区,高空的实际风十分接近地转风,风压关系大体遵循上述地转风原理,这是中高纬地区在分析天气和预报天气中应遵循的原则。
在大气中水平方向的气压梯度力与地球自转所引起的科里奥利力平衡时的风。由于水平气压梯度力的方向垂直于等压线且由高压指向低压,而科里奥利力的方向垂直于风,因此两者平衡形成的地转风的方向平行于等压线(或等重力位势线)。在北半球,若背风而立,高气压(或高重力位势)在右侧,低气压(或低重力位势)在左侧,在南半球则相反。
自然坐标系下,大尺度运动中,地转风的表达式为:
注:
则是 水平气压梯度力。为地转涡度,又叫地转参数,
ωsinφ ,ω为角速度,φ为纬度。P为气压。
n是自然坐标系下 的 法线方向。
是水平气压在 法线方向上的变化率从概念和计算表达式来看,地转风可以看做是 “大气大尺度运动中,曲率半径
,水平气压梯度力 和 水平科氏力(水平科里奥利力)相平衡” 的一种风。而梯度风 是水平科氏力、水平气压梯度力 和 惯性离心力三力平衡的结果。 所以,地转风可以看做是特殊的梯度风。