热成风

热成风是由于水平温度梯度引起的地转风幅度或符号的变化。地转风是一种理想化的风，它是由沿水平方向的力平衡产生的。每当地球自转在流体动力学中起主导作用时，例如在中纬度地区，科里奥利力和压力梯度力之间就会形成平衡。直观地说，压力的水平差异推动空气穿过该差异，其方式类似于山丘高度的水平差异导致物体滚下山坡。然而，科里奥利力介入并将空气推向右侧（在北半球）。这在下图的面板 (a) 中进行了说明。这两种力之间形成的平衡导致平行于水平压力差或压力梯度的流动。 此外，当作用在垂直方向上的力以垂直压力梯度力和重力为主时，会发生流体静力平衡。

在正压大气中，密度只是压力的函数，水平压力梯度将驱动随高度恒定的地转风。但是，如果沿等压线存在水平温度梯度，则等压线也会随温度而变化。在中纬度地区，压力和温度之间通常存在正耦合。这种耦合导致等压线的斜率随着高度的增加而增加，如左图 (b) 所示。由于等压线在较高海拔处更陡峭，因此相关的压力梯度力在那里更强。然而，科里奥利力是相同的，因此在较高海拔处产生的地转风在压力方向上必须更大。 [2]

正压大气（a）和斜压大气（b）中不同等压水平的地转风。表面的蓝色部分表示寒冷区域，而橙色部分表示温暖区域。这种温度结构仅限于（a）中的表面，但延伸到（b）中的流体深度。虚线包围了等压表面，这些表面在 (a) 中随着高度的增加而保持恒定斜率，在 (b) 中随着高度的增加而斜率增加。粉红色箭头表示水平风的方向和幅度。只有在斜压大气（b）中，这些才会随高度而变化。这种变化说明了热成风。

在斜压大气中，密度是压力和温度的函数，这样就会存在水平温度梯度。水平风速与高度的差异是垂直风切变，传统上称为热成风。

由两个不同压力定义的大气层的位势厚度由下式描述：

${\displaystyle \Phi _{1}-\Phi _{0}=\ R{\overline {T}}\ln \left[{\frac {p_{0}}{p_{1}}}\right]}$ ,

其中${\displaystyle \,R\,}$是空气的比气体常数，${\displaystyle \,\Phi _{n}\,}$是压力水平的位势高度${\displaystyle \,p_{n}\,}$， ${\displaystyle {\overline {T}}}$是层的垂直平均温度。该公式表明层厚与温度成正比。当存在水平温度梯度时，层的厚度将在温度最高处最大。

对地转风 ${\displaystyle \mathbf {v} _{g}={\frac {1}{f}}\mathbf {k} \times \nabla _{p}\Phi }$ （其中${\displaystyle \;f\;}$是科里奥利参数， ${\displaystyle \mathbf {k} }$是垂直单位向量，梯度算子上的下标“p”表示等压面上的梯度）进行微分，从压力水平${\displaystyle \,p_{0}\,}$积分至${\displaystyle \,p_{1}\,}$ ，我们得到热成风方程：

${\displaystyle \mathbf {v} _{T}={\frac {1}{f}}\mathbf {k} \times \nabla _{p}(\Phi _{1}-\Phi _{0})}$ .

代入第一个式子，得到一个基于温度的形式，

${\displaystyle \mathbf {v} _{T}={\frac {R}{f}}\ln \left[{\frac {p_{0}}{p_{1}}}\right]\mathbf {k} \times \nabla _{p}{\overline {T}}}$ .

注意热成风方向与水平温度梯度成直角，在北半球是逆时针方向。在南半球，${\displaystyle \;f\;}$的正负号反转。

在（a）中，冷平流正在发生，因此热成风导致地转风随高度逆时针旋转（对于北半球）。在（b）中，正在发生暖平流，因此地转风随高度顺时针旋转。

如果地转风的一个分量平行于温度梯度，热成风将导致地转风随高度旋转。如果地转风从冷空气吹向暖空气（冷平流），地转风将随高度逆时针旋转（在北半球），这种现象称为逆风。否则，如果地转风从暖空气吹向冷空气（暖平流），风将随高度顺时针旋转，也称为风转向。

据此可以使用大气探测的数据来估计水平温度梯度。

与平流转向的情况一样，当存在地转风的交叉等温分量时，会导致温度梯度的锐化。热成风引起变形场，可能发生锋生现象。

沿子午线向南移动时存在水平温度梯度，因为地球的曲率导致赤道比两极受到更多的太阳辐射加热。这在中纬度地区形成了西风地转风模式。由于热成风会导致风速随高度增加，因此西风模式的强度会增加，直到对流层顶为止，从而产生称为急流的强风流。北半球和南半球在中纬度地区表现出相似的急流模式。

急流最强的部分应该靠近温度梯度最大的地方。由于北半球的海陆分布，在北美东海岸（加拿大冷气团和墨西哥湾流/温暖的大西洋之间的边界）和欧亚大陆（北方冬季季风/西伯利亚冷气团之间的边界）濒临温暖的太平洋处，可以观察到最大的温度差异。因此，在北美东海岸和欧亚大陆上可以观测到最强的北方冬季急流。由于更强的垂直切变会促进斜压不稳定，因此在北美东海岸和欧亚大陆出现的温带气旋（所谓的炸弹气旋）发展最快。

南半球中纬度没有成规模的大陆，导致出现经度更恒定的急流（即更纬向对称的急流）。