气候气象学第四章幻灯片

1、第四章第四章 大气的运动大气的运动4.1 气压随高度和时间的变化 气压随高度的变化 气压随时间的变化一、气压随高度的变化（一）静力学方程：dp = -g dz1、条件： 大气是静止的，无水平和垂直方向上的运动。并且垂直方向上受力为零。2、公式的意义： 负号：p随z升高而减小 因g在垂直方向变化小，故p在垂直方向上减小的快慢程度主要决定于密度（二）单位高度气压差（gz）：1、定义： 每改变一个单位高度时气压的改变量。2、单位： mb/100m, hpa/100m3、表达式：意义：gz愈大，气压随高度降得愈快。gzzgzpgz（三）单位气压高度差（h）：1、定义： 气压每改变1个单位时所对应的高度

2、变化值。2、单位： m/mb, m/hpa3、表达式：)2731 (800011tppgrdtggzh意义：h与1/p成正比; 低层大h小,p降得快; 高层小h大, p降得慢.二、气压随时间的变化 大气具有流动性和连续性, 因此气压变化的实质就是空气柱内大气质量的增多或减少.（一）影响气压变化的因素：1、热力因素：空气受热膨胀, 减小, p降低空气受冷收缩, 增大, p增高2、动力因素：(1)水平气流的辐合与辐散：辐 合辐 散(2)不同密度气团的运动：地面地面(3)空气的垂直运动：（二）气压的周期性变化：1、日变化：以双峰型最普遍h12186莫斯科5550n 7月平均hpa雅加达611s 9月

3、平均2、年变化：月7104hpa东沙岛 2042n北京 3954n 陆地上pmax在冬季, pmin在夏季; 海洋、高原上气压分布与陆地相反第二节第二节 气压场气压场 气压场的表示方法 气压场的基本形式 气压场的空间结构一、气压场的表示方法一、气压场的表示方法主要表示同一高度（位势高度）上气压水平分布状况。（一）等高面图： 位势高度： 单位质量（1千克）物体从海平面（位势高度定为0）抬升到z高度时克服重力作的功。 1位势米9.8j/kg 位势米与几何高度的换算：hgz/9.8h h：位势米：位势米g g：位势米：位势米z z：几何高度：几何高度等高面图的由来等压面铅直剖等压面铅直剖面面海平面等

4、高线图海平面等高线图（三）空间气压场的分布：世界1月海平面平均气压图世界7月海平面平均气压图（二）等压面图：主要表示空间气压相等的点组成的面。高值区低值区高值区等压面的空间特点#由于下垫面性质的不同，空间等压面不是一个平面，而是一个曲面或倾斜的面#等压面的起伏形势同它附近水平面上的气压分布相对应： 上凸高压 下凹低压高压二、气压场的基本形式二、气压场的基本形式低压低压槽高压高压脊1.低气压、低压槽2.高气压、高压脊3.鞍形气压场低低低槽槽气压的空间分布在气压场中呈现出的不同的气压形势，如等，统称为气压系统。m处的气压值可能为（ ）a.1012、1012.5 b.1017.5、1020 c.10

5、17.5、1015 d.1015、1012.52. 该地位于亚欧大陆东部，则n处的盛行风向不可能是（ ）a. 南风b. 西风c. 西南风d. 东北风(1)在气压场中，d是 气压中心，m是 气压中心，b处于 上。(2)此时，e处吹 风，f处吹 风(3)按风力强弱，e较f处 ，依据是 。三、气压场的空间结构三、气压场的空间结构回顾：什么是气压高度差？)2731 (800011tppgrdtggzh（一）深厚的对称系统：温度场中的高、低中心温度场中的高、低中心气压场中的高、低中心气压场中的高、低中心1.暖高压高压等压面凸起程度随高度增大，即2.冷低压低压等压面凹陷程度随高度增大，即（二）浅薄的对称系

6、统：温度场中的高、低中心温度场中的高、低中心气压场中的低、高中心气压场中的低、高中心3.暖低压低压等压面凹陷程度随高度升高逐渐减小，最后趋于消失如温压场结构不变，随高度继续增加暖低压就会变成暖高压系统4.冷高压高压等压面凸起程度随高度减小，最后趋于消失如温压场结构不变，随高度继续增加，冷高压会变成冷低压系统（三）温压场不对称系统： 温度场的冷暖中心与气压温度场的冷暖中心与气压场中的高低压中心不重合，气场中的高低压中心不重合，气压压中心轴线是倾斜的中心轴线是倾斜的1. 高压区高压中心轴线随高度升高不断向暖区倾斜冷冷2.低压区低压中心轴线随高度升高不断向冷区倾斜复习题 冬季与夏季的气压有什么不同？

7、 请问右图说明什么？ 影响空气运动的因素有哪些？ 用图解释暖高压、冷高压随高度的变化时，系统是如何变化的？ 在北半球高压区或低压区的中心轴线向什么方向倾斜？第三节第三节 大气的水平运动大气的水平运动 促使空气运动的力 自由大气中的空气运动 摩擦层中的空气运动（一）水平气压梯度力一、促使空气运动的力p p 压差压差n n 等压面间距等压面间距- -p/p/n气压梯度的方向气压梯度的方向1、水平气压梯度 p/p/n n （hpa/hpa/赤道度）赤道度）特点：p一定时，等压面疏，水平气压梯度小；等压面密，水平气压梯度大。2、水平气压梯度力定义：当水平气压梯度存在时作用在单位质量空气上的力。公式：n

8、pg1方向：垂直等压线，从高压指向低压公式意义： g与p/n成正比，等压线密，水平气压梯度力大；p/n一定时，g与成反比， 大，g小（二）水平地转偏向力aa1、现象圆盘静止不动圆盘逆时针旋转2、定义： 作用在转动地球上的运动空气上的惯性力。 它促使运动的空气偏离水平气压梯度力方向的主要原因。 任一纬度上的地转偏向力为：a = 2v = 2vsina = 2vsinsin3、水平地转偏向力的特点 水平地转偏向力是解释在转动地球上产生偏向而假想的力, 只有物体在相对地面作运动时才产生, 物体静止时, 无偏向力; 水平地转偏向力的方向与空气运动方向始终垂直, 只改变空气运动的方向, 不改变运动的速度

9、; 判断水平地转偏向力的方法: 在北半球: 背风而立, 空气将偏向初始运动的右方; 南半球反之; v相同时, a(a=2v(a=2vsin)sin)a北半球: 逆时针旋转,空气将偏向初始运动的右方（三）惯性离心力联想：当你坐公交车时，车转弯时你曾有什么感觉？1 1、定义：、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。这个力是物体保持作曲线运动而产生的，即惯性离心力2 2、方向：、方向： 与物体运动的方向垂直，并指向曲率半径的外侧。3 3、单位质量物体惯性离心力的大小：、单位质量物体惯性离心力的大小：c =2r = v2/rv：空气运动的线速度r：空气运动的曲率半径 ：空气

10、运动的角速度4 4、特点：、特点： 惯性离心力也是假想力，惯性离心力也是假想力，只能改变空气的运动方向，只能改变空气的运动方向，不改变速度的大小不改变速度的大小 c c值很小，只有在气旋值很小，只有在气旋中才很大中才很大arcv（四）摩擦力1 1、定义：、定义： 空气运动时，因受地面摩擦和气层间相互摩擦作用，而减缓空气运动速度，此阻力称为摩擦力。2 2、公式：、公式：r=-kvr: r: 摩擦力摩擦力k: k: 摩擦系数摩擦系数v: v: 空气运动速度空气运动速度: : 表表r r与与v v方向相反方向相反（五）影响空气水平运动的力实力实力不能使空气由静止变为运动，但可影响运动方向和速度 在赤

11、道上： a=0，忽视a的作用;空气作直线运动：r0，忽视c的作用； 在自由大气中：k0，忽视r的作用。假想力假想力原动力原动力，可改变空气运动状态（一）地转风二、自由大气中的空气水平运动1、定义： 在自由大气中，因气压场是平直的，空气仅受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用，当二力相等时的空气运动称之为地转风水平气压梯度力空气运动方向水平地转偏向力101010051000995990hpa2、形成：北半球自由大气中的空气运动3、白贝罗风压定律： 在北半球，风是顺着等压线吹的。背风而立，低压在左手边，高压在右手边；南半球相反。白贝罗风压定律白贝罗风压定律北半球南半球4、地转风风速的大小：5、公式

12、的意义：（二）梯度风1、定义： 在自由大气中，空气质点作曲 线运动时，受到g、a、c三个力的共同作用，当三个力达到平衡时的空气运动。2、梯度风的风向与风速： 低压区： 在北半球：风向：绕低压中心逆时针旋转 高压区： 在北半球：风向：绕高压中心顺时针旋转3、梯度风的特性： v受g、r的影响 当g、在同一气压场中时，存在着如下的关系： vac vg vc 自由大气中，空气近似梯度风。但a、g、c的平衡只是暂时的。前提：设gn一定，即纬度一致低压中 cgacgaga地转风中 高压中 a = ga ga gvac vg vc（三）自由大气中风随高度的变化1、热成风 定义： 由于水平温度分布不均所形成的

13、地转风在铅直方向上的速度矢量差。 公式：12vvvr 特点： vt与温度、气压有关，温度越高，压差越大，热成风越大； 热成风风压定律：在北半球背热成风而立，高温在右，低温在左，热成风与等温线平行；只要温度场不变，热成风的大小、方向也不变2、风随高度的变化规律 等温线与等压线平行p2p1t2t1暖高压暖高压冷低压冷低压vgvtz1z2z3vtvtvgv2vgvtv3v2vtv2v1vt冷低压与暖高压冷低压与暖高压冷高压与暖低压冷高压与暖低压p2p1t2t1暖低压暖低压冷高压冷高压vgvtv2v1vtz1z2z3vtvtvgz4z5vt 等温线与等压线垂直冷冷暖暖高高低低vgvtv1v2v3冷平流

14、：冷平流：低层风低层风从冷区吹向暖区。从冷区吹向暖区。在北半球，在北半球，风风向随高度逐渐向随高度逐渐左转左转，且越到，且越到高层，风向与高层，风向与热成风风向越热成风风向越接近。接近。暖平流：暖平流：低层风低层风从暖区吹向冷区。从暖区吹向冷区。在北半球，在北半球，风风向随高度逐渐向随高度逐渐右转右转，且越到，且越到高层，风向与高层，风向与热成风风向越热成风风向越接近。接近。冷冷暖暖低低高高vgvtv1v2v3风随高度变化的总结：风随高度变化的总结： 在自由大气中，随着高度的增高，在自由大气中，随着高度的增高，不论风向如何变化，不论风向如何变化，高层风总是越来高层风总是越来越趋向于热成风越趋向

15、于热成风； 北半球北半球对流层中，温度分布大致对流层中，温度分布大致南暖北冷，故南暖北冷，故对流层上层总是以西风对流层上层总是以西风为主为主，并在纬度，并在纬度30 形成西风急流。形成西风急流。三、摩擦层中的空气水平运动1、摩擦对风的作用2、特征：风压定律： 在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方，风斜穿等压线。 南半球相反。气压系统中的摩擦风（气旋）复 习 题 什么是白贝罗风压定律？ 在同一气压场中，vc、vg、vac是什么关系？请解释。 北半球暖高冷低区风随高度变化的规律？ 随着纬度增高水平地转偏向力有什么变化？ 赤道上空的空气会发生偏向吗？为什么？6、请根据要求画图： 在北半球，画

16、出气压场、受力、风向、热成风、风随高度变化的平面图名名 称称 水平尺度水平尺度 活动时间活动时间 例例 子子大环流大环流 2000km2000km 一周一周 东风波、西风带东风波、西风带中间环流中间环流 2000-200 2000-200 2 - 32 - 3天天 季风、气旋、反气旋季风、气旋、反气旋中环流中环流 200-2 km200-2 km 1 1 天天 地方性风地方性风 （山谷风、海陆风）（山谷风、海陆风）小环流小环流 2km2km 12 12小时小时1、太阳辐射、太阳辐射2、地球自转产生的地转偏向力、地球自转产生的地转偏向力3、海陆分布、海陆分布4、地形、地形最基本的因子最基本的因子

17、单一单一(热力热力)的环流圈的环流圈消除海陆及地形的影响消除海陆及地形的影响赤道赤道南极南极北极北极赤道赤道单一环流圈单一环流圈单一环单一环 流圈流圈北极北极南极南极赤道赤道赤道赤道三圈环流及气压带风带三圈环流及气压带风带赤道赤道南极南极北极北极赤道赤道3030606060603030西南西南东北东北偏西风偏西风西南西南西南西南偏东风偏东风西北西北东南东南偏西风偏西风西北西北西北西北偏东风偏东风赤道低气压带赤道低气压带副热带高压带副热带高压带东北信风带东北信风带低纬环流圈低纬环流圈极地高压带极地高压带副极地低压带副极地低压带中纬环流圈中纬环流圈西风带西风带东风带东风带高纬环流圈高纬环流圈副热带

18、高压带副热带高压带东南信风带东南信风带西风带西风带副极地低压带副极地低压带东风带东风带极地高压带极地高压带低纬环流圈低纬环流圈中纬环流圈中纬环流圈高纬度环流高纬度环流赤道低压带赤道低压带热力热力 热热低压低压上升上升湿湿热热副热带高压带副热带高压带动力动力 暖暖高压高压下沉下沉干干热热副极地低压带副极地低压带 动力动力 冷冷低压低压上升上升湿湿冷冷极地高压带极地高压带热力热力 冷冷高压高压下沉下沉干干冷冷赤道低压带赤道低压带副热带高压带副热带高压带副热带高压带副热带高压带副极地低压带副极地低压带副极地低压带副极地低压带极地高压带极地高压带极地高压带极地高压带纬纬 度度909060 30030

19、60500 10001500 2000年降水量（年降水量（mm）ns低压控制降水多低压控制降水多高压控制降水少高压控制降水少全球降水量随纬度的分布曲线全球降水量随纬度的分布曲线赤道赤道南极南极北极北极赤道赤道节气：春分节气：春分节气：夏至节气：夏至节气：秋分节气：秋分节气：冬至节气：冬至节气：春分节气：春分7月份海平面气压分布图月份海平面气压分布图1月海平面气压分布图月海平面气压分布图假假设设地表是均匀的地表是均匀的无地偏力作用无地偏力作用条件条件1 1：太阳辐射不均：太阳辐射不均水平气压梯度力水平气压梯度力单一环流圈单一环流圈条件条件2 2：地球自转：地球自转地转偏向力的作用地转偏向力的作用三圈环流和三圈环流和风带气压带风带气压带条件条件3 3：地球公转：地球公转太阳直射点的移动太阳直射点的移动气压带风带的移动气压带风带的移动问问: :为什么在为什么在20252025 处沙漠的面积广大处沙漠的面积广大 鲁卜哈利沙漠鲁卜哈利沙漠内夫得沙漠内夫得沙漠塔尔沙漠塔尔沙漠纳米布沙漠纳米布沙漠澳大利亚西澳大利亚西部大沙漠部大沙漠阿塔卡阿塔卡马沙漠马沙漠撒哈拉沙漠撒哈拉沙漠问题问题2 2：南极上空怎么会有人类释放的破坏臭氧的物质？：南极上空怎么会有人类释放的破坏臭氧的物质？陆陆 地地海海 洋洋夏夏季季热热低气压低气压 冷冷高气压高气压高气压