王江元，李红波

(1.中智项目外包服务有限公司，北京 100004；2.中国电建集团甘肃能源华亭发电有限责任公司，甘肃 平凉 744106)

考虑单位面积上高度为H的近地面大气柱，在压力梯度方向，其所包含的压力势能为

(1)

将大气压高公式代入，得到

(2)

对于单位面积上的水柱，其势能为

(3)

式中：ρa、ρw为空气和水密度；p0为标准大气压。

可以估算出，在高度20 m以下的大气层，单位面积上的大气压力势能高于水的高度势能(这一结论和文献[1]中的试验结果基本吻合)，这就是在近地面大气层，容易形成龙卷风、飓风、台风等强烈释放能量的强对流大气涡旋的原因；而且与葛洲坝最大坝高47 m的工程施工高度相比，对大气压力势能的利用显得更为廉价和低成本，这也为寻求风力发电的新突破找到了能量来源。

准静止状态下标准大气的气压场满足静力平衡方程[2]

dp=-ρgdz

(4)

由于地形和地表热力性质的不同，地面增温不均，对于单位体积的标准大气，其产生垂直向上的加速度[3]

(5)

式中：T′是升温空气块的温度；T为外围大气的温度。由上式知道，当地表空气受到热扰动T时，产生垂直向上的加速度，加速度的大小和扰动的大小成正比。

在水平方向，形成梯度风，其压力梯度满足以下动力学方程[4]

(6)

上述方程对应的解是气旋或反气旋两种水平大气涡旋。

上述垂直和水平方向大气运动的合成，形成陆地或海平面上的大气涡旋。可以看出涡旋的形成和发展过程，是大气气压场由静平衡到动平衡的发展过程，在初始扰动条件下，大气压力场由静平衡状态过度到动平衡状态。……