福建船政职院航海气象与海洋学课件04空气的水平运动-风

§4空气的水平运动－－风

1目录4.1

概述

4.2

作用在空气微团上的外力4.3

地转风和梯度风4.4摩擦层中的风4.5

地形的动力作用24.1概述一、风(wind)的定义、单位和表示方法

1、风――空气相对海底所作的水平运动。

2、风速――单位时间内空气在水平方向上移动的距离。单位：m/s，km/h，kn（节，nm/h）。

1m/s≈2kn。风级（Beaufort）：0～17级。风速与风级的关系：V＝0.836B3/2。

3、风向――风的来向，用方位度数（0°～360°）表示，或方位表示。34Force0:0-1knotsSealikeamirror5Force5:17-21knotsmanywhitecaps6Force8:Gale34-40knots7Force12:Cyclone64+knots84.2作用于空气微团上的外力

一、水平气压梯度力Gn

1、水平气压梯度（－ΔP/Δn）

――垂直于等压线，沿气压减小的方向，单位距离内的气压差。

1）大小：在天气图上，

等压（高）线越密，水平气压梯度越大；等压（高）线越疏，水平气压梯度越小。单位：hPa/m，或，hPa/赤道度，

1赤道度＝60nm，约111km。

2）方向：垂直于等压线，由高压指向低压。

9相邻等压线间距大（稀疏），水平气压梯度小，地转风小。相邻等压线间距小（密集），水平气压梯度大，地转风大。102、水平气压梯度力

Gn＝－ΔP/（ρΔn）1）大小：与水平气压梯度成正比在天气图上，等压（高）线越密，水平气压梯度力越大；等压（高）线越疏，水平气压梯度力越小。与空气密度ρ成反比，高空ρ小，Gn增大；低空ρ大，Gn小。2）方向：同水平气压梯度。二、水平地转偏向力An

1、大小：An＝2ωVsinφ

1）物体相对地表静止时，An＝0。

2）V越大，An越大。

3）φ＝0°，sinφ＝0，An＝0，赤道上没有地转偏向力。

4）φ越大（纬度越高），An越大。112、方向：垂直于运动去向，北半球：偏于右手一侧，南半球：偏于左手一侧。只改变运动方向，不改变速度大小。A0V0北半球V1V4V3V2A4A3A2A1南半球A0V0A1V1A2V2A3V3A4V4北东12三、惯性离心力C

1、大小：C＝V2/r

切向V越大，C越大；r越小，C越大。

2、方向：沿曲率半径由圆内指向圆外，与切向速度垂直，只改变运动方向，不改变切向速度大小。

四、摩擦力R

1、大小：R＝µV

与摩擦系数µ成正比，与风速V成正比。有浪海面µ比平静海面大。

2、方向：与运动方向相反，起到阻力作用。

总结：只有水平气压梯度力与初始风速无关，该力是使空气产生运动的直接原动力。

134.3地转风和梯度风

北半球地转平衡的过程北南一、地转风（GeostrophicWind）

1、定义

――自由大气中，空气的匀速水平直线运动。2、力的平衡

――水平气压梯度力与水平地转偏向力平衡。

Gn＝An，方向相反，作用在同一条直线上，或：Gn＋An＝0

或Gn＝－An14南半球高压低压地转风1028hPa1024hPa1020hPa1016hPa高压低压北东AnGnVg

北半球地转风的形成过程153、Vg的大小，Vg＝－ΔP/（2ρωsinφΔn）1）与水平气压梯度成正比，

在天气图上，等压（高）线越密，地转风越大；等压（高）线越疏，地转风越小。2）与空气密度ρ成反比，高空ρ小，地转风增大；低空ρ大，地转风小。3）与sinφ成反比，纬度越高，Vg越小；

φ＝0°（赤道上），Vg趋近无穷，说明地转风不存在。

4、风向――白贝罗风压定律。风沿等压线吹，背风而立，北半球高压在右，低压在左；南半球正好相反。

165、地转风的计算――公式法

Vg＝－ΔP/（2ρωsinφΔn）将ρ＝1.293kg/m3和ω值代入得

Vg＝－4.78ΔP/（sinφΔn）

(水平气压梯度单位：hPa/赤道度，或hPa/纬距)

例：在开阔洋面上，平直等压线水平气压梯度大小相等，若在较高纬度未出现大风时，则：

A.在低纬度海域一定无大风B.在低纬度海域一定有大风

C.在低纬度海域可能有大风D.在低纬度海域风力不小于6级答案：C

在开阔洋面上，平直等压线水平气压梯度大小相等，若在较低纬度海域风力小于6级（未出现大风）时，则:

A.在较高纬度海域一定也小于6级B.在较高纬度海域一定有大风

C.在较高纬度海域可能无大风D.在较高纬度海域风力不小于7级17例：在开阔洋面上，平直等压线水平气压梯度大小相等，若在较高纬度出现大风时，则：

A.在低纬度海域一定无大风B.在低纬度海域一定有大风

C.在低纬度海域可能有大风D.在低纬度海域风力不超过6级答案：A答案：B

在开阔洋面上，平直等压线水平气压梯度大小相等，若在较低纬度海域风力大于6级时，则:

A.在较高纬度海域一定小于6级B.在较高纬度海域一定有大风

C.在较高纬度海域可能无大风D.在较高纬度海域风力不小于7级答案：C18HL北南二、梯度风（GradientWind）1、定义

――自由大气中，空气的水平匀速曲线运动。2、力的平衡

――水平气压梯度力、水平地转偏向力和惯性离心力达到平衡。Gn＋An＋C＝0高压中（反气旋）：Gn＋C＝－An，Gn＋C＝An低压中（气旋）：An＋C＝－Gn，An＋C＝GnAnGnC19HL北南HL北南北半球南半球反气旋气旋203、主要结论：

1）北半球，高压中的风顺时针吹，低压中的风逆时针吹；南半球，高压中的风逆时针吹，低压中的风顺时针吹。风向与气压场之间满足白贝罗风压定律。2）梯度风风速与水平气压梯度、纬度的正弦、空气密度和曲率半径有关。3）低压（气旋）区中的水平气压梯度不受限制；高压（反气旋）中的水平气压梯度不能超过某一临界值。4）反气旋区内，边缘风速较大，中心附近微风或者静风；曲率较小处，即等压线平直处，等压线密，风速大；曲率较大处，即等压线弯曲较大处，等压线疏，风速较小。5）中高纬度反气旋的风速较大，低纬度反气旋内风速较小。6）Va（反气旋中的风）〉Vg（地转风）〉Vc（气旋的风）211028hPa1024hPa1020hPa1016hPa高压低压北半球Vg

GnRRAnAnVα224.4摩擦层中的风

一、摩擦力对风速、风向的影响1、对风速的影响――风速减小。陆面上，实际风速/地转风速＝1/3～1/2；海面上，实际风速/地转风速＝3/5～2/3。

海上经验公式：Vo＝65％Vg。2、对风向的影响

――风去向斜穿等压线偏向低压一侧，与等压线的交角α，在中高纬陆上，为35°～45°；

海上，10°～20°。风压定律的修正：背风而立，北半球，高压在右后方，低压在左前方；南半球，高压在左后方，低压在右前方。

23高气压（反气旋）：北半球，顺时针由中心向外辐散；南半球，逆时针由中心向外辐散。低气压（气旋）：北半球，逆时针由外向中心辐合；南半球，顺时针由外向中心辐合。

三、风随高度的变化随高度的升高，风速增大，北半球风向逐渐右偏，南半球逐渐左偏，摩擦层顶处，风速接近地转风，风向接近地转风向。近地面层（30m～50m以下），风随高度的变化不明显。

24850hPa，平均1500米高度北南低高东西北半球地面天气图，