三节 大气运动和天气系统

1、任课教师：曹勇宏任课教师：曹勇宏第三节第三节 大气运动和天气系统大气运动和天气系统一、大气的水平运动一、大气的水平运动（一）作用于空气的力（一）作用于空气的力（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 梯度风梯度风 ）（三）风随高度的变化（热成风（三）风随高度的变化（热成风 摩擦层中风随高度的变摩擦层中风随高度的变化）化） 二、大气环流二、大气环流（一）全球环流（一）全球环流（ 全球纬向气压带及行星风系）全球纬向气压带及行星风系）（二）季风环流（二）季风环流（三）局地环流（海陆风（三）局地环流（海陆风 山谷风山谷风 焚风）焚风）三、主要天气系统三、主要天气系统 （一）

2、气团和锋（一）气团和锋（二）气旋和反气旋（二）气旋和反气旋（一）作用于空气的力（一）作用于空气的力1 1水平气压梯度力水平气压梯度力: :存在水平气压梯度时单位质量空气所受的力，存在水平气压梯度时单位质量空气所受的力，称为水平气压梯度力称为水平气压梯度力G G，其表达式是：，其表达式是：nPG1一、大气的水平运动一、大气的水平运动103010201010（hPa）方向：垂直于等压线，由高压指向低压方向：垂直于等压线，由高压指向低压AB风向风向2 2地转偏向力地转偏向力 由于地球自转而使在地球上运动的物体发生方向偏转的力，称由于地球自转而使在地球上运动的物体发生方向偏转的力，称为地转偏向力。为地

3、转偏向力。 力的方向与物体运动方向垂直。力的方向与物体运动方向垂直。sin2vArvc23 3惯性离心力惯性离心力 当空气作曲线运动时，还受惯性离心力的作用。惯性离心力方向当空气作曲线运动时，还受惯性离心力的作用。惯性离心力方向与空气运动方向相垂直，并自曲线路径的曲率中心指向外边缘。与空气运动方向相垂直，并自曲线路径的曲率中心指向外边缘。4 4摩擦力摩擦力 力的方向与物体运动方向相反力的方向与物体运动方向相反 1 12km2km以下的气层称为摩擦层。以下的气层称为摩擦层。 1 12km2km以上大气称为自由大气以上大气称为自由大气 10101008100610041002（hPa）气压梯度力气

4、压梯度力风向风向地转偏向力地转偏向力地转偏向力方向：垂直风向地转偏向力方向：垂直风向（二）自由大气中的空气运动二）自由大气中的空气运动 1 1地转风地转风（1 1）定义：自由大气中空气作等速、直线水平运动。）定义：自由大气中空气作等速、直线水平运动。（2 2）成因：气压梯度力与地转偏向力达到平衡。）成因：气压梯度力与地转偏向力达到平衡。（3 3）公式：）公式： nPVgsin21（4 4）风向：白贝罗风压定律）风向：白贝罗风压定律北半球背风而立，高压在右，低压北半球背风而立，高压在右，低压在左；南半球相反。在左；南半球相反。既可根据高空风向确定所在高度的气压分布状既可根据高空风向确定所在高度的

5、气压分布状况，也可根据空中气压场分布状况了解所在高度的气流情况。况，也可根据空中气压场分布状况了解所在高度的气流情况。（5 5）适用范围：大尺度天气系统。）适用范围：大尺度天气系统。 如何用符号表示风力和风向？风尾标在“风向”上这个符号表示： 。5级北风8级或以上的风力怎么表示？每一道风尾表示风力为2级北北2.2.梯度风梯度风（1 1）概念：自由大气中的空气作曲线运动时，作用于空气的气压梯度力、地）概念：自由大气中的空气作曲线运动时，作用于空气的气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力达到平衡时的风，称为梯度风。转偏向力、惯性离心力达到平衡时的风，称为梯度风。低气压梯度力 柯氏力气压梯度力 柯氏力高

6、气压梯度力 柯氏力离心力离心力（2 2）风场类型）风场类型 气旋式风场：指中心低压，旋转方向呈逆时针方向。气旋式风场：指中心低压，旋转方向呈逆时针方向。气压梯度力气压梯度力= =离心力离心力+ +柯柯氏力，平衡时的风速比单独只有地转偏向力时小。即在中纬度低压区或低压槽内，氏力，平衡时的风速比单独只有地转偏向力时小。即在中纬度低压区或低压槽内，观测到的风经常小于地转风。观测到的风经常小于地转风。 反气旋式风场：反气旋是指中心高压，呈顺时针旋转。反气旋式风场：反气旋是指中心高压，呈顺时针旋转。气压梯度力气压梯度力+ +离心力离心力= =柯氏力，因而平衡时的风速必定大于地转风，这就是在高压区或高压脊

7、内经常柯氏力，因而平衡时的风速必定大于地转风，这就是在高压区或高压脊内经常观观测到超地转风的缘故。测到超地转风的缘故。（3 3）风向：白贝罗风压定律）风向：白贝罗风压定律 （4 4）气压梯度限值）气压梯度限值 反气旋内：特别是在其中心区，不可能有很大的气压梯度。反气旋内：特别是在其中心区，不可能有很大的气压梯度。 气旋区内：不存在极限值。气旋区内：不存在极限值。（5 5）适用范围：大尺度天气系统。）适用范围：大尺度天气系统。低气压梯度力 柯氏力气压梯度力 柯氏力高气压梯度力 柯氏力离心力离心力一些小的涡旋如龙卷风、尘卷风，风的旋转方向无论是逆时针一些小的涡旋如龙卷风、尘卷风，风的旋转方向无论是

8、逆时针还是顺时针，中心部分都必须是低压，为什么？还是顺时针，中心部分都必须是低压，为什么？ （三）风随高度的变化（三）风随高度的变化1 1地转风随高度的变化地转风随高度的变化热成风热成风（1 1）定义：由水平温度梯度引起的上下层风的向量差，称为热成）定义：由水平温度梯度引起的上下层风的向量差，称为热成风。风。（水平温度分布不均导致气压梯度随高度发生变化，风也（水平温度分布不均导致气压梯度随高度发生变化，风也相应随高度发生变化）相应随高度发生变化） 500hPa600hPa700hPa800hPa地面暖暖冷冷高空高压低压（2 2）成因）成因（3 3）风向：北半球背热成风而立，高温在右，低温在左；

9、南半球）风向：北半球背热成风而立，高温在右，低温在左；南半球则相反。则相反。（4 4）表达式）表达式 NTTZgvmmTsin2（5 5）热成风对地转风的影响）热成风对地转风的影响 地转风随高度作顺时针旋转，伴有暖平流。地转风随高度作顺时针旋转，伴有暖平流。 地转风随高度作逆时针旋转，伴随有冷平流。地转风随高度作逆时针旋转，伴随有冷平流。 低低高高V冷冷暖暖VT低低高高暖暖冷冷VVT冷冷 低低暖暖 高高暖暖 低低冷冷 高高（6 6）西风急流和西风带）西风急流和西风带 （hPa）1000100510101015气压梯度力气压梯度力风向风向地转偏向力地转偏向力摩擦力摩擦力摩擦力方向：与风向相反摩擦

10、力方向：与风向相反2 2摩擦层中风随高度的变化摩擦层中风随高度的变化（1 1）地面摩擦力对风的影响）地面摩擦力对风的影响 风速减小，风向斜穿等压线，由高压吹向低压风速减小，风向斜穿等压线，由高压吹向低压在下图中绘出北半球近地面在下图中绘出北半球近地面A A、B B两种气压状况下的大气运动情形两种气压状况下的大气运动情形103010201010101010201030水平气压梯度力水平气压梯度力AB实际风向实际风向白贝罗风向定律：在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前白贝罗风向定律：在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方方（2 2）摩擦层中风随高度的变化）摩擦层中风随高度的变化 高压高

11、压低压低压3 3根据风速大小，可将风力划分为根据风速大小，可将风力划分为1212级。从风力征象即可估算出级。从风力征象即可估算出相应的风级。相应的风级。 风速逐渐增大，风向与等压线风速逐渐增大，风向与等压线逐渐相平行逐渐相平行青箬笠，绿蓑衣，青箬笠，绿蓑衣， 斜风细雨不须归斜风细雨不须归 八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅分别是几级风？分别是几级风？小结一小结一 大气的水平运动大气的水平运动 作用于空气的力作用于空气的力 水 平 气 压水 平 气 压梯度力梯度力 地 转 偏地 转 偏向力向力 惯性离惯性离心力心力摩擦力摩擦力 自由大气自由大气 地转风地转风 梯度风梯度

12、风 水 平 温水 平 温度梯度度梯度 热成风热成风 摩擦层摩擦层 高空气高空气压梯度压梯度 赤道赤道南极南极北极北极赤道赤道二、大气环流二、大气环流0o30o60o90o北纬北纬30o60o90o南纬南纬赤赤 道道 低低 气气 压压 带带 副副 热热 带带 高高 气气 压压 带带副副 热热 带带 高高 气气 压压 带带副副 极地低气压极地低气压 副副 极地低气压极地低气压 极地高气压极地高气压多多 雨雨多多 雨雨多多 雨雨少少 雨雨少少 雨雨少少 雨雨少少 雨雨（一）全球环流（一）全球环流1.全球气压带全球气压带（1）纬向气压带：七个）纬向气压带：七个 （2）海陆气压带）海陆气压带 陆地上气压

13、带是由海陆热量分布不均引起的，主要限陆地上气压带是由海陆热量分布不均引起的，主要限于低空，且具有季节性，所以称为半永久性气压系统。于低空，且具有季节性，所以称为半永久性气压系统。 冬季：大陆高压中心：亚洲西伯利亚高压和加拿冬季：大陆高压中心：亚洲西伯利亚高压和加拿 大高压。大高压。 海洋低压中心：阿留申低压和冰岛低压。海洋低压中心：阿留申低压和冰岛低压。 （副极地低压存留）（副极地低压存留） 夏季：大陆低压中心：南亚低压和北美西南部低压夏季：大陆低压中心：南亚低压和北美西南部低压 海洋高压中心：北太平洋副热带高压和亚速海洋高压中心：北太平洋副热带高压和亚速 尔高压（位于大西洋）是尔高压（位于大

14、西洋）是副副 热带高压断裂而成热带高压断裂而成西伯利亚高压西伯利亚高压加拿大高压加拿大高压阿留申低压阿留申低压冰岛低压冰岛低压0o30o30o60o60o90o北纬北纬90o南纬南纬赤赤 道道 低低 气气 压压 带带副副 热热 带带 高高 气气 压压 带带副副 热热 带带 高高 气气 压压 带带副副 极极 地地 低低 气气 压压 带带副副 极极 地地 低低 气气 压压 带带极地高气压带极地高气压带极地高气压带极地高气压带信风带信风带信风带信风带东北东北东南东南西风带西风带西风带西风带极地东风带极地东风带极地东风带极地东风带西南风西南风西北风西北风2.行星行星风系风系全球气压带和风带全球气压带和

15、风带随季随季节发生移动节发生移动(1)信风带信风带(2)西风带西风带(3)极地东风带极地东风带信风环流圈信风环流圈中纬度环流圈中纬度环流圈极地环流圈极地环流圈3.3.经向三圈环流经向三圈环流4高空西风带的波动和急流高空西风带的波动和急流 (1)高空西风带的波动高空西风带的波动 (2)(2)急流急流（二）季风环流（二）季风环流 1 1定义：定义： 2 2成因：成因： （1 1）夏季风）夏季风（2 2）冬季风）冬季风3 3季风区的划分标准季风区的划分标准季风角大于季风角大于120120时，季风指数（盛行风向频率的平均值）时，季风指数（盛行风向频率的平均值）大于大于40%40%为季风区，大于为季风区

16、，大于60%60%为季风显著区。为季风显著区。4 4季风区的主要分布范围季风区的主要分布范围3535N25N25S S，3030W170W170E E之间，南亚次大陆和中国东南部为季之间，南亚次大陆和中国东南部为季风特别发达区。风特别发达区。 季风区地理分布图季风区地理分布图（三）局地环流（三）局地环流 1海陆风海陆风（1）定义：沿海地区，以一天为周期、随昼夜变化而方）定义：沿海地区，以一天为周期、随昼夜变化而方向相反的风，称为海陆风。白天由海洋吹向大陆；夜间由向相反的风，称为海陆风。白天由海洋吹向大陆；夜间由大陆吹向海洋。大陆吹向海洋。（2）成因成因：昼夜间海陆热力差异。：昼夜间海陆热力差异

17、。 2山谷风山谷风（1）定义：山区白天地面风从谷地吹向山坡（谷风）；）定义：山区白天地面风从谷地吹向山坡（谷风）；晚间地面风从山坡吹向谷地（山风），这就是山谷风。晚间地面风从山坡吹向谷地（山风），这就是山谷风。（2）成因：）成因： 3焚风焚风（1）定义：沿着背风山坡向下吹的热干风叫焚风。）定义：沿着背风山坡向下吹的热干风叫焚风。（2）成因）成因 20500m153000m2232小结二小结二大气环流大气环流全球环流全球环流季风环流季风环流局地环流局地环流全球气压带全球气压带（七个）（七个）信风带西风带焚风冬季风夏季风冬夏季冬夏季海陆气压差海陆气压差海陆风山谷风经向三圈环流昼夜坡谷气压差昼夜坡谷

18、气压差昼夜海陆气压差昼夜海陆气压差地形地形极地东风带忽如一夜春风来，千树万树梨花开忽如一夜春风来，千树万树梨花开三、主要天气系统三、主要天气系统 （一）气团和锋（一）气团和锋1气团及其分类气团及其分类（1）定义）定义 （2）气团的形成条件）气团的形成条件范围广阔、地表性质比较范围广阔、地表性质比较 均匀的下垫面。均匀的下垫面。稳定的环流场稳定的环流场 （3 3）气团的变性）气团的变性 （4 4）气团分类）气团分类按热力性质可分为冷气团和暖气团。按热力性质可分为冷气团和暖气团。 按汽团源地地理位置可分为极地气团、热带气团、赤道气按汽团源地地理位置可分为极地气团、热带气团、赤道气团等团等 按气团源

19、地的下垫面性质可分为海洋气团、大陆气团按气团源地的下垫面性质可分为海洋气团、大陆气团 2锋及其分类锋及其分类（1）定义：温度密度差异很大的两个气团相遇形成的狭）定义：温度密度差异很大的两个气团相遇形成的狭窄过渡区域，称为窄过渡区域，称为锋锋，又可称为，又可称为锋面锋面。锋面与地面的交线。锋面与地面的交线叫叫锋线锋线。 （2）特点：）特点：垂直形状特点：垂直形状特点：锋面坡度倾向冷气团一侧，倾角随高度锋面坡度倾向冷气团一侧，倾角随高度的增加而逐渐变小。的增加而逐渐变小。锋区的水平温度梯度比锋两侧的单一气团内的锋区的水平温度梯度比锋两侧的单一气团内的温度梯度大温度梯度大得多。得多。锋常出现在低压槽

20、锋常出现在低压槽中。中。锋两侧锋两侧风向通常为气旋式变化风向通常为气旋式变化。当冷锋为东北。当冷锋为东北- -西南走向时，锋前吹西南风，锋后吹西北风。西南走向时，锋前吹西南风，锋后吹西北风。多云雨天气多云雨天气。温度场：温度场：气压场：气压场：风场：风场：天气现象：天气现象： （3）类型）类型冷锋：冷气团主动向暖气团方向移动的锋冷锋：冷气团主动向暖气团方向移动的锋暖锋：暖气团主动向冷气团方向移动的锋。暖锋：暖气团主动向冷气团方向移动的锋。准静止锋：很少移动或移动速度非常缓慢的锋。准静止锋：很少移动或移动速度非常缓慢的锋。锢囚锋：锋面相遇、合并后的锋。锢囚锋：锋面相遇、合并后的锋。 暖式锢囚锋暖

21、式锢囚锋冷式锢囚锋冷式锢囚锋3 3锋面天气锋面天气（1）冷锋天气）冷锋天气第一型冷锋：或称缓行冷锋，坡度小。第一型冷锋：或称缓行冷锋，坡度小。一型冷锋一型冷锋二型冷锋二型冷锋晴朗晴朗阴天、下雨、刮风、降温阴天、下雨、刮风、降温气压升高，温度骤降，天气转晴气压升高，温度骤降，天气转晴低云系向高云系转化低云系向高云系转化地面锋线后地面锋线后第二型冷锋：亦称急行冷锋。坡度大。第二型冷锋：亦称急行冷锋。坡度大。过境前天气：过境前天气：过境时天气：过境时天气：过境后天气：过境后天气：云的变化：云的变化：降雨位置：降雨位置：（2）暖锋天气）暖锋天气过境前天气：过境前天气：过境时天气：过境时天气：过境后天气

22、：过境后天气：云的变化：云的变化：降雨位置：降雨位置：晴朗晴朗连续性降水连续性降水气压下降，温度升高，天气转晴气压下降，温度升高，天气转晴高云系向低云系转化高云系向低云系转化地面锋线前地面锋线前（3）准静止锋天气）准静止锋天气 天气特征与第一型冷锋相似天气特征与第一型冷锋相似 （4）锢囚锋天气）锢囚锋天气 暖式锢囚锋暖式锢囚锋冷式锢囚锋冷式锢囚锋（二）气旋和反气旋（二）气旋和反气旋1概述概述（1）定义：）定义：气旋是占有三度空间的中心气压气旋是占有三度空间的中心气压比四周低的水平空气涡旋，又称低比四周低的水平空气涡旋，又称低压。压。反气旋是占有三度空间的、中心反气旋是占有三度空间的、中心气压比

23、四周高的水平空气涡旋，又气压比四周高的水平空气涡旋，又称高压。称高压。（2 2）分类：气旋按发生地区分温）分类：气旋按发生地区分温带气旋和热带气旋，反气旋分极地带气旋和热带气旋，反气旋分极地反气旋、温带反气旋和副热带反气反气旋、温带反气旋和副热带反气旋旋 2气旋气旋（1）温带气旋温带气旋（锋面气旋）（锋面气旋）温带气旋是指具有锋面结构的低压，因而又称锋面气旋。温带气旋是指具有锋面结构的低压，因而又称锋面气旋。它主要活动在中高纬度，更多见于温带地区，是温带地区它主要活动在中高纬度，更多见于温带地区，是温带地区产生大范围云雨天气和主要天气系统。产生大范围云雨天气和主要天气系统。 结构结构 天气天气

24、 分布分布温带气旋发展云系温带气旋锢囚云系温带气旋成熟云系温带气旋消散云系（2）热带气旋）热带气旋定义：热带气旋是形成于热带海洋上，具有暖心结构、定义：热带气旋是形成于热带海洋上，具有暖心结构、强烈的气旋性涡旋。强烈的气旋性涡旋。 分类：按中心附近平均最大风力分类：按中心附近平均最大风力热带低气压：小于热带低气压：小于8级级热带风暴：热带风暴：89级级强热带风暴：强热带风暴：1011级级台风：大于台风：大于12级级台风眼处风和日丽台风眼处风和日丽 台风中心附近出现最大风速和最强暴雨台风中心附近出现最大风速和最强暴雨天气现象天气现象东东部部北部北部西部西部南部南部台风眼台风眼台风预警信号含义及防御台风预警信号含义及防御 中心风力中心风力5-6级级中心风力中心风力7-8级级中心风力中心风力9-10级级中心风力中心风力11-12级级中心风力中心风力12级以上级以上2反气旋反气旋