气候气象学第四章

1、气候气象学第四章第1页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四4.1 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第2页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四一、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第3页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（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：

2、mb/100m, hPa/100m3、表达式：意义：Gz愈大，气压随高度降得愈快。第4页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（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变化值。2、单位： m/mb, m/hPa3、表达式：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.第5页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四二、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.第6页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（一）影响气压变化的因素：

3、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增高第7页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四2、动力因素：(1)水平气流的辐合与辐散：辐 合辐 散第8页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四(2)不同密度气团的运动：冬季:冷空气南下, 流经之地空气密度变大, 地面气压上升夏季:暖湿气流北上, 流经之地空气密度减小, 地面气压下降地面地面第9页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四(3)空气的垂直运动：第10页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（二）气压的周期性变化：1、日变化：以双峰型

4、最普遍h12186莫斯科5550N 7月平均hPa雅加达611S 9月平均第11页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四2、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12页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四第二节 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第13页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四一、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：第14页，共125页，2022年，5月20日，

5、23点58分，星期四 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：位势米g：位势米Z：几何高度第15页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四等高面图的由来等压面铅直剖面海平面等高线图第16页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（三）空间气压场的分布：1000hPa 海平面850hPa （1500m）700hPa （3000m）500hPa （5500m）300hPa （9000m）100hPa （16000m）第17页，共125页，2022

6、年，5月20日，23点58分，星期四世界1月海平面平均气压图第18页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四世界7月海平面平均气压图第19页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（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第20页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四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 下凹低压低压高压第21页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四二、气压场的基本形式低

7、压低压槽高压高压脊1.低气压、低压槽2.高气压、高压脊第22页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四3.鞍形气压场低高低高低高槽槽脊脊鞍第23页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四气压场：气压的空间分布气压系统：在气压场中呈现出的不同的气压形势，如高压、低压、高压脊、低压槽、鞍型气压场等，统称为气压系统。第24页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四高空气压场切断低压阻塞高压第25页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四MM处的气压值可能为（ ）A.1012、1012.5 B.1017.5、1020 C.1017

8、.5、1015 D.1015、1012.5N2. 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. 东北风第26页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四第27页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四(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 。第28页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四三、气压场的空间结构回顾：什么是气压高度差？第29页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（一）深厚

9、的对称系统：温度场中的高、低中心气压场中的高、低中心第30页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四1.暖高压高压等压面凸起程度随高度增大，即高压的强度愈向高空愈增强第31页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四2.冷低压低压等压面凹陷程度随高度增大，即低压的强度愈向高空愈增强第32页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（二）浅薄的对称系统：温度场中的高、低中心气压场中的低、高中心第33页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四3.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

10、加暖低压就会变成暖高压系统第34页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四4.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第35页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（三）温压场不对称系统： 温度场的冷暖中心与气压场中的高低压中心不重合，气压中心轴线是倾斜的第36页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四1. 高压区高压中心轴线随高度升高不断向暖区倾斜冷第37页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四2.低压区低压中心轴线随高度升高不断向冷区倾斜第38页，共1

11、25页，2022年，5月20日，23点58分，星期四复习题冬季与夏季的气压有什么不同？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39页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四第三节 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第40页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（一）水平气压梯度力一、促使空气运动的力P 压差n 等压面间距-P/nB:5赤道度气压梯度的方向A:2.5赤道度1、水平气压梯度 P/n （hPa/赤道度）特

12、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。第41页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四2、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：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小第42页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（二）水平地转偏向力AA1、现象圆盘静止不动圆盘逆时针旋转第43页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四2、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

13、气压梯度力方向的主要原因。 第44页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四 任一纬度上的地转偏向力为：A = 2V = 2VsinA = 2Vsinsin第45页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四3、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; 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=2Vsin)第

14、46页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四A北半球: 逆时针旋转,空气将偏向初始运动的右方第47页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（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、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、方向： 与物体运动的方向垂直，并指向曲率半径的外侧。第48页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四3、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 ：空气运动的角速度

15、4、特点： 惯性离心力也是假想力，只能改变空气的运动方向，不改变速度的大小 C值很小，只有在气旋中才很大arcV第49页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（四）摩擦力1、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、公式：R=-KVR: 摩擦力K: 摩擦系数V: 空气运动速度: 表R与V方向相反第50页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（五）影响空气水平运动的力G（气压梯度力）R（摩擦力）A（地转偏向力）C（惯性离心力）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 在赤道上： A=0，忽视

16、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。假想力原动力，可改变空气运动状态第51页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（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第52页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四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第53页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四3、白

17、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。第54页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四白贝罗风压定律北半球南半球第55页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四4、地转风风速的大小：第56页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四5、公式的意义：第57页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（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。第58页，共125页，2022年，5月20日，23点

18、58分，星期四2、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第59页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四 高压区： 在北半球：风向：绕高压中心顺时针旋转第60页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四3、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。第61页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四前提：设Gn一定，即纬度一致低压中 地转风中 高压中 A = GA GA GVac Vg Vc第62页，共1

19、25页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（三）自由大气中风随高度的变化暖冷P1P2P3P3P3P2P2GA第63页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四1、热成风 定义： 由于水平温度分布不均所形成的地转风在铅直方向上的速度矢量差。 公式：第64页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四 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、方向也不变第65页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四2、风随高度

20、的变化规律 等温线与等压线平行P2P1T2T1暖高压冷低压VgVTZ1Z2Z3VTVTVgV2VgVTV3V2VTV2V1VT冷低压与暖高压第66页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四冷高压与暖低压P2P1T2T1暖低压冷高压VgVTV2V1VTZ1Z2Z3VTVTVgZ4Z5VT第67页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四 等温线与等压线垂直冷暖高低VgVTV1V2V3冷平流：低层风从冷区吹向暖区。在北半球，风向随高度逐渐左转，且越到高层，风向与热成风风向越接近。第68页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四暖平流：低层风从暖区

21、吹向冷区。在北半球，风向随高度逐渐右转，且越到高层，风向与热成风风向越接近。冷暖低高VgVTV1V2V3第69页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四风随高度变化的总结： 在自由大气中，随着高度的增高，不论风向如何变化，高层风总是越来越趋向于热成风； 北半球对流层中，温度分布大致南暖北冷，故对流层上层总是以西风为主，并在纬度30 形成西风急流。第70页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四三、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。第71页，共125页，202

22、2年，5月20日，23点58分，星期四气压系统中的摩擦风（气旋）第72页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四地转风梯度风旋衡风偏差风热成风地面平衡风第73页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四复 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？第74页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四6、请根据要求画图： 在北半球，画出气压场、受力、风向、热成风、风随高度变化的平面图第75页，共125

23、页，2022年，5月20日，23点58分，星期四4-4 大气环流一、大气环流的概述二、影响大气环流的因素三、实际大气环流的基本特征四、锋区和急流五、大气环流的变化 第76页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四 一、大气环流的概述（一）大气环流： 具有行星尺度、规模比较大的空气运动。 即有平均状况也有瞬时状况，并代表全球大 气的基本运动状况第77页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（二）大气环流的尺度：名 称 水平尺度 活动时间 例 子大环流 2000km 一周 东风波、西风带中间环流 2000-200 2 - 3天 季风、气旋、反气旋中环流 200

24、-2 km 1 天 地方性风 （山谷风、海陆风）小环流 2km 12小时第78页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四二、影响大气环流的因素 1、太阳辐射2、地球自转产生的地转偏向力3、海陆分布4、地形最基本的因子第79页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四(一)太阳辐射假设条件： 1、地表是均匀的 2、忽略地球自转所产生的地转偏向力 对大气运动的影响单一(热力)的环流圈消除海陆及地形的影响第80页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四赤道南极北极赤道单一环流圈第81页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四单一环

25、 流圈北极南极赤道赤道第82页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（二）地球自转产生的地转偏向力假设条件： 地表是均匀的 消除海陆分布及地形的影响三圈环流及气压带风带第83页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四赤道南极北极赤道3030606060603030西南东北偏西风西南西南偏东风西北东南偏西风西北西北偏东风赤道低气压带副热带高压带东北信风带低纬环流圈极地高压带副极地低压带中纬环流圈西风带东风带高纬环流圈副热带高压带东南信风带西风带副极地低压带东风带极地高压带低纬环流圈中纬环流圈高纬度环流第84页，共125页，2022年，5月20日，23点58分

26、，星期四全球大气环流示意图第85页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四气压带的成因及属性气压带名称成因温压场特征气流运动方向温湿属性赤道低压带热力热低压上升湿热副热带高压带动力暖高压下沉干热副极地低压带动力冷低压上升湿冷极地高压带热力冷高压下沉干冷第86页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四赤道低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极地高压带极地高压带纬 度9090603003060500 10001500 2000年降水量（mm）NS低压控制降水多高压控制降水少全球降水量随纬度的分布曲线第87页，共125页，2022年，5月20日，

27、23点58分，星期四第88页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四赤道南极北极赤道行星风系的季节性移动节气：春分节气：夏至节气：秋分节气：冬至节气：春分第89页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四7月份海平面气压分布图第90页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四1月海平面气压分布图第91页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四小结假设地表是均匀的无地偏力作用条件1：太阳辐射不均水平气压梯度力单一环流圈条件2：地球自转地转偏向力的作用三圈环流和风带气压带条件3：地球公转太阳直射点的移动气压带风带的移动第92页，共

28、125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四问:为什么在2025处沙漠的面积广大 鲁卜哈利沙漠内夫得沙漠塔尔沙漠纳米布沙漠澳大利亚西部大沙漠阿塔卡马沙漠撒哈拉沙漠第93页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四问题2：南极上空怎么会有人类释放的破坏臭氧的物质？第94页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四 2、行星风系 由于三圈环流的形成，产生了近地面上相应的气压带和风带，即三风四带。赤道低压带：5N5S 成因：空气受热上升而致知。因A小，气流基本不发生偏转。 特点：因对流强烈，云多，降水多，多对流雨。第95页，共125页，2022年，5月20日

29、，23点58分，星期四 副热带高压带：30N(S) 成因：赤道上空流动的空气在此堆积而致 特点：气流下沉，多晴天，空气干燥，沙漠多。副极地低压带：60N(S) 成因：中纬来的西风与极地流来的偏东风 相遇，形成锋面而致。 特点：气旋多。第96页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四极地高压带：90N(S) 成因：空气冷却下沉而致。 特点：气温低，空气层结稳定信风带:0 30N(S) 成因：从副热带高压带吹向赤道低压带 的风，受到地球地转偏向力的影 响，北半球偏成东北风，南半球 则偏成东南风。 特点：风向、风速基本是稳定的第97页，共125页，2022年，5月20日，23点58

30、分，星期四西风带：30N(S) 60N(S) 成因：从副热带高压带吹向极地的气流在地转偏向力的作用下，北半球形成西南风，南半球而形成西北风。 特点：暖湿气流北上或南下，多锋面和气旋。 极地东风带：60N(S) 90N(S) 成因：空气从极地高压带吹向副极地低压带，受地转偏向力的作用，北半球偏成东北风，南北半球则偏成东南风。 特点：空气温度极低第98页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四总之：三风四带和三圈环流是一致的，冬夏南北移动扩大影响范围，同时出现许多过渡带，因此同一地区、不同季节有不同的风向和天气特征。大气环流以三风四带（纬向环流）为主，同时也存在着经向环流，但比纬

31、向环流弱，这是大气环流的基本规律。第99页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（三）海陆分布与大气环流 由于海陆本身的物理性质的不同，使得同一纬度 的海陆间存在着热力差异，冬季陆地是冷源，海洋是热源；夏季相反。进而在海陆之间形成压力差，导致空气在海陆间出现季节性的流动 季风。 第100页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四1、海陆差异产生的地面环流及气压分布陆 地海 洋夏季热低气压 冷高气压高气压低气压夏季风第101页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四夏季东南季风西南季风第102页，共125页，2022年，5月20日，23点5

32、8分，星期四地面环流 冬季陆 地冷热低气压高气压低气压高气压冬季风海 洋第103页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四冬季西北季风第104页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四 世界季风区分布：约在 30W 170E，20S 35N的范围， 其中以东亚和南亚的季风最显著。东亚季风范围广、强度大，冬季风强于夏季风。南亚季风（印度季风），夏季风强于东季风。亚洲季风区 非洲季风区 澳洲季风区 第105页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四等温线2、高空环流波状环流（槽脊）大西洋欧亚大陆太平洋冬季三槽三脊 热冷源热温度脊气压脊温度槽气压

33、 槽大陆西岸大陆东岸等压线东亚大槽 第106页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四夏季四槽四脊欧亚大陆等温线热源大陆西岸大陆东岸大西洋冷太平洋冷等压线温度脊气压脊温度槽气压 槽第107页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四（四）地形对大气环流的影响1、动力作用： 抬升作用：空气堆积高压脊空气辐散 低压槽迎风坡背风坡气流第108页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四绕行作用气流暖平流冷平流冷平流暖平流高空形成高压脊高空形成低压槽高大地形第109页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四2、热力作用冬季高大地形 冷

34、源热热高气压低气压低气压自由大气自由大气第110页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四夏季高大地形热源冷冷低气压高气压高气压自由大气自由大气第111页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四三、实际大气环流的基本特征 由于受海陆和地形的影响，破坏了理想的三风四带的大气环流。（一）地面环流状况： 特点：1、北半球因海陆相间分布，纬向 分布的气压带被分成几个闭合 的高低压系统，并随季节而变 动。第112页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四冬季蒙古高压阿留申低压北美高压冰岛低压第113页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四夏季印度低压北美低压夏威夷高压亚速尔高压第114页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四大气活动中心冬夏在海陆出现的闭合的高低压中心永久性的：常年存在的（海上四个） 太平洋:阿留申低压、夏威夷高压 大西洋:冰岛低压、亚速尔高压半永久性的：随季节出现的（陆地上的四个） 亚洲:蒙古高压、印度低压 美洲:北美高压、北美低压第115页，共125页，2022年，5月20日，23点58分，星期四2、南半球40S附近，无论冬夏，等压线基 本上呈纬向分布： 冬季