第五章 气压和空气运动

1、1v降水是降水是指以雨、雪、霰、雹等形式从云中降落到地面的液态或固态的水指以雨、雪、霰、雹等形式从云中降落到地面的液态或固态的水汽凝结物。汽凝结物。v降水来自云中，但有云不一定都能产生降水。云能否产生降水，关键是降水来自云中，但有云不一定都能产生降水。云能否产生降水，关键是云滴能否继续增长，云滴的增长过程有两种，即云滴能否继续增长，云滴的增长过程有两种，即凝结增长凝结增长过程（云形成过程（云形成初级阶段为主）和初级阶段为主）和碰并增长过程碰并增长过程（形成后期为主），实际上（形成后期为主），实际上2种过程同种过程同时进行。时进行。v降水的种类降水的种类根据降水的形态，可把降水分为根据降水的形态

2、，可把降水分为雨雨、雪雪、霰霰、雹雹等。等。v降水的表示方法降水的表示方法：降水量、降水强度、降水变率等。：降水量、降水强度、降水变率等。v人工降水人工降水是用人工的方法促使云滴增长，并使其尽可能多的从云中降落是用人工的方法促使云滴增长，并使其尽可能多的从云中降落下来。人工降水主要有以下两种方法：下来。人工降水主要有以下两种方法： “人造冰晶人造冰晶”降水法该方法主要降水法该方法主要用于用于冷云（制冷剂或人工冰核）冷云（制冷剂或人工冰核）， “人造大雨滴人造大雨滴”降水法：该方法主要降水法：该方法主要用于用于暖云（吸湿性物质）暖云（吸湿性物质）。复习旧课复习旧课2v水分循环：水分循环：在地气系

3、统中，水分蒸发、凝结及降水等过程紧密地联系在在地气系统中，水分蒸发、凝结及降水等过程紧密地联系在一起，水从地表一起，水从地表(主要从海洋表面主要从海洋表面)蒸发变为水汽，进人大气中凝结为云蒸发变为水汽，进人大气中凝结为云进而为雨滴，然后又降落到地表。这种不断往复的过程称进而为雨滴，然后又降落到地表。这种不断往复的过程称水分循环水分循环。分。分外循环外循环(海陆之间海陆之间)和和内循环内循环(局地内局地内)。v农田水分平衡：农田水分平衡：是指某一时期一定土壤体积内所得到的水分和被作物用是指某一时期一定土壤体积内所得到的水分和被作物用去的及流失的水分之间的平衡关系。去的及流失的水分之间的平衡关系。

4、v植物对水分的要求：植物对水分的要求：可分为可分为地下部分的土壤水分（田间持水量地下部分的土壤水分（田间持水量60-80%）和和地上部分的空气湿度（相对湿度地上部分的空气湿度（相对湿度75-80%）。v作物水分临界期（与作物的花芽分化旺盛时期相联系）和关键期：作物水分临界期（与作物的花芽分化旺盛时期相联系）和关键期：v水分利用率：水分利用率：作物蒸腾消耗单位重量的水分所制造的干物质重量，称为作物蒸腾消耗单位重量的水分所制造的干物质重量，称为水分利用率水分利用率或蒸腾效率，其倒数称或蒸腾效率，其倒数称蒸腾系数蒸腾系数。农田实际蒸散消耗单位重。农田实际蒸散消耗单位重量的水所制造的干物质重量，称量的

5、水所制造的干物质重量，称水分有效利用率水分有效利用率。v提高水分利用率的途径：提高水分利用率的途径：在农业生产上常用的提高水分利用率的措施有在农业生产上常用的提高水分利用率的措施有灌溉、种植方式、屏障、覆盖、染色、作物及品种配置等。灌溉、种植方式、屏障、覆盖、染色、作物及品种配置等。3第五章第五章 气压与风气压与风v引引 言言 风的基本概念风的基本概念v第一节第一节 气气 压压v第二节第二节 作用于空气的力作用于空气的力v第三节第三节 风风v第四节第四节 大气环流大气环流v第五节第五节 季风和地方性风季风和地方性风v第六节第六节 近地面层空气的湍流运动近地面层空气的湍流运动 4风风的的基基本本

6、概概念念定义定义空气相对于地面的运动空气相对于地面的运动称为称为风风。一般情况下，。一般情况下，风是指空气运动的水平风是指空气运动的水平分量。分量。风向风向是指风吹来是指风吹来的方向，常用十六方位的方向，常用十六方位表示。表示。风速风速是空气在单是空气在单位时间内移动的水平距位时间内移动的水平距离，常用米离，常用米秒秒-1为单位。为单位。 大气中大气中水平风速水平风速一般一般为为100102米米秒秒-1，最，最大可达百米以上。大可达百米以上。垂垂直运动速度直运动速度比水平风比水平风速小两个量级，为速小两个量级，为10-2100米米秒秒-1，仅在局，仅在局部范围短时间内才出部范围短时间内才出现每

7、秒几米、十几米现每秒几米、十几米的数值。的数值。 空气运动时，总是带有空气运动时，总是带有乱流性的，在固定的空乱流性的，在固定的空间位置上，表现出风向间位置上，表现出风向和风速的明显变动，和风速的明显变动，此此现象称为现象称为风的阵性风的阵性。因。因此，在风向、风速的仪此，在风向、风速的仪器测定和资料使用上，器测定和资料使用上，就有瞬时值和平均值两就有瞬时值和平均值两种。种。 5v风向通常用风向通常用16个方位来个方位来表示，有的表示，有的是用方位度是用方位度(共分共分360度度)图图 4-2 风向方位图风向方位图6第第一一节节 气气 压压定义定义单位单位气压随时间的变化气压随时间的变化气压随

8、高度的变化气压随高度的变化大气受到地球引力的作用，具有一定重量。地面上每平方米大约要地面上每平方米大约要承受十吨重的大气柱的承受十吨重的大气柱的压力，这个压力、就是压力，这个压力、就是大气压力。我们常说某大气压力。我们常说某地地气压气压多少，就是指多少，就是指该该地的单位面积上大气柱地的单位面积上大气柱的重量的重量。 气压的单位用气压的单位用水银柱高度水银柱高度毫米数毫米数(mmHgh(mmHgh) ) 、百帕、百帕（hPa)表示。气象上曾用表示。气象上曾用一种力的单位毫巴一种力的单位毫巴(mb)作为气压单位：作为气压单位： 1hPa=1毫巴毫巴0.75毫米水银柱高毫米水银柱高=3/4毫米水银

9、柱高。毫米水银柱高。 一个一个标准大气压等于标准大气压等于1013.25 hPa在通常情况下，早在通常情况下，早晨气压上升，下午晨气压上升，下午气压下降。冬季气气压下降。冬季气压最高；夏季气压压最高；夏季气压最低。但有时候，最低。但有时候，如在一次寒潮影响如在一次寒潮影响时，气压会很快升时，气压会很快升高，冷空气一过，高，冷空气一过，气压又慢慢降低。气压又慢慢降低。 7 P1P2gH 静止大气中：静止大气中：重力加速度重力加速度 气柱厚度气柱厚度 所取两点的高所取两点的高度度 Z1与与Z2之差之差 气体膨胀系数，气体膨胀系数，等于等于1/273 拉普拉斯压高公式：拉普拉斯压高公式： Z1840

10、0(1十十at)lg(P1/P2) 两点之间气柱两点之间气柱的平均温度的平均温度 为气柱中空为气柱中空气的平均密度气的平均密度8v 由压高公式可知，气层上界和下界的气压若保由压高公式可知，气层上界和下界的气压若保持不变，气层的厚度与平均温度有关。平均温度持不变，气层的厚度与平均温度有关。平均温度高，气层厚；平均温度低，气层薄。所以在冷空高，气层厚；平均温度低，气层薄。所以在冷空气中气压随高度递减得快，暖空气中气压随高度气中气压随高度递减得快，暖空气中气压随高度递减得慢。递减得慢。v 应用压高公式可应用压高公式可解决实际问题解决实际问题，其中最重要的，其中最重要的用途是用途是气压测高法气压测高法

11、，即根据不同高度上两地的气，即根据不同高度上两地的气压值和气柱的平均温度，求出这两点的高度差，压值和气柱的平均温度，求出这两点的高度差，再由一地的海拔高度求出另一地的海拔高度。再由一地的海拔高度求出另一地的海拔高度。9例：已知某山脚处海拔高度为例：已知某山脚处海拔高度为130.0米，在山脚米，在山脚下测得气压为下测得气压为1006毫巴气温为毫巴气温为178;同时同时,在山顶测得气压为在山顶测得气压为873毫巴，气温为毫巴，气温为112。求该山顶的海拔高度是多少米求该山顶的海拔高度是多少米? 解：已知解：已知P11006mb，t117.8，Z1130.0米米;P2873毫巴，毫巴，t211.2，

12、求，求Z2? 先求得两点的平均温度先求得两点的平均温度t14.5，代人公式，代人公式 Z2-130.0l8400(1十十14.5/273)lg(1006/873) 解得解得 Z2=1300米，米， 即该山的海拔高度约为即该山的海拔高度约为1300米米10单位气压高度差单位气压高度差v单位气压高度差单位气压高度差是气压降低是气压降低1hPa时高时高度升高的距离，度升高的距离， 单位为单位为m/hPa11气压的水平分布气压的水平分布 气压在水平方向上的分布，常用气压在水平方向上的分布，常用高空等压面图高空等压面图和和海平面海平面等压线图等压线图表示。表示。 一、等压面和等压线一、等压面和等压线 等

13、压面等压面是是空间气压相等的点所组成的曲面空间气压相等的点所组成的曲面。例如。例如700hPa等压面上每一点的气压都等于等压面上每一点的气压都等于700hPa。因为气压随。因为气压随高度递减，所以在高度递减，所以在700hPa等压面的上方，各处的气压都小于等压面的上方，各处的气压都小于700hPa。在它的下方，各处的气压都大于。在它的下方，各处的气压都大于700hPa。 大气中存在无数个等压面，实际工作中常使用大气中存在无数个等压面，实际工作中常使用850hPa、700hPa、500hPa、300hPa和和200hPa等标准等压面。等标准等压面。 在实际大气中，由于下垫面的性质不同以及其它原因

14、，在实际大气中，由于下垫面的性质不同以及其它原因，温度在水平方向上的分布通常是不均匀的，这就影响了等压温度在水平方向上的分布通常是不均匀的，这就影响了等压面的分布面的分布通常不是水平的，而总是弯曲的。通常不是水平的，而总是弯曲的。同一等压面各个同一等压面各个部分倾斜的方向和弯曲的程度往往也不相同，部分倾斜的方向和弯曲的程度往往也不相同，因此，就形成因此，就形成了各种形状的等压面了各种形状的等压面(图图42a，42b)。 1213 等压线等压线是同一水平面上气压相等的各点是同一水平面上气压相等的各点连接而成的曲线。不难看出，连接而成的曲线。不难看出，水平面与等压水平面与等压面的交线，面的交线，如

15、图如图42b中的虚线，中的虚线，就是等压就是等压线线。因此，若用一个水平面与一组气压数值。因此，若用一个水平面与一组气压数值不等的等压面相截，可以得到一组数值不同不等的等压面相截，可以得到一组数值不同的等压线，也能清楚地表示出这一水平面上的等压线，也能清楚地表示出这一水平面上气压的分布情况。气压的分布情况。14二、气压系统二、气压系统 海平面是一个准水平面，它和空间等压面相截割，就海平面是一个准水平面，它和空间等压面相截割，就得出海平面上的等压线。得出海平面上的等压线。海平面图上等压线的各种组合形海平面图上等压线的各种组合形式，式，称为称为气压系统气压系统。气压系统主要有以下几种类型：。气压系

16、统主要有以下几种类型： 1.高气压高气压(简称高压，也叫反气旋简称高压，也叫反气旋) 由闭合等压线构成的中心由闭合等压线构成的中心气压比四周高的区域，气压比四周高的区域，叫高气压。其空间等压面向上凸起，叫高气压。其空间等压面向上凸起，形如山丘形如山丘(图图42a、b)。15v2.高压脊高压脊 从高压向外伸出的狭长部分从高压向外伸出的狭长部分叫叫高压脊高压脊或或简称为脊简称为脊(图图4-3a)。此外。此外一组未闭合的等压线向气一组未闭合的等压线向气压较低的一方凸出的部分压较低的一方凸出的部分也叫也叫高压脊高压脊(图图4-3b)。v高压脊中各条等压线曲率最大处的连线高压脊中各条等压线曲率最大处的连

17、线，叫作叫作脊线脊线(图图4-3a、b用虚线标出的地方用虚线标出的地方)。 16v3.低气压低气压(简称低压，也叫气旋简称低压，也叫气旋) 由闭合等压线构由闭合等压线构成的中心气压比四周低的区域成的中心气压比四周低的区域，叫低气压。其空，叫低气压。其空间等压面的分布向下凹陷，形如盆地间等压面的分布向下凹陷，形如盆地(图图44a、 b ）17v4.低压槽低压槽 低压向外伸出的狭长部分低压向外伸出的狭长部分叫低压槽或简叫低压槽或简称为槽称为槽(图图45a)。此外，。此外，一组未闭合的等压线向一组未闭合的等压线向气压较高的一方凸出的部分气压较高的一方凸出的部分也叫做低压槽也叫做低压槽(图图45b)。

18、在低压槽中，各条等压线曲率最大处的连线，在低压槽中，各条等压线曲率最大处的连线，称为称为槽线槽线(图图45b用虚线标出的地方用虚线标出的地方)。 18四、气压系统随高度变化与温度的关系四、气压系统随高度变化与温度的关系由压高公式可知，由压高公式可知，等压面之间的厚度是和该两等压面之间的平均温度成等压面之间的厚度是和该两等压面之间的平均温度成正比，正比，因此，对于一水平气压系统，当它的温度分布在水平方向不均因此，对于一水平气压系统，当它的温度分布在水平方向不均时，可引起气压系统随高度改变。下边我们讨论几个典型的例子。时，可引起气压系统随高度改变。下边我们讨论几个典型的例子。1.冷高压冷高压 冷高

19、压的中心是冷冷高压的中心是冷区，两等压面间的厚度在高压区，两等压面间的厚度在高压中心比较薄，而在四周则较厚中心比较薄，而在四周则较厚，因此，冷高压随高度增加而减因此，冷高压随高度增加而减弱弱(图图47)。到一定高度后，可。到一定高度后，可转化为低压。冬半年北方冷空转化为低压。冬半年北方冷空气爆发时，北方冷高压常具有气爆发时，北方冷高压常具有这种结构。这种结构。192.暖低压暖低压 暖低压中，暖低压中，两等压面间厚度在两等压面间厚度在低低压中心比四周厚，压中心比四周厚，因因此低压是随高度增加此低压是随高度增加而减弱的而减弱的(如图如图47)。到一定高度后，低压到一定高度后，低压就不明显了，甚至可

20、就不明显了，甚至可以转化为高压。如台以转化为高压。如台风是一种强大的热低风是一种强大的热低压，但到压，但到300hPa等等压面之上，就转变为压面之上，就转变为高压。高压。203.冷低压冷低压 如图如图48，在冷低压中心，两等压面间厚度，在冷低压中心，两等压面间厚度中心比中心比四周小四周小，因而冷低压是随高度增加而加强的。在我国活动频，因而冷低压是随高度增加而加强的。在我国活动频繁的东北低压是典型的冷低压。繁的东北低压是典型的冷低压。4.暖高压暖高压 暖高压暖高压中，两等压面的厚中，两等压面的厚度度中心比四周大，中心比四周大，因而暖高压随高度因而暖高压随高度增加而加强增加而加强(图图48)。例如

21、对我国天气有例如对我国天气有重大影响的西太平重大影响的西太平洋副热带高压是典洋副热带高压是典型的暖高压型的暖高压。21总总 结结v冷高压冷高压的中心是的中心是冷冷区，两等压面间的厚度在高压中心比较区，两等压面间的厚度在高压中心比较薄薄，而在四周则较厚，因此，冷高压随高度增加而，而在四周则较厚，因此，冷高压随高度增加而减弱减弱v暖低压暖低压中，两等压面间厚度在低压中心比四周中，两等压面间厚度在低压中心比四周厚厚，因此低，因此低压是随高度增加而压是随高度增加而减弱减弱的的v在在冷低压冷低压中心，两等压面间厚度中心比四周中心，两等压面间厚度中心比四周小小，因而冷低，因而冷低压是随高度增加而压是随高度

22、增加而加强加强的的v暖高压暖高压中，两等压面的厚度中心比四周中，两等压面的厚度中心比四周大大，因而暖高压随，因而暖高压随高度增加而高度增加而加强加强22第二节第二节 作用于运动空气的力作用于运动空气的力v空气在水平方向上的运动是由空气在水平方向上的运动是由作用于空气的力作用于空气的力决定的。这些力包括决定的。这些力包括水平水平气压梯度力气压梯度力、水平地转偏向力水平地转偏向力、惯性离心力惯性离心力和和摩擦力摩擦力。1.水平气压梯度力水平气压梯度力(G)v空气是一种流体，当空气内部在水平方向上各处的气压不相等时，空气空气是一种流体，当空气内部在水平方向上各处的气压不相等时，空气就要受到一个水平方

23、向上的净压力，驱使空气从气压高的地方流向气压就要受到一个水平方向上的净压力，驱使空气从气压高的地方流向气压低的地方。这种低的地方。这种水平方向上气压分布不均匀时，单位质量的空气块所受水平方向上气压分布不均匀时，单位质量的空气块所受到水平方向上的净压力到水平方向上的净压力称为称为水平气压梯度力水平气压梯度力。v水平方向上气压分布特征常用水平气压梯度表示。水平方向上气压分布特征常用水平气压梯度表示。气象学中把垂直于等气象学中把垂直于等压线，从高压指向低压，单位水平距离上气压的改变量压线，从高压指向低压，单位水平距离上气压的改变量称为称为水平气压梯水平气压梯度。度。v只要在水平方向上存在气压分布的不

24、均匀现象，同时就会有水平气压梯只要在水平方向上存在气压分布的不均匀现象，同时就会有水平气压梯度力作用在空气上，促使空气由高压区流向低压区，因此，水平气压梯度力作用在空气上，促使空气由高压区流向低压区，因此，水平气压梯度力是度力是空气产生水平运动的原动力。空气产生水平运动的原动力。23第二节第二节 作用于运动空气的力作用于运动空气的力v2.水平地转偏向力水平地转偏向力(A) v空气块受水平气压梯度力的作用后，本应沿着水平气压梯度力的方向作加速运空气块受水平气压梯度力的作用后，本应沿着水平气压梯度力的方向作加速运动，但因地球自转，使地面上的观察者觉得气块的运动偏离了水平气压梯度力动，但因地球自转，

25、使地面上的观察者觉得气块的运动偏离了水平气压梯度力的方向。这种的方向。这种因地球自转使气块运动方向发生偏离的现象，设想它是受力作用因地球自转使气块运动方向发生偏离的现象，设想它是受力作用的结果，这个假想的力的结果，这个假想的力称为称为水平地转偏向力水平地转偏向力。把由于地球自转而产生的偏向力把由于地球自转而产生的偏向力称为称为地转偏向力地转偏向力。v水平地转偏向力的特点：水平地转偏向力的特点： 只有在物体相对于地面运动时才存在水平地转偏向力；当物体处于静止状态时，只有在物体相对于地面运动时才存在水平地转偏向力；当物体处于静止状态时，不受水平地转偏向力的作用。不受水平地转偏向力的作用。水平地转偏

26、向力随纬度增高而增大，在赤道上水平地转偏向力为零。水平地转偏向力随纬度增高而增大，在赤道上水平地转偏向力为零。水平地转偏向力与物体运动速度方向垂直，在北半球指向物体运动方向的右侧，水平地转偏向力与物体运动速度方向垂直，在北半球指向物体运动方向的右侧，在南半球则指向运动方向的左侧在南半球则指向运动方向的左侧；它只改变运动速度的方向，而不改变运动速它只改变运动速度的方向，而不改变运动速度的大小。度的大小。水平地转偏向力不是一个真实的力，它是在旋转的地球上研究物体运动时提出水平地转偏向力不是一个真实的力，它是在旋转的地球上研究物体运动时提出的一个假想力。的一个假想力。24第二节第二节 作用于运动空气

27、的力作用于运动空气的力3.惯性离心力惯性离心力(C) 惯性离心力是惯性离心力是在转动系统内的观察者所觉察到的向外倾斜在转动系统内的观察者所觉察到的向外倾斜的力的力。惯性离心力的方向与向心力的方向相反，即和运动方向垂惯性离心力的方向与向心力的方向相反，即和运动方向垂直，由曲率中心指向外缘。直，由曲率中心指向外缘。空气作曲线运动时，都受到惯性离心力的作用。由于空气空气作曲线运动时，都受到惯性离心力的作用。由于空气运动路径的曲率半径一般都很大，从几十公里到上千公里，运动路径的曲率半径一般都很大，从几十公里到上千公里，因而这个力一般是比较小的。但在空气运动速度很大而曲因而这个力一般是比较小的。但在空气

28、运动速度很大而曲率半径较小时，也可以达到较大的数值。率半径较小时，也可以达到较大的数值。 惯性离心力和地转偏向力一样，都不是一个实际存在的力，惯性离心力和地转偏向力一样，都不是一个实际存在的力，它只是在转动系统内观察到的假想力。它只是在转动系统内观察到的假想力。它只改变运动的方它只改变运动的方向，不改变运动的速度。向，不改变运动的速度。 25第二节第二节 作用于运动空气的力作用于运动空气的力4.摩擦力摩擦力(R)u空气运动时还受到摩擦力的作用。两层速度不同的空气之空气运动时还受到摩擦力的作用。两层速度不同的空气之间的摩擦力称为间的摩擦力称为内摩擦力内摩擦力。空气运动时与地面之间的摩擦。空气运动

29、时与地面之间的摩擦力称为力称为外摩擦力外摩擦力。空气运动时受的摩擦力是内摩擦力与外。空气运动时受的摩擦力是内摩擦力与外摩擦力的矢量和，摩擦力的摩擦力的矢量和，摩擦力的方向大致与空气运动方向相反，方向大致与空气运动方向相反，大小与空气相对于摩擦层次的速度成正比大小与空气相对于摩擦层次的速度成正比。u摩擦力的作用在大气各个不同高度上是不同的，以近地面摩擦力的作用在大气各个不同高度上是不同的，以近地面层最为显著，高度愈高，作用愈小，到层最为显著，高度愈高，作用愈小，到12km以上，摩以上，摩擦力影响可忽略不计，所以把此高度以下的气层称为擦力影响可忽略不计，所以把此高度以下的气层称为摩擦摩擦层，层，此

30、高度以上称为此高度以上称为自由大气自由大气。26第三节第三节 风风 地转风地转风v自由大气中的风自由大气中的风 梯度风梯度风v 摩擦层中的风摩擦层中的风27离地面离地面l一一2km以上的自由大气中，由于摩擦力对空气运动的以上的自由大气中，由于摩擦力对空气运动的影响可忽略不计，只须考虑影响可忽略不计，只须考虑水平气压梯度力水平气压梯度力、水平地转偏水平地转偏向力向力和和惯性离心力惯性离心力对空气运动的影响。对空气运动的影响。 自由大气自由大气(高层大气高层大气)的风的风(一一)地转风地转风 1、地转风的概念和形、地转风的概念和形成成 在自由大气中空气在自由大气中空气作水平运动时会受到水作水平运动

31、时会受到水平气压梯度力平气压梯度力(G)和水和水平地转偏向力平地转偏向力(A)的作的作用，当这两力达到平衡用，当这两力达到平衡时，空气会作水平等速时，空气会作水平等速直线运动，此时的风叫直线运动，此时的风叫做做地转风，地转风，以以Vg表示。表示。见图见图 4-8图图 4-8 地转风形成示意图地转风形成示意图282、地转风的方向、地转风的方向 地转风的方向与水平气压场之间地转风的方向与水平气压场之间的关系是，在北半球，背风而立，高压在右，低压的关系是，在北半球，背风而立，高压在右，低压在左；南半球相反，这个规律称为在左；南半球相反，这个规律称为白贝罗风压定律。白贝罗风压定律。29(二二)梯度风梯

32、度风 1、 概念概念 在自由大气中，当空气作在自由大气中，当空气作水平曲线运动时，作用于空气上的力，水平曲线运动时，作用于空气上的力，除了除了气压梯度气压梯度和和地转偏向力地转偏向力外，还有外，还有惯惯性离心力，性离心力，这三个力达到平衡的风，称这三个力达到平衡的风，称为为梯度风。梯度风。30 为简便起见，高、低气压均以一组同心圆表示，如图为简便起见，高、低气压均以一组同心圆表示，如图4-9。在。在低气压中低气压中，水平气压梯度力，水平气压梯度力(G)的方向指向低压中心，的方向指向低压中心，惯性离心力惯性离心力(C)的方向则自低压中心指向外缘。水平地转偏的方向则自低压中心指向外缘。水平地转偏向

33、力向力(A)指向运动方向的右侧，在低气压中也自中心指向外指向运动方向的右侧，在低气压中也自中心指向外缘，当缘，当3个力达到平衡时，风沿等压线按个力达到平衡时，风沿等压线按逆时针方向吹逆时针方向吹 (4-9左侧左侧)。所以低气压又称。所以低气压又称气旋气旋。图图4-9 高压和低压中的梯度风与地转风的比较高压和低压中的梯度风与地转风的比较31v在在高气压高气压中，气压梯度力中，气压梯度力(G)的方向自高压中心指的方向自高压中心指向外缘，和惯性离心力向外缘，和惯性离心力(C)的方向相同。地转偏向的方向相同。地转偏向力力(A)自外缘指向高压中心，大小等于其他两个力自外缘指向高压中心，大小等于其他两个力

34、之和。之和。3个力达到平衡时，风沿等压线按个力达到平衡时，风沿等压线按顺时针顺时针方向吹方向吹(图图4-9右侧右侧)。所以高气压又称。所以高气压又称反气旋反气旋。图图4-9 高压和低压中的梯度风与地转风的比较高压和低压中的梯度风与地转风的比较32综上分析，可得出以下结论：综上分析，可得出以下结论： (1)梯度风是气压梯度力、惯性离心力和地转梯度风是气压梯度力、惯性离心力和地转偏向力偏向力三力达到平衡时的风三力达到平衡时的风。北半球，。北半球，低压区的低压区的梯度风按逆时针方向吹，梯度风按逆时针方向吹，高压区的梯度风按顺时高压区的梯度风按顺时针方向吹；针方向吹；南半球则相反。南半球则相反。 (2

35、)在等压线为曲线的气压场中，在等压线为曲线的气压场中，梯度风是平梯度风是平行于等压线作等速运动。行于等压线作等速运动。 (3)北半球，梯度风与水平气压场之间的关系北半球，梯度风与水平气压场之间的关系仍为：在北半球，背风而立，高压在右，低压在仍为：在北半球，背风而立，高压在右，低压在左；南半球则相反。即左；南半球则相反。即遵循白贝罗风压定律。遵循白贝罗风压定律。33 摩擦风：摩擦风：有摩擦有摩擦力参与，力参与，水平气压水平气压梯度力梯度力与与水平地转水平地转偏向力偏向力，摩擦力摩擦力保保持平衡条件下所产持平衡条件下所产生的风称为生的风称为摩擦风。摩擦风。见图见图 4-15摩擦层的风摩擦层的风图图

36、 4-15 摩擦风形成示意图摩擦风形成示意图 在相同的气压梯度之下，海上风大，陆上风小。风向与等压线之间的在相同的气压梯度之下，海上风大，陆上风小。风向与等压线之间的交角，陆上约为交角，陆上约为35一一45 ，海上约为，海上约为15 20 。 对于受到摩擦力对于受到摩擦力影响的地面风而言，风压关系是：影响的地面风而言，风压关系是：风斜穿等压线，在北半球，背风而立，风斜穿等压线，在北半球，背风而立，高压在右后方，低压在左前方高压在右后方，低压在左前方(图图415) 34在摩擦层里，运动着的空气质点除受水平气压梯度力，在摩擦层里，运动着的空气质点除受水平气压梯度力，地转偏向力，惯性离心力的作用外，

37、还受摩擦力的地转偏向力，惯性离心力的作用外，还受摩擦力的作用。作用。 风向：风向：在北半球，背摩擦风而立，高气压在右后方，在北半球，背摩擦风而立，高气压在右后方，低气压在左前方。南半球相反。低气压在左前方。南半球相反。图图 4-11 摩擦层低压（摩擦层低压（a）和高压（）和高压（b）中的气流）中的气流35复习旧课复习旧课v风：风：空气相对于地面的运动称为空气相对于地面的运动称为风，是矢量，既有大小又有方向。方向用风，是矢量，既有大小又有方向。方向用16方方位表示。水平方向风速大于垂直方向，低位表示。水平方向风速大于垂直方向，低2个量级。具有阵性。个量级。具有阵性。v气压：单位面积上大气柱的重量

38、。单位百帕（气压：单位面积上大气柱的重量。单位百帕（hPa)， 一个标准大气压等于一个标准大气压等于1013.25 hPa。早晨、冬季高，下午、夏季低；空气静力学方程。早晨、冬季高，下午、夏季低；空气静力学方程 P1P2gH ，压高公式压高公式Z18400(1十十at)lg(P1/P2) 。v单位气压高度差单位气压高度差是气压降低是气压降低1hPa时高度升高的距离，时高度升高的距离， 单位为单位为m/hPa。v气压在水平方向上的分布，常用气压在水平方向上的分布，常用高空等压面图高空等压面图和和海平面等压线图海平面等压线图表示。表示。等压面等压面是是空间气空间气压相等的点所组成的曲面压相等的点所

39、组成的曲面。实际工作中常使用。实际工作中常使用850hPa、700hPa、500hPa、300hPa和和200hPa等标准等压面。等标准等压面。同一等压面各个部分倾斜的方向和弯曲的程同一等压面各个部分倾斜的方向和弯曲的程度往往也不相同，形成度往往也不相同，形成各种形状的等压面各种形状的等压面。等压线等压线是同一水平面上气压相等的各是同一水平面上气压相等的各点连接而成的曲线。不难看出，点连接而成的曲线。不难看出，水平面与等压面的交线。水平面与等压面的交线。v海平面图上等压线的各种组合形式，海平面图上等压线的各种组合形式，称为称为气压系统气压系统。v气压系统主要有以下几种类型：气压系统主要有以下几

40、种类型： 1.高气压高气压：由闭合等压线构成的中心气由闭合等压线构成的中心气压比四周高的区域，压比四周高的区域，叫高气压。叫高气压。2.高压脊高压脊 从高压向外伸出的狭长部分从高压向外伸出的狭长部分叫叫高压脊高压脊。此外。此外一组未闭合的等压线向气压较低的一方凸出的部分一组未闭合的等压线向气压较低的一方凸出的部分也叫也叫高高压脊压脊(图图4-3b)。高压脊中各条等压线曲率最大处的连线高压脊中各条等压线曲率最大处的连线，叫作叫作脊线。脊线。3.低气压低气压： 由闭合等压线构成的中心气压比四周低的区域由闭合等压线构成的中心气压比四周低的区域，叫低气压。，叫低气压。36v4.低压槽低压槽 低压向外伸

41、出的狭长部分低压向外伸出的狭长部分叫低压槽或简称为槽。此外，叫低压槽或简称为槽。此外，一组未一组未闭合的等压线向气压较高的一方凸出的部分闭合的等压线向气压较高的一方凸出的部分也叫做低压槽。也叫做低压槽。在低压槽中，在低压槽中，各条等压线曲率最大处的连线，各条等压线曲率最大处的连线，称为称为槽线槽线v四、气压系统随高度变化与温度的关系：四、气压系统随高度变化与温度的关系：冷高压冷高压的中心是的中心是冷冷区，两等压面间区，两等压面间的厚度在高压中心比较的厚度在高压中心比较薄薄，而在四周则较厚，因此，冷高压随高度增加而，而在四周则较厚，因此，冷高压随高度增加而减弱减弱36暖低压暖低压中，两等压面间厚

42、度在低压中心比四周中，两等压面间厚度在低压中心比四周厚厚，因此低压是随高度增加，因此低压是随高度增加而而减弱减弱的。的。在在冷低压冷低压中心，两等压面间厚度中心比四周中心，两等压面间厚度中心比四周小小，因而冷低压是随，因而冷低压是随高度增加而高度增加而加强加强的。的。暖高压暖高压中，两等压面的厚度中心比四周中，两等压面的厚度中心比四周大大，因而暖高压，因而暖高压随高度增加而随高度增加而加强。加强。v空气在水平方向上的运动是由空气在水平方向上的运动是由作用于空气的力作用于空气的力决定的。这些力包括决定的。这些力包括水平水平气压梯度力气压梯度力、水平地转偏向力水平地转偏向力、惯性离心力惯性离心力和

43、和摩擦力摩擦力。v水平方向上气压分布不均匀时，单位质量的空气块所受到水平方向上的水平方向上气压分布不均匀时，单位质量的空气块所受到水平方向上的净压力净压力称为称为水平气压梯度力水平气压梯度力。气象学中把垂直于等压线，从高压指向低气象学中把垂直于等压线，从高压指向低压，单位水平距离上气压的改变量压，单位水平距离上气压的改变量称为称为水平气压梯度。水平气压梯度。水平气压梯度力水平气压梯度力是是空气产生水平运动的原动力。空气产生水平运动的原动力。v因地球自转使气块运动方向发生偏离的现象，设想它是受力作用的结果，因地球自转使气块运动方向发生偏离的现象，设想它是受力作用的结果，这个假想的力这个假想的力称

44、为称为水平地转偏向力水平地转偏向力。把由于地球自转而产生的偏向力把由于地球自转而产生的偏向力称称为为地转偏向力地转偏向力。37v惯性离心力是惯性离心力是在转动系统内的观察者所觉察到的向外倾斜的力在转动系统内的观察者所觉察到的向外倾斜的力。v摩擦力：内摩擦力和外摩擦力。摩擦力：内摩擦力和外摩擦力。v在自由大气中空气作水平运动时会受到水平气压梯度力在自由大气中空气作水平运动时会受到水平气压梯度力(G)和水平地转偏和水平地转偏向力向力(A)的作用，当这两力达到平衡时，空气会作水平等速直线运动，此的作用，当这两力达到平衡时，空气会作水平等速直线运动，此时的风叫做时的风叫做地转风。地转风。v白贝罗风压定

45、律：白贝罗风压定律：在北半球，背风而立，高压在右，低压在左；南半球在北半球，背风而立，高压在右，低压在左；南半球相反相反。v在自由大气中，当空气作水平曲线运动时，作用于空气上的力，除了在自由大气中，当空气作水平曲线运动时，作用于空气上的力，除了气气压梯度压梯度和和地转偏向力地转偏向力外，还有外，还有惯性离心力，惯性离心力，这三个力达到平衡的风，称这三个力达到平衡的风，称为为梯度风。梯度风。北半球，北半球，低压区的梯度风按逆时针方向吹，低压区的梯度风按逆时针方向吹，高压区的梯度风高压区的梯度风按顺时针方向吹；按顺时针方向吹；南半球则相反。方向遵循南半球则相反。方向遵循白贝罗风压定律。白贝罗风压定

46、律。v摩擦风：摩擦风：有摩擦力参与，有摩擦力参与，水平气压梯度力水平气压梯度力与与水平地转偏向力水平地转偏向力，摩擦力摩擦力保保持平衡条件下所产生的风称为持平衡条件下所产生的风称为摩擦风。摩擦风。风向：风向：在北半球，背摩擦风而立，在北半球，背摩擦风而立，高气压在右后方，低气压在左前方。南半球相反。高气压在右后方，低气压在左前方。南半球相反。38风的变化风的变化 (一一)风速随高度的风速随高度的变化变化 在摩擦层中，在摩擦层中，风速随高度而变风速随高度而变大大。但近地面层。但近地面层中，从近地面层中，从近地面层顶向上至摩擦层顶向上至摩擦层顶的气层，风速顶的气层，风速随高度增加而明随高度增加而明

47、显变大。显变大。39(二二)风的阵性风的阵性 在观测中可以发现，风速时大时小，风向则在观测中可以发现，风速时大时小，风向则不停变化，不停变化，这种现象称为这种现象称为风的阵性，风的阵性，近地层的风，近地层的风，阵性极为显著阵性极为显著风的变化风的变化40 （三）风的日变化（三）风的日变化 摩擦层的风常表现一定的日变化规律，摩擦层的风常表现一定的日变化规律，日出后，日出后，地面增热，地面增热，大气层结大气层结（大气湿度、温度的垂直分布大气湿度、温度的垂直分布）不稳定性增加，）不稳定性增加，乱流交换随之加强，上下层空气得以交换混合，导致乱流交换随之加强，上下层空气得以交换混合，导致下层下层风速增大

48、，上层风速减小，午后最为明显风速增大，上层风速减小，午后最为明显。夜间夜间大气层结大气层结稳定性增加，乱流交换作用减弱，稳定性增加，乱流交换作用减弱，上层风速又逐渐变大，上层风速又逐渐变大，下层风速则逐渐变小下层风速则逐渐变小。下层与上层之间过渡高度约为。下层与上层之间过渡高度约为50一一100m。在气压形势稳定时，风的日变化较为明显。当较强的天气在气压形势稳定时，风的日变化较为明显。当较强的天气系统过境时，风的日变化将被扰乱和掩盖。系统过境时，风的日变化将被扰乱和掩盖。一般情况下，一般情况下，风的日变化现象晴天比阴天明显，夏季比冬季明显，陆地风的日变化现象晴天比阴天明显，夏季比冬季明显，陆地

49、上比海洋上明显。上比海洋上明显。风的变化风的变化41风的变化风的变化 （四）风的年变化（四）风的年变化风的年变化与气候条件和地理条件有关。在我国广风的年变化与气候条件和地理条件有关。在我国广大的季风气候地区，大的季风气候地区，主导风向主导风向的季节转换十分明的季节转换十分明显，显，夏季多偏南风，冬季多偏北风夏季多偏南风，冬季多偏北风。风速风速的年变的年变化没有明显的普遍规律。化没有明显的普遍规律。我国多数地区冬季风速我国多数地区冬季风速大于夏季风速，春季是冷暖空气交替控制的季节，大于夏季风速，春季是冷暖空气交替控制的季节，常常出现风速的年最大值。常常出现风速的年最大值。上述现象在各个地区上述现

50、象在各个地区差异很大，例如东南沿海地区常常在差异很大，例如东南沿海地区常常在710月间月间出现风速年最大值，这是台风和热带风暴活动造出现风速年最大值，这是台风和热带风暴活动造成的。成的。42风与农业生产的关系风与农业生产的关系 l风可以调节农田小气候状况风可以调节农田小气候状况风能影响农田乱流交换强度，增强地面和空气的热量交换，风能影响农田乱流交换强度，增强地面和空气的热量交换，增加土壤蒸发和植物蒸腾，也增加空气中增加土壤蒸发和植物蒸腾，也增加空气中C02等成分的乱等成分的乱流交换，使作物群体内部的空气不断更新，对植株周围的流交换，使作物群体内部的空气不断更新，对植株周围的温度、湿度、温度、湿

51、度、C02等的调节有重要作用，从而影响植物的等的调节有重要作用，从而影响植物的蒸腾作用和光合作用等生理过程。蒸腾作用和光合作用等生理过程。在强光高温下，微风能带走叶面周围湿度大、在强光高温下，微风能带走叶面周围湿度大、C02含量少含量少的空气，带来较为干燥的和的空气，带来较为干燥的和C02含量较多的空气，可以起含量较多的空气，可以起到加速蒸腾，降低叶面温度，防止强光照下叶面温度过高到加速蒸腾，降低叶面温度，防止强光照下叶面温度过高的灼伤作用。并且由于加速蒸腾，促进了根系吸收，使根的灼伤作用。并且由于加速蒸腾，促进了根系吸收，使根系不断地从土壤中摄取养分，使同化作用始终保持在较高系不断地从土壤中

52、摄取养分，使同化作用始终保持在较高的水平上。因此作物群体结构必须合理，保持一定的通风的水平上。因此作物群体结构必须合理，保持一定的通风性，才能获得高产。性，才能获得高产。 43风与农业生产的关系风与农业生产的关系l风能传播花粉、种子风能传播花粉、种子有些异花授粉的植物，是靠风来传播花粉的。微风能提高有些异花授粉的植物，是靠风来传播花粉的。微风能提高授粉、受精率，有利高产。玉米就是属于异花授粉的作物。授粉、受精率，有利高产。玉米就是属于异花授粉的作物。很多种树如松树、落叶松、云杉、杨树、柳树等也都是靠很多种树如松树、落叶松、云杉、杨树、柳树等也都是靠风力来传播花粉和种子的。风力来传播花粉和种子的

53、。 44风与农业生产的关系风与农业生产的关系l风害风害 是是指由风引起的对农作物或树木直接与间接的危害指由风引起的对农作物或树木直接与间接的危害。强风。强风对农作物的直接危害是使作物倒伏、折断、遭受机械损伤，对农作物的直接危害是使作物倒伏、折断、遭受机械损伤，造成落花、落果、落铃和落荚。大风可吹走表土，使植株造成落花、落果、落铃和落荚。大风可吹走表土，使植株根系暴露。根系暴露。不太强的风，虽不直接损伤作物器官，但经长时间的久吹不太强的风，虽不直接损伤作物器官，但经长时间的久吹不息，植株摇摆不定，也会引起生理损伤，降低光合量，不息，植株摇摆不定，也会引起生理损伤，降低光合量，致使产品品质低劣。致

54、使产品品质低劣。强风还间接影响植物病虫的侵害。农作物的枝叶因风力过强风还间接影响植物病虫的侵害。农作物的枝叶因风力过强，磨擦损伤，致使病菌易于从伤口入侵，水稻的白叶枯强，磨擦损伤，致使病菌易于从伤口入侵，水稻的白叶枯病，就是最常见的一种。病，就是最常见的一种。风与害虫的迁飞关系密切，害虫经常借助气流进行短距离风与害虫的迁飞关系密切，害虫经常借助气流进行短距离的飞翔。有些害虫则依靠气流进行远距离迁飞。风直接影的飞翔。有些害虫则依靠气流进行远距离迁飞。风直接影响着害虫的地理分布。响着害虫的地理分布。45风与农业生产的关系风与农业生产的关系l风害风害风也能传播病原体，造成作物病害的蔓延。如小风也能传

55、播病原体，造成作物病害的蔓延。如小麦锈病孢子，春季借助风力自南往北传播到高寒麦锈病孢子，春季借助风力自南往北传播到高寒地区越夏，秋季再随偏北气流回到南方各麦区造地区越夏，秋季再随偏北气流回到南方各麦区造成危害。成危害。l 防御风害的办法防御风害的办法:很多，如营造农田防风林、设很多，如营造农田防风林、设置风障、选育优良的抗风品种，运用科学的栽培置风障、选育优良的抗风品种，运用科学的栽培管理技术等。管理技术等。46第四节第四节 大气环流大气环流太阳辐射和单圈环流太阳辐射和单圈环流 三圈环流三圈环流 地球自转和三圈环流地球自转和三圈环流 地球上的风带和气压带地球上的风带和气压带海陆热力差异和大气活

56、动中心海陆热力差异和大气活动中心 47太阳辐射和单圈环流太阳辐射和单圈环流地球表面获得的太阳辐射能随纬度的增高而减少，地球表面获得的太阳辐射能随纬度的增高而减少，赤道地区温度高，两极地赤道地区温度高，两极地区温度低。区温度低。赤道附近的空气膨胀上升，极地附近的空气收缩下沉，使赤赤道附近的空气膨胀上升，极地附近的空气收缩下沉，使赤道高空的气压高于极地同高度的气压，高空的等压面从赤道向极地倾斜，道高空的气压高于极地同高度的气压，高空的等压面从赤道向极地倾斜，在高空水平气压梯度从赤道指向极地，空气在高空从赤道流向极地，即在高空水平气压梯度从赤道指向极地，空气在高空从赤道流向极地，即南风南风。因为赤道

57、高空有空气的流出，极地高空有空气的流入，所以赤道因为赤道高空有空气的流出，极地高空有空气的流入，所以赤道附近地面气压降低，极地附近地面气压升高，低空的等压面从极地向赤附近地面气压降低，极地附近地面气压升高，低空的等压面从极地向赤道倾斜，在低空水平气压梯度从极地指向赤道，空气在低空从极地流向道倾斜，在低空水平气压梯度从极地指向赤道，空气在低空从极地流向赤道，为赤道，为北风北风。这支气流在赤道附近受热上升，补偿了赤道高空空气的。这支气流在赤道附近受热上升，补偿了赤道高空空气的流出。流出。 48太阳辐射和单圈环流太阳辐射和单圈环流p这种沿经圈垂直面上的环流圈，一般称为这种沿经圈垂直面上的环流圈，一般

58、称为单圈环流单圈环流，它将低纬净余热量输向高纬，它将低纬净余热量输向高纬，以补偿高纬的热量净支出。以补偿高纬的热量净支出。p大气产生大规模经圈运动的根本大气产生大规模经圈运动的根本原因，原因，在在于太阳辐射能在地球表面南北分布的不均于太阳辐射能在地球表面南北分布的不均匀性，引起大气运动的直接动力是低纬和匀性，引起大气运动的直接动力是低纬和高纬间大气受热的差异。高纬间大气受热的差异。 49太阳辐射和单圈环流太阳辐射和单圈环流v实际观测表明，赤道附近确实存在地面低实际观测表明，赤道附近确实存在地面低压带，并有空气的辐合上升，极地附近确压带，并有空气的辐合上升，极地附近确实存在地面高压带，并有空气的

59、下沉辐散，实存在地面高压带，并有空气的下沉辐散，但但单圈环流的模式与大气运动的真实情况单圈环流的模式与大气运动的真实情况完全不符完全不符。主要是由于地球不停的自转，主要是由于地球不停的自转，只要空气一运动，水平地转偏向力即会随只要空气一运动，水平地转偏向力即会随之发生作用，环流就会变得复杂起来。之发生作用，环流就会变得复杂起来。 50地球自转和三圈环流地球自转和三圈环流 v受太阳辐射和地球自转影响所形成的环流，受太阳辐射和地球自转影响所形成的环流，称为称为三圈环流三圈环流，三圈环流是大气环流的理，三圈环流是大气环流的理想模式（图想模式（图4-21）。）。 51u三圈环流三圈环流 赤道附近受热上

60、升的空气在高空分别向北和向南流去。赤道附近受热上升的空气在高空分别向北和向南流去。在水平地转偏向力的作用下，形成了在水平地转偏向力的作用下，形成了低纬地区的热带低纬地区的热带环流圈环流圈 、极地环流圈极地环流圈和和巨大的中纬度环流圈巨大的中纬度环流圈 。52地球自转和三圈环流地球自转和三圈环流u地球上的风带和气压带地球上的风带和气压带 由于三圈环流的形成，在地球表面存在若干个与纬由于三圈环流的形成，在地球表面存在若干个与纬度圈大致平行的风带和气压带，通常称为度圈大致平行的风带和气压带，通常称为行星风带行星风带和和气压带气压带。从赤道至极地，从赤道至极地，气压带气压带依次为：依次为： 赤道低压带