农林气象学第四章

1、第第四四章章大气的运动大气的运动第一节 气压的变化 2. 2.单位单位： 长度单位长度单位：mmHg压强单位压强单位：毫巴（毫巴（mb）1毫巴毫巴=103达因达因cm2一、概念一、概念1.定义定义：单位面积上所受到的大气压力。单位面积上所受到的大气压力。 大小等于单位面积上所承受的大气大小等于单位面积上所承受的大气柱的重量。柱的重量。标准状况下：标准状况下：P。gh=13.596980.65761013.32mbmb34mm1二、气压随高度的变化二、气压随高度的变化(图图41) 国际单位国际单位：帕（帕（Pa）1Pa=1N/m21mb=1hPa=100Pa （一）静力学方程（一）静力学方程根据

2、气压的定义，根据气压的定义，P的大小等于气柱的重量。的大小等于气柱的重量。即：即：P=（Z2Z1）底面积底面积g-P=gZ-P表示气压随高度增加而表示气压随高度增加而降低。降低。 dP=gdZ gddzp 该该式为垂直气压梯度，或称单位高度气式为垂直气压梯度，或称单位高度气压差。压差。gdpdzh1气压阶：单位气压高度差气压阶：单位气压高度差。在垂直气柱中，。在垂直气柱中，改变单位气压（改变单位气压（1百帕）时所对应的高度差，百帕）时所对应的高度差，即即： )1 (8000tph式中，式中，为常数（为常数（1/273），），t为气层的温度为气层的温度（）。2121ppzzgdzdp即：即：21

3、12lg)1 (18400pptzz（二）压高公式及其应用（二）压高公式及其应用 设P1和P2为Z1和Z2高度上的气压，则:主要应用主要应用： 1）根据不同高度上两点的气压值和气柱的平）根据不同高度上两点的气压值和气柱的平均温度，求出两点的高度差（气压测高法）均温度，求出两点的高度差（气压测高法）。三、气压随时间的变化三、气压随时间的变化 1. 1.日变化日变化特点特点：一天中：一天中,有一个最高值，一个次高值，有一个最高值，一个次高值，一个最低值，一个次低值一个最低值，一个次低值（图（图43）。2）进行标准大气中气压与高度间的换算。）进行标准大气中气压与高度间的换算。2.2.年变化年变化 在

4、大陆上，冬季气压最高，夏季气压最低，在大陆上，冬季气压最高，夏季气压最低，气压年较差大气压年较差大（图（图44）。 大气质量重新分布的原因：1. 冷暖空气的水平移动冷暖空气的水平移动（图（图45）。2.水平气流的辐合与辐散水平气流的辐合与辐散（图（图45）。3.空气的垂直运动空气的垂直运动（图（图46）。 四、四、 气压的水平分布气压的水平分布（一）等压面和等压线（一）等压面和等压线（二）气压系统（二）气压系统（图（图47，图，图48） 1.低气压（低压）低气压（低压）空间等压面向下凹陷，形如盆地空间等压面向下凹陷，形如盆地。 2.高气压（高压）高气压（高压）空间等压面呈上凸形状，类似山丘。空

5、间等压面呈上凸形状，类似山丘。 3.低压槽（槽低压槽（槽）4.高压脊（脊高压脊（脊） 图图47气压场的几种基本形式气压场的几种基本形式5.鞍形气压场（简称鞍）鞍形气压场（简称鞍） 两个高压与两个低压相两个高压与两个低压相对组成的中间区城。其附近空间等压面形如马对组成的中间区城。其附近空间等压面形如马鞍。鞍。 图图48高空等压线形式高空等压线形式第二节第二节 空气的水平运动空气的水平运动 npG1 一、作用于空气的力一、作用于空气的力 （）水平气压梯度力（）水平气压梯度力 （G） 作用在单位作用在单位质量空气上的力质量空气上的力。即：即： 若若-P/n=1hpa赤道度，赤道度，则则G00007N

6、kg。 （二）地转偏向力（二）地转偏向力 （A A）（图（图4 49 9）1.大小大小: A 2Vsin 为地球自转角速度为地球自转角速度,为纬度；为纬度；V为风速为风速。2.性质性质图图49地转偏向力示意图地转偏向力示意图方向总是与空气运动的路径成直角方向总是与空气运动的路径成直角 1）A只是物体相对于地面有运动时才产生只是物体相对于地面有运动时才产生。（三）惯性离心力（三）惯性离心力 (C) 惯性离心力的方向与向心力惯性离心力的方向与向心力的方向相反，同运动方向垂直的方向相反，同运动方向垂直（图（图410）。 Cv2/r2）在北半球，）在北半球，A垂直指向物体运动方向的右方垂直指向物体运动

7、方向的右方，南半球南半球相反相反。 3）A是一个虚设的力，只改变运动方向，不改变运动速是一个虚设的力，只改变运动方向，不改变运动速度。度。 4）A的大小与风速和纬度的正弦成正比。的大小与风速和纬度的正弦成正比。图图410惯性离心力惯性离心力（四）摩擦力（四）摩擦力(R) R=-kVk为摩擦系数，为摩擦系数，V为风速。为风速。内摩擦力与外摩擦力的和，称为总摩擦力内摩擦力与外摩擦力的和，称为总摩擦力。摩擦力在近地面层（地面至摩擦力在近地面层（地面至3050m）最为显著，）最为显著，到到12km以上，可以忽略不计，所以此高度以下称摩以上，可以忽略不计，所以此高度以下称摩擦层，以上称为擦层，以上称为自

8、由大气。自由大气。二、自由大气中的空气运动二、自由大气中的空气运动 （）地转风（）地转风1.定义定义 气压梯度力和地转偏向力达到平衡时气压梯度力和地转偏向力达到平衡时的风。的风。sin21vnp2.形成形成（图（图411）3.方向方向 在北半球，风平行于等压线吹，背在北半球，风平行于等压线吹，背风而立，高压在右，低压在左。这种关系称为风而立，高压在右，低压在左。这种关系称为风压定律。风压定律。 4.大小大小 npsin21V=V=图图411地转风形成地转风形成（二）梯度风二）梯度风1.定义定义 在圆形气压场在圆形气压场中中，当气压梯度力、地转偏当气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力三个力达到平衡

9、时，空气沿曲线等向力、惯性离心力三个力达到平衡时，空气沿曲线等压线的无摩擦水平等速运动压线的无摩擦水平等速运动。 3.方向方向 在北半球，梯度风沿等压线吹，背风而立，在北半球，梯度风沿等压线吹，背风而立，高压在右，低压在左。高压在右，低压在左。2.形成形成（图（图412）4.大小大小在低气压中，在低气压中，GAC，在高气压中，在高气压中，GCA。图图412高低压中的梯度风高低压中的梯度风令令Va、Vc分别表示示高、低压中的梯度风。分别表示示高、低压中的梯度风。sin212aavrvnp则 rnprrva2sinsinrvvnpcc2sin21则 rnprrvc2sinsin四、摩擦层中四、摩擦

10、层中的风的风 （一）摩擦力对风向的影响（一）摩擦力对风向的影响 在北半球，背风而立，高压在右后方，低压在左前方在北半球，背风而立，高压在右后方，低压在左前方（图（图413，图，图414）。（二）摩擦层中风随高度的变化（二）摩擦层中风随高度的变化随高度增高，风速增随高度增高，风速增大，风向右偏大，风向右偏（图（图415）。 （三）风的日变化（三）风的日变化风速：午后最大，夜间和清晨较小风速：午后最大，夜间和清晨较小（四）风的阵性四）风的阵性 风向风速变化不定的现象，称为风风向风速变化不定的现象，称为风的阵性的阵性 . 图图413摩擦层中的风摩擦层中的风图图414高低压中的摩擦风高低压中的摩擦风图

11、图415摩擦层中风随高度的变化摩擦层中风随高度的变化第四节第四节大气环流大气环流一一、平均经圈环流、平均经圈环流（图图416） 二、平均纬向环流二、平均纬向环流 纬向风带：纬向风带：极地东风带、中纬度西风带和极地东风带、中纬度西风带和低纬度东风带（又称信风带）。低纬度东风带（又称信风带）。气压带：气压带：极地高压带、副极地低压带、副极地高压带、副极地低压带、副热带高压带和赤道低压带。热带高压带和赤道低压带。图图416平均经圈环流模式平均经圈环流模式 在单一气压带、风带控制下，常形成单一的气候及景观，在单一气压带、风带控制下，常形成单一的气候及景观，而受不同而受不同气压带和风带气压带和风带交替控

12、制的地区，常形成一年中干湿随交替控制的地区，常形成一年中干湿随季节有明显变化的气候及景观。例如，季节有明显变化的气候及景观。例如，撒哈拉、阿拉伯及澳大撒哈拉、阿拉伯及澳大利亚中西部利亚中西部等地区高温干燥的热带沙漠气候的形成，主要是由等地区高温干燥的热带沙漠气候的形成，主要是由于这些地区同处在副热带及信风带大陆中心和大陆西岸，受副于这些地区同处在副热带及信风带大陆中心和大陆西岸，受副热带高压及信风的控制和影响而形成的，呈现沙漠景观。而受热带高压及信风的控制和影响而形成的，呈现沙漠景观。而受副热带高压和西风交替控制的副热带高压和西风交替控制的地中海沿岸、美国加利福尼亚州地中海沿岸、美国加利福尼亚

13、州沿岸、南非、澳大利亚南端沿岸、南非、澳大利亚南端等地，形成了世界上著名的副热带等地，形成了世界上著名的副热带夏干气候（地中海气候夏干气候（地中海气候） 第五节第五节 季风和地方性风季风和地方性风 （二）季风指数（二）季风指数 1.盛行风向的季节性变化盛行风向的季节性变化12002.1月、月、7月盛行风向的频率月盛行风向的频率40%3.1月、月、7月平均风速月平均风速3.0m/s。 （三）成因（三）成因主要是由于海陆之间的热力差异引起的。主要是由于海陆之间的热力差异引起的。 （四）种类（四）种类 一、一、 季风季风（一）定义（一）定义 大范围地区盛行风向随季节而改大范围地区盛行风向随季节而改变

14、的现象变的现象。1东亚季风东亚季风 基本特征基本特征：对流层下部冬季盛行偏北风，：对流层下部冬季盛行偏北风，寒冷干燥，降水稀少；夏季盛行偏南风，炎寒冷干燥，降水稀少；夏季盛行偏南风，炎热湿润，降水丰沛。热湿润，降水丰沛。 2南亚季风南亚季风 南亚季风南亚季风也叫做印度季风。也叫做印度季风。形成的主要原因是行星风带的季节性移动。形成的主要原因是行星风带的季节性移动。 山谷风对山地气候的影响山谷风对山地气候的影响 3 3焚风焚风（1 1）概念）概念 气流越过高大山脉时，在山的气流越过高大山脉时，在山的背风坡下沉绝热增温，形成炎热而干燥的风背风坡下沉绝热增温，形成炎热而干燥的风. .（2 2）对农业生产的影响）对农业生产的影响 初春的焚风可促使积初春的焚风可促使积雪融化，有利于灌溉；夏末的焚风有利于粮食和水果雪融化，有利于灌溉；夏末的焚风有利于粮食和水果成熟。但强大持久的焚风则使植物遭受干害和引起森成熟。但强大持久的焚风则使植物遭受干害和引起森林火灾。林火灾。白天为谷风，夜间为山风，统称山谷风。白天为谷风，夜间为山风，统称山谷风。作业作业：1.测得山脚出的气压为测得山脚出的气压为1000hPa，气温为气温为10，同时测，同时测得山顶处的气压为得山顶处的气压为700hPa，气温为气温为0，求山高。，求山高。2.一团未饱和空气，温度为一团未饱和空气，温度为25，相对湿度