大气的水平运动

运动的影响
风：大气水平运动的主要表现形式，对气候、天气等产生重要影响
季风：季节性变化的大气水平运动，对全球气候产生重要影响
海陆风：沿海地区特有的大气水平运动，对沿海气候产生重要影响
气压带和风带：大气水平运动的结果，对全球气候产生重要影响
大气的水平运动的特征
3
风向特征
季风：大气水平运动的季节性特征
太阳辐射：影响大气的温度和湿度，从而影响大气的水平运动
运动规律的应用
气象预报：利用大气水平运动的规律进行天气预报
航空飞行：根据大气水平运动的规律选择合适的飞行路线和速度
海洋航行：利用大气水平运动的规律指导船舶航行，避开恶劣天气
环境监测：通过监测大气水平运动的规律，了解大气污染和扩散情况
运动规律的局限性
台风：热带海洋上形成的强烈热带气旋，是大气水平运动的一种极端形式
运动过程
太阳辐射：太阳辐射是大气运动的主要动力来源
气压梯度力：气压梯度力是大气水平运动的主要驱动力
地转偏向力：地转偏向力使大气水平运动产生偏转
地球自转：地球自转导致大气产生水平运动
摩擦力：摩擦力使大气水平运动减速
大气环流：大气环流是大气水平运动的重要表现形式
龙卷风的运动轨迹：通常呈直线或曲线移动，有时也会原地旋转
龙卷风的结构：由内到外分为核心区、旋转区和外流区
大气污染物的水平扩散分析
大气污染物的来源：工业排放、汽车尾气、生活垃圾焚烧等
大气污染物的扩散治理：减少排放、提高能源效率、推广清洁能源等
大气污染物的扩散监测：遥感技术、空气质量监测站等
大气污染物的扩散方式：风力、大气压力梯度、温度梯度等
气压带和风带：大气水平运动的全球性特征
风向变化特征

等压线闭合，数值
低压中心
压中心的范围
中低周高
高气压延伸出来的 高压 脊控制地区 与高
高压脊
狭长区域
压中心天气状况相近
低压槽往往与锋面结
低气压延伸出来的 合在一起，其控制地区
低压槽
狭长区域
与低压中心一样以阴
雨天气为主
核心图表解读
第1讲
[方法技巧] 1．风向的运用
利用风向可判断以下几方面问题：
(1)等压线值的变化规律：顺着风向，等压线值越来越小。
在同一水平面上气压相等的各点的连线就是等压线。等 压线实际上是等压面和等高面的交线，所以等压线分布 图表示在同一高度上气压水平分布的状况。“高压”和 “低压”是针对同一水平面上的气压差异而言的。
核心图表解读
第1讲
本
课
栏
目
开
气压系统
特征
注意点
关
等压线闭合，数值
高压中心
最外一条封闭等压线
中高周低
以内是高压中心或低
9．从热力环流原理看图示近地面( C )
A．①为海洋 ④为陆地 B．①为谷地 ④为山地 C．①为郊区 ④为城区 D．①为陆地 ④为海洋 10．若图示近地面地势低平，气温都为21.5℃，则 飞机在图中①②③④四处飞行，飞行员感觉最颠簸
的是( A )
A．① B．② C．③ D．④
读下图，沿甲图E－F，A－B所作的海平面气压变化图分别为乙图和丙图， 回答11～12题。
第1讲
第 1 讲 冷热不均引起大气运动
本
课 栏
一、大气的受热过程
目
开 关
二、热力环流
大气受热过程
低 D
高 G
A
冷却

形成原因
气压差异
由于地球表面温度和压力分布不 均，导致不同地区的气压存在差 异，从而形成气压梯度力，促使
空气从高压区流向低压区。
科里奥利力
地球自转产生的科里奥利力对空气 流动产生影响，使风向发生偏转。
地形影响
地形地貌对风向和风速产生影响， 如山脉、河流等地形因素可以改变 风向和风速。
表现形式
01
大气的水平运动课件
• 大气的水平运动概述 • 大气的水平运动的动力学基础 • 大气的水平运动的基本规律 • 大气的水平运动的实例分析
• 大气的水平运动的模拟与预测 • 大气的水平运动的意义与影响
01
大气的水平运动概述
定义与概念
定义
大气的水平运动是指大气在水平 方向上的运动，通常是指风。
概念
风是由地球表面温度和压力分布 不均而产生的空气流动现象，是 气象学中一个重要的概念。
传播污染物
大气水平运动可以将污染物从一个地区输送到另一个地区，影响空 气质量，进而影响人类健康。
改变地表风貌
风力作用可以塑造地表形态，如风蚀作用形成雅丹地貌，搬运沙丘形 成沙漠。
对地球生态系统的影响
维持生物多样性
01
风力可以帮助种子传播，促进生物分布和迁移，从而维持生物
多样性。
影响海洋生态系统
02
通过气象模型和数值预报方法 ，可以预测未来一段时间内的
风速变化。
风场的演变规律
风场演变的概念
风场演变是指在一个较大区域内，风向、风 速随时间而发生有规律的变化。
风场演变的观测
通过气象观测站、气象卫星等手段，可以观 测风场的演变情况。
风场演变的原因
风场演变主要受到大气环流、气候系统等多 种因素的影响。

18/41
空气质点受力分析 北半球
高压
a
南半球
高压
a
低压
V
低压
低压
a
低压
V
a
19/41
(三)惯性离心力 1、提问： 如果你坐在公共汽车里，当车转弯时, 你会有什么感觉？ 2、定义： 在作曲线运动的物体，时刻受到一个 离开曲率半径向外的作用力。这个力是物 体为保持作曲线运动而产生的，即惯性离 心力。 3、方向：与物体运动的方向相垂直，并指 向曲率半径的外侧。
4/41
水平气压梯度的单位通常用百帕/赤道度表示。 1赤道度是赤道上经度相差1度的纬圈长度，
约为111km。
5/41
气压梯度力可以分解为水平气压梯度力（Gn） 和垂直气压梯度力（GZ）
状态，因而在垂直方向上一般不会造成强大的上升气流； 而Gn虽小，由于无其它实质力与它相平衡，在一 定条件下，却能造成较大的空气水平运动。
§4-3 大气的水平运动
一、促使空气运动的力
二、自由大气中的空气运动
三、摩擦层中的空气运动
1/41
一、促使空气运动的力 （一）水平气压梯度力
1、气压梯度：
2/41
气压梯度=- Δp/ Δn (单位：mb/赤道度) 特点：Δp一定时 等压面疏气压梯度变化 1000.0 等压面密气压梯 - Δp/ Δn 度变化大 Δp 压差
y
以圆盘外为参照系
x

O
O A B y’
以圆盘为参照系
B
x’ O A
地转偏向力的方向：与运动方向垂直 B 北半球指向运动方向的右侧 南半球指向运动方向的左侧
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2、定义：
作用在转动地球上的运动空气上的
惯性力。它是促使运动的空气偏离水平

• 方向：北半球，恒垂直于物体运动方向的右侧90度，南半球相反. 方向：北半球，恒垂直于物体运动方向的右侧90度 南半球相反. 90 • 讨论： 讨论： A是物体相对于地球运动才产生的 静止物体不受其作用。 是物体相对于地球运动才产生的， (1) A是物体相对于地球运动才产生的，静止物体不受其作用。 地转偏向力是虚拟力， 只改变物体的运动方向，不改变速度。 (2) 地转偏向力是虚拟力， 只改变物体的运动方向，不改变速度。 在北半球A恒垂直于物体运动的右方，南半球相反。 (3) 在北半球A恒垂直于物体运动的右方，南半球相反。 sinφ成正比 两极最大， 成正比， (4) A 与sinφ成正比，两极最大，赤道上为零 。
梯度风与地转风比较
v v • 地转风： Gn = An 地转风：
• 低压中的梯度风： 低压中的梯度风： • 高压中的梯度风： 高压中的梯度风：
v v v Gn = An + C
v v v G n + C = An
• 因此，在水平气压梯度和曲率半径相同时，Va 因此，在水平气压梯度和曲率半径相同时， 实际上低压中的风比高压大， ＞Vg＞Vc。实际上低压中的风比高压大，原因 Vg＞ 是低压中
△n △P
-△P/ △n=-(P1-P2)/ △n =(P2-P1)/ △n 显然，水平气压梯度 恒大于零。
一、作用在空气微团上的力
重力、水平气压梯度力、水平地转偏向力、惯性离心力、 重力、水平气压梯度力、水平地转偏向力、惯性离心力、摩擦力 • 1. 重力(gravity)；大小为g≈ 9.8m/s2，方向向下，指向地心。 重力(gravity)；大小为g≈ 方向向下，指向地心。 (gravity) • 2. 水平气压梯度力(pressure gradient force): 由于作用在单 水平气压梯度力(pressure 位质量空气上的压力在水平方向上分布不均匀，引起气压梯度力。 位质量空气上的压力在水平方向上分布不均匀，引起气压梯度力。 大小为： 大小为： (1) (2) (3) (4)

水平气压梯度力
垂直于等压线，由高压 指向低压
对风向影响 决定风向
地转偏向力
与风向垂直
影响风向 南左北右
摩擦力
与风向相反
影响风向
对风速影响 决定风速 不影响风速 减小风速
大 气 的 水 平 运动(1 7张)
大 气 的 水 平 运动(1 7张)
三、风向的画法
大 气 的 水 平 运动(1 7张)
（1）北半球近地面的风：风向向右偏转， 大气的水平运动(17张) 与等压线斜交。
水平气压梯度力
风向
低压
1002 hpa
1004
1006
1008
高压
大 气 的 水 平 运动(1 7张)
大 气 的 水 平 运动(1 7张)
1．下图中，属于北半球风向的有（ C ）
1000
1008
1008
1000
1002 1004
1006 1008
hpaA
1006 1004 1002 1000
hpa
B
甲D C
1020
1025
大 气 的 水 平 运动(1 7张)
大 气 的 水 平 运动(1 7张)
3、读“风的形成示意图”，回答下列问题。(11分)
(1)该图表示 近地面 (近地面或高空)风向图，判断的依是
风向与等压线斜交
。
(2)此风是在 北 半球，判断理由是 地转偏向力向右偏
。
(3)图中的b表示 风向
，c表示 地转偏向力 。
(4)图中a的特征是
与等压线垂直，由高压指向低压
。
(5)图中A、B两地中，风速较大的是 B 地，原因
是 等压线较A处密。集， 水平气压梯度力较A处大

季风气候的形成与影响
季风的形成
季风是由于地球表面温度和压力的季节性变化引起的，导致大范围的气流运动。在冬季， 冷空气从高纬度地区向低纬度地区流动，形成冬季风；在夏季，暖空气从低纬度地区向高 纬度地区流动，形成夏季风。
季风对气候的影响
季风气候区域内的降水、温度和湿度等气象要素受季风的影响较大。例如，亚洲季风气候 区的降水主要集中在夏季，冬季则相对干燥。
季风异常的影响
季风异常会导致气候异常，如季风提前或延迟到来、季风强度变化等，这些都会对农业、 水资源和生态系统等产生影响。
气旋与反气旋对气候的影响
气旋对气候的影响
气旋是低气压系统，其内部气流呈旋转状向中心流动。气旋 带来的降水多为暴雨或雪等，如台风、飓风等。气旋还会引 起大范围的天气变化，如温带气旋对欧洲气候的影响。
摩擦力
定义
空气运动时受到的阻碍运动的力， 分为内摩擦力和外摩擦力。
影响
内摩擦力影响气流运动，外摩擦 力影响风速和风向。
作用
摩擦力使风速减小，改变风向。
惯性离心力
定义
由于地球自转而产生的，使地球 表面运动的物体受到与其运动方
向相垂直的力。
影响
改变近地面风向，影响天气系统的 发展和移动路径。
作用
在北半球使风向右偏转，南半球使 风向左偏转。
随着计算机技术和数值方法的不断发展，数值模拟在大气水平运动研究中的应用将更加广泛 和深入，未来将有望进一步提高模型的精度和分辨率，更好地揭示大气的运动规律和预测能 力。
THANKS
感谢观看
季风的形成与影响
季风的形成
季风是由于地球表面温度和压力分布不均而形成 的，在热带和副热带地区最为显著。
季风的移动

（百帕） （百帕）
1000
A
1000
B
1005 1010
1010 1020
比例尺：1：10000 （百帕）
比例尺：1：10000
（百帕）
1000
D C
1000 1005 1010
比例尺：1：30000
1005
比例尺：1：10000
练习：
在北半球等压线图中，近地面风向是 B
高空风向是
A
高压
A C
1010
（hPa） 1010ຫໍສະໝຸດ 1020等压线：在同一水平面上气压相等的 1030 各点的连线。
作用力 大小 水平气 与气压 压梯度 梯度成 正比 力
特点 方向
垂直于等压 线，由高压 指向低压
对风的影响 风速
影响
风向
影响
地转偏 与运动 向力 速度成
正比
垂直于运动方向 北半球右偏，南 不影 响 半球左偏
影响
摩擦力 与摩擦
系数成 正比
与运动方向 相反
影响 影响 （降低）
（百帕） 北半球高空中的风向
1000
风向：平行等压线
1005 1010 1015 1020
气 压 梯 度 力 地转偏向力
气压梯度力
（水平气压梯度力与地 转偏向力为平衡力）
地转偏向力
风向
5
在气压梯度力和地转偏向力共同作用下的风 （北半球高空）
与空气运动方向相反 地面摩擦力: 改变风力大小和方向 请依据图中风向，画出近地面空气运动时的受力情况
2、在不同等压线图幅中：
A、比例尺相同，等压线间距相等：等压差越大，风力 越大； 等压差 等压差 ×比例尺 B、计算：水平气压梯度力＝ 实际距离＝

49/41
梯度风和地转风既有共同点，又有相异 处， 二者都是作用于空气质点的力达到平衡 时的风，梯度风考虑了空气运动路径的 曲率影响。
在研究自由大气中大尺度空气运动时， 梯度风或地转风这两种平衡关系是基本 适应的，尤其在中高纬度，它们概括了 自由大气中风场和气压场的基本关系， 在气象上有很大实用价值。
39/41
40/41
3、梯度风的特性 V受G、φ、r的影响
rΔ p Vac rω sin (rω sin ) ρ Δ n
2
当G、Φ在同一气压场中时，存在着如下的 关系：Vac ? Vg ? Vc Vc Vg A C G G CA G A 低 高
Vac
41/41
低压区
2 rΔ p Vc Байду номын сангаасrω sin (rω sin ) ρ Δn
47/41
旋衡风：
旋衡风又名旋转风，它是气压梯度力与 惯性离心力平衡时的风（G=C）。 因惯性离心力指向圆外，所以气压梯度 力指向圆心，故旋衡风圆形迹线中心总 是（？） 低压。 因不涉及A，风向不影响上述两力平衡， 故风向可以是顺时针的也可以是逆时针 的。
48/41
低纬A小，可出现旋衡风，如小型热带 气旋等。 中、高纬的小尺度低压内也可出现旋衡 风，如龙卷风、尘卷风等。 这种小尺度低压内气压梯度大而且曲率 半径小，风速很大，固然A增大，但C 与V的平方成正比，增大更快，这就使 A相对变小。
高压区
rΔ p Vac rω sin (rω sin ) ρ Δ n
2
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读：课本100页表4-5 龙卷风形成及风速：
43/41
分析：高压区中梯度风的风速
在北半球：

与运动方向垂直 与纬度、风速 ，北半球指向右 地砖偏向 等因素相关 侧，南半球左侧 力B
只影响风向
AB平衡时风 向平行于等 压线（高空
摩擦力C
ABC共同作用 近地面较大， 影响风向、风 ，风向与等 与运动方向相反 压线斜交 高空小 速 近地面）
练习：飞机在北半球高空向西飞行，此时飞 行方向左边为高压区，右边为低压区，问飞 机是顺风还是逆风飞行？
原动力
阻力
方向
大小
影响
风向
大气运动的直 只A作用时， 与气压梯度成 接原因，原动 风向垂直于 由高压指向低压 水平气压 ，与等压线垂直 正比。等压线 力；风向、风 等压线，由 密集处越大 速的最主要影 高压指向低 梯度力A 响因素 压
与运动方向垂直 与纬度、风速 ，北半球指向右 地砖偏向 等因素相关 侧，南半球左侧 力B
高气压 低气压 高气压
B冷却
A受热
C冷却
1、此图上方是等压面，等压面大多数情况下与水平面或等高面（也就是和水平面平行，高 度值不同的那些平面）是不平行的，这样才会在水平方向产生气压梯度，才会形成气旋或 者反气旋； 2、下方的每个圈是不同值的等压面和等高面的交线，不是等压面，是水平方向的等压线； 3、你说的侧视图应该是指剖面图吧，由于不同高度的气压不同，所以在垂直方向上有很多 不同值的等压面，大小随高度减小，如果不考虑y方向，仅从x-z平面上看的话，剖面图应 该是很多条曲线，但是从立体上看实际大气中的等压面在垂直方向表现为随高度变化很多 起伏不平的曲面，就像图中上方的曲面一样。（图中上面是一个平面，不是曲线，注意它 的虚线部分）
04 hp a
水平面等压线分布图
1004hpa 1008hpa 1004hpa
气压梯度：同一水平面上，单位距离间的气压差

地转偏向力 向 于
北半球
向 北 风
风向 与风 成
与空气运动方向(风向)相反, ①方向: 方向: 与空气运动方向(风向)相反, 3.地面摩擦力 地面摩擦力: 3.地面摩擦力: 大小取决于地表的粗糙程度 影响: ②影响: 减小风速 近 地 面 风 的 形 成 水平气压 梯度力 三种力共同作用下, 三种力共同作用下,风向 与等压线成一夹角, 与等压线成一夹角,并且摩 擦力越大,夹角越大. 擦力越大,夹角越大. 风向 (百帕) 百帕) 1000 1005 地面摩擦力 1010 地转偏向力 风压定律: 风压定律:
北半球) (北半球)
大 气 作 水 平 运 动 所 受 作 用 力
(
水平气压梯度力
(垂直于等压线 气压 向 气压
风向垂直于等压线 赤道上空的风) (赤道上空的风) 力平 风向平 于等压线 空风) 空风) 力 风向 压线 地 风) 等
地转偏向力
垂直于风向 风 偏) 向 偏 风向 偏)
地
风向
力
课堂练习
1.引起大气运动的根本原因是: 1.引起大气运动的根本原因是: 引起大气运动的根本原因是 D A 地转偏向力 B 同一水平面上的气压差异 C 水平气压梯度力 D 因纬度不同造成的地面热量差异 2.产生大气水平运动的原动力: 2.产生大气水平运动的原动力: 产生大气水平运动的原动力 A A 水平气压梯度力 B 地转偏向力 C 地面摩擦力 D 前三个力的合力 3.大气运动的最简单的形式是: 3.大气运动的最简单的形式是: 大气运动的最简单的形式是 A 气旋和反气旋 C 热力环流 B 风 D 大气环流
7 , 下图中A , B , C , D 点为北半球中纬度海平面上的点. 下图中 A 点为北半球中纬度海平面上的点 . 点上精确测定水的沸点时, 在 A , B , C , D 点上精确测定水的沸点时 , 则 A , B 点为 99.95℃ 点为99 80℃ 试回答下列问题: 99. 99.95℃,C,D点为99.80℃,试回答下列问题:

右(北半球)或向左(南半球)偏转30°～45°角，画出实线箭头，
即为经过该点的风向。如下图(北半球)：
①近地面风：
②高空风：
(3)风向的应用： ①判断气压的大小：顺着风向，气压值越来越小。 ②判断南北半球：向右偏→北半球；向左偏→南半球 。 ③判断近地面和高空(高空忽略摩擦力)：风向与等压线 的关系：斜交 →近地面；平行→高空。 ④判断高压和低压：观测者背风而立，北半球高压中心
，则反之。
③相邻两条等压线数值差越大，水平气压梯度力越大，风力 越大；相邻两条等压线数值差越小，水平气压梯度力越小，风力 越小。
(2)判断风向： 第一步：在等压线图中，按要求画出过该点 的切线并作垂直于切线的虚线箭头(由高压指向低压，但并非一 定指向低压中心)，表示水平气压梯度力的方向。 第二步：确定南、北半球后，面向水平气压梯度力方向向
脊中各条等压线上弯曲最大处的连线叫脊线。
2．等压线的判读与应用 (1)风力的判读：风力的大小取决于水平气压梯度力大小。
等压线密集处水平气压梯度力大，风力也大。但要注意不同的两
幅图上的等压线值和比例尺两种情况的变化。 ①同一等压线图上：等压线越密集，风力越大；等压线越 稀疏，风力越小。 ②比例尺越大，水平气压梯度力越大，风力越大；比例尺越小
三种力：水平气压梯度力—方向垂直等压线，指向低压；地转偏 向力—始终与风向垂直；摩擦力—始终与风向相反。
（2007海南）下图示意某一等高面。M、N为等压线，其气压值分别 为PM、PN，M、N之间的气压梯度相同。①～⑧是只考虑水平受力，
不计空气垂直运动时，O点空气运动的可能方向。回答8～10题。
A
Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C.与气压梯度力方向成90°角
D.与气压梯度力方向成180°角

对单位质量物体，有公式：
大气水平运动和垂直运动
实际上，空气运动路径的曲率半径一般都很大，从几 十千米到上千千米，因而空气运动时所受到的惯性离 心力一般比较小，往往小于地转偏向力。
但在低纬度地区, or 空气运动速度很大、曲率半径很 小时，离心力可以达到较大的数值并能超过地转偏向 力。
惯性离心力和地转偏向Байду номын сангаас一样只改变物体运动的方向 ，不改变运动的速度。
以近地面层（地面至30—50m）最为显著， 高度愈高，作用愈弱， 到1—2km以上，摩擦力的影响可以忽略不计。 把此高度以下的气层称为摩擦层（或行星边界层），此层以上称为自
由大气层。
大气水平运动和垂直运动
(五)大气运动方程
大气运动方程是表示作用于空气微团上的力与其所 产生的加速度之间关系的方程。根据牛顿第二定律，物体 所受的力等于质量和加速度的乘积，即F=ma。F为所受的 力，是各个作用力的总和。单位质量空气运动方程的一般
实际大气中经常出现的数据是：ρ= 1.3×10 -3 g / cm3 ；–ΔP/ Δ n=1h Pa/赤 道度，则Gn=10-4N/kg，持续三个小时，可使风速由零增大到7.6m/s--4-5级风。
➢气压梯度力是空气产生水平运动的直接原因和动力。
大气水平运动和垂直运动
(二)地转偏向力
空气是在转动着的地球上运动着, 当运动的空气质 点依其惯性顺着水平气压梯度力的方向运动时，对于站在 地球表面的观察者看来，空气质点好像还受到由于地球转 动而产生的，使空气偏离气压梯度力方向的力的作用，这 种力称为水平地转偏向力(或科里奥利力)。
R=-kV 式中R为摩擦力，k为摩擦系数，V为风速。 内摩擦力与外摩擦力的向量和称为总摩擦力。
大气水平运动和垂直运动

dv dq r
惯性离Rr心力d的v 的方向沿曲率半dd径vrt 方== 向ddq（t ××指vrv向× (-外Rr）)
dq
dt dt
R
r
对大气运动影响的表现：
rR = W × v ×(- )
R
地球自转角速度的存在重力＝地心引力vr ＋= 惯W性R 离心力：
大气在水平方向上做匀速曲线运动时。r
r
dv = W2R(- R )
（北半球）
22
风压定律
风平行于等压线而吹，在北半球，背 风而立，高压在右，低压在左，南半球则 高压在左，低压在右。
二、自由大气中空气的水平运动 1、地转风
3）大小 v 地转风计算公式的推导
v 讨论
与气压梯度成正比 与纬度的正弦成反比
二、自由大气中空气的水平运动
1、地转风 1）定义 2）形成与方向——风压定律 3）大小 4）意义和局限性
1、气压梯度力 1）定义：由于气压分布不均匀而产生在单位质
量空气块上的大气静压力。 2）表达式 3）大小和方向
x轴方向所受大气静压力:
z
P
P + ¶P dx
Pdydz - (P + ¶P dx)dydz = - ¶P dxdydz
¶x
¶x
dz
¶x
同理，y轴方向:
dx dy
y ¶P
- ¶P dxdydz ¶y
11..水水平平气气压压 梯梯度度力力
a. 垂直于 等压线
b .由高压 指向低压
1000hpa 1005hpa 1010hpa
摩擦力
v 两个相互接触的物体作相对运动时，接触面之间所产生的一 种阻碍物体运动的力。大气运动中所受到的摩擦力一般分为 内摩擦力和外摩擦力。