《自然地理学》：大气运动和天气系统

第三节大气运动和天气系统影响大气水平运动的四种力：

气压梯度力（原动力）；②地转偏向力（改变方向）；

惯性离心力（改变方向）；

摩擦力（减速、改变方向）。

气压梯度力（原动力）；地面冷热不均形成的空气环流——叫热力环流热力环流——是大气运动的最基本形式低气压低气压低气压高气压高气压高气压冷冷热地面空气冷热引起的升降运动

水平气压梯度力（百帕）100010051010水平面上存在着气压梯度，就产生了促使大气由高压区流向低压区的力，叫水平气压梯度力。水平气压梯度力——风空气的水平运动：a.垂直于等压线b.由高压指向低压1007100510031001气压梯度大气压梯度小等压线疏密与气压梯度大小气压梯度★

风——空气的水平运动称为风；空气的垂直运动称为上升气流或下沉气流。WNSENESESWNW——风是矢量，既有风向，又有风速。风向指风的来向，以16个方位或360°方位角表示。风速以m／s或km／h表示；根据风速的大小，可将风力划分为13级（0—12级）。蒲福风级（Beaufortscale）由英国海军上将蒲福，于1805年首创的风力分级标准，后逐渐发展成现今通用的风级。Ｂ为蒲福风级数；Ｖ为风速（m／s）。——这是现今普遍采用的经验公式。影响大气水平运动的四种力：

气压梯度力（原动力）；②地转偏向力（改变方向）；

惯性离心力（改变方向）；

摩擦力（减速、改变方向）。②地转偏向力

由于地球的运动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。

柯氏力影响北半球——右偏南半球——左偏赤道——不偏◆地转偏向力是使运动空气发生偏转的力，它总是与空气运动方向垂直。在北半球，它使风向右偏；它的大小与风速和纬度成正比，在赤道为零，随纬度而增大，在两极达最大。◆地转偏向力只能改变风的方向，而不能改变风的速度。地转偏向力（百帕）100010051010水平气压梯度力地转偏向力（北半球）a.北半球向右偏，南半球向左偏；b.垂直于空气的运动方向(即风向)；c.由低纬向高纬增大；A=2νωsinφ

惯性离心力◆离心力是指空气作曲线运动时，受到一个离开曲率中心而沿曲率半径向外的作用力。这是空气为了保持惯性方向运动而产生的，所以称为惯性离心力。它的方向与空气运动方向垂直。◆在一般情况下，空气运动路径的曲率半径很大，惯性离心力远小于地转偏向力；但在空气运动速度很大而曲率半径很小时，如龙卷风、台风，离心力很大，甚至超过地转偏向力。4、摩擦力◆摩擦力指地面与空气之间，不同运动状况的空气层之间相互作用而产生的阻力。气层之间的阻力，称为内摩擦力；地面对空气的阻力，称为外摩擦力。◆摩擦力以近地面层最显著，随高度增加而迅速减弱，一般到1—2km以上就可以忽略不计了，此高度以上气层称为自由大气。◆摩擦力方向与风向相反，使风速减小，导致地转偏向力也相应减弱。陆地表面摩擦力总是大于海洋表面。地转偏向力（百帕）100010051010（北半球）风向地面摩擦力请依据图中风向，画出空气运动时的受力情况水平气压梯度力1、地转风

指水平气压梯度力与地转偏向力达到平衡时的风，这两个力大小相等，方向相反。空气做等速、直线的水平运动。（二）自由大气中的空气运动在气压梯度力和地转偏向力共同作用下的风（北半球高空）（百帕）10001005101010151020气压梯度力地转偏向力风向气压梯度力地转偏向力风向——地转风出现时，地转偏向力（A）与气压梯度力（G）平衡。——地转风方向与水平气压梯度力的方向垂直，即平行于等压线。在北半球，背风而立，高压在右，低压在左，南半球相反，此称为白贝罗风压定律。2、梯度风

梯度风：地转风是等压线呈平行直线分布情况下气压梯度力与科氏力达到平衡时的等速直线运动。但在自然条件下，等高线是弯曲的，空气也在做曲线运动，就必须考虑曲率半径的影响。等压线为同心圆的情况下，水平气压梯度力G、地转偏向力A和惯性离心力C三个力达到平衡时的空气沿等压线做水平圆周运动，称梯度风。LHGA、CG、CAVVGAVg北半球逆时针顺时针LH地转风——以北半球圆形等压线为例，在低压中，气压梯度力G指向低压中心，而地转偏向力A和惯性离心力C都指向外，而且A

＋C

＝G

，由于地转偏向力和惯性离心力都与风向垂直，所以梯度风的方向是沿着等压线按逆时针方向吹；在高压中则相反，G

＋C

＝A

，梯度风绕高压中心按顺时针吹。南半球的情况刚好相反。——梯度风的风向，也遵从白贝罗风压定律，即在北半球，背风而立，高压在右，低压在左，南半球则相反。3、风随高度的变化——热成风——气温水平梯度的存在，引起气压梯度力随高度发生变化，影响风随高度发生相应变化。由于水平温度梯度引起的上下层风的向量差，称为热成风（VT）。——热成风风向与等温线平行，在北半球，背热成风而立，高温在右，低温在左，南半球则相反。——热成风的大小与气层平均水平温度梯度及气层的厚度成正比。在自由大气中，随着高度的增加，风越来越趋于热成风，如北半球中纬度对流层顶部的西风急流。

在摩擦层中，空气的水平运动因受摩擦力作用，不仅风速减弱、风向受到干扰，而且破坏了气压梯度力与地转偏向力间的平衡关系，表现出气流斜穿等压线，从高压吹向低压的特征。4、摩擦层中空气的水平运动摩擦力作用下的风

LHGA、CG、CAVVGAVg北半球逆时针顺时针LH地转风低1005.01002.510001005.01002.51000高水平气压梯度力地转偏向力(使风向垂直于等压线)(使北半球风向右偏,南半球风向左偏)地面摩擦力大气作水平运动所受作用力二力平衡,风向平行于等压线三种力共同作用下,风向斜穿等压线（与空气的运动方向相反）空气产生水平运动的原动力课堂小结1.冷热不均引起大气运动——

热力环流模式水平方向上冷热不均热力环流模式空气垂直运动（对流）空气水平运动（风）2.大气水平运动（风）水平气压梯度力地转偏向力摩擦力——（空气产生水平运动的原动力）36大气环流是指地球上各种规模形式的空气运动综合情况。（一）全球环流（二）季风环流（三）局地环流二、大气环流

指大范围尺度的大气稳定的运行状态即大气环流。（一）全球环流381、形成原因•太阳辐射：是大气环流形成和维持的基本能源.太阳能在地表的分布不均是大气运动的真正原因（在理想条件下形成单圈环流）单圈环流模式41南42赤道地区空气受热膨胀上升，低空形成低压，称赤道低压带；极地地区空气冷却下沉，低空形成高压，称极地高压带；自极地高压向外辐射的气流，因地转偏向力变为偏东风，称极地东风带。从赤道上空流向极地上空的气流受地转偏向力的影响发生偏转，到20~30°附近气流趋于纬线方向阻档了后来的气流，加上气温下降，气流下沉，形成副热带高压带。副热带高压带的部分气流流向赤道，部分流向高纬度，在地转偏向力作用下形成信风带与西风带；南北纬60度附近相对形成副极地低压，从南往北的暖气流与自北往南的冷气流相遇动力抬升。43•地球自转(地转偏向力)的作用：导致三圈环流的形成2、全球7个纬向气压带

①赤道低压带；

②极地高压带；

③副热带高压带；

④副极地低压带。3、行星风系——行星风系是指不考虑海陆分布和地形起伏等的影响，全球性的低层盛行风带。主要包括三个盛行风带：①信风带：由副热带高压带吹向赤道。北半球为东北信风，南半球为东南信风；②盛行西风带：由副热带高压带吹向高纬地区。北半球为西南风，南半球为西北风；③极地东风带：由极地高压向外辐散形成。信风是发生在低纬地区的一种风向稳定、风速少变的风系，因此海员们称它为守信用的风，故名“信风”。在使用帆船进行海外贸易的年代，人们往往利用这种风横渡大洋，故也叫“贸易风”。哥伦布是第一个全面了解并充分利用了大西洋有规律风系的航海家。他在发现新大陆前，就已经有过好几次航海经验，他知道低纬度地区老是刮东风，中纬度地区则经常刮西风。所以哥伦布寻找新大陆的第一次航行，是沿着加那利群岛的纬度（约北纬28°）巧妙地借助东风向西驶去。但在返回西班牙时，他精明地先向北行驶到亚速尔群岛的纬度（约北纬39°），然后才张满风帆，乘着浩荡西风返回欧洲的。自从发现了新大陆以后，西欧的商人们便纷纷组织大批船队装运马匹运往美洲，因为在那儿原来没有马，运输和农耕都很不方便。然而奇怪的是，当船队沿着北纬30°附近的大西洋航行时，常常遇到海面上死一般的寂静，没有风，闷热异常，帆船便只好无可奈何地在原地打转，乖乖等候顺风的到来，而有时一等就是10天半月。时间长了，马匹因缺少淡水、饲料纷纷病倒、死亡，水手们一时吃不掉那么多马肉，最后不得不将死马成批抛进大海。当时人们恐惧地把这一无风地带叫做“马的死亡线”，又称“马纬度”。此外，赤道带也是个无风带。

但是如果船队跨过了马纬度，进入中纬度海域航行，在南北纬度40°～50°附近，马上又会遇到与低纬度方向相反的西风。特别在南半球，这一纬度带没有大的陆地，海域非常辽阔，西风更为猛烈而且稳定，常常在海上掀起狂涛巨澜。1488年，葡萄牙航海家迪亚斯指挥两艘小船，驶往非洲大陆最南端，当船只来到南纬40°附近时，一场巨大的风暴将这两叶小舟在大海上吹荡了整整16天，值得庆幸的是最终他们被吹送到一个岬角上。心有余悸的迪亚斯还将这个岬角命名为风暴角（后葡萄牙国王认为这个岬角的发现，使通往富庶东方的航路有了打通的希望，改名好望角）。南半球的西风带也因此而被人形象地称为“咆哮西风带”了。40°S—60°S盛行西风带40°S—60°S盛行西风带开普敦好望角4、经向三圈环流65°NNS30°N30°S65°SHHHHLLLEENESEWWWWWW极地高压副极地低压副热带高压赤道低压副热带高压副极地低压极地高压0°①信风环流圈（Hadley环流）：分布于赤道与南北纬30°之间。高空由赤道吹向副热带高压带（西风），地面由副热带吹向赤道（信风）。②中纬度环流圈（Ferrel环流）：分布于中纬度约30°—65°地带。地面由副热带高压带吹向副极地低压带（西风），高空由副极地低压带返回。③极地环流圈：分布于高纬度约60°与极地之间地带。地面由极地高压带吹向副极地低压带（东风），高空由副极地低压带返回（西风）。全球大气环流示意图52（二）季风环流1、季风的定义——以一年为周期，大范围地区的盛行风随季节而有显著改变的现象。风向不仅有季节改变，而且方向的变化至少在120°以上。2、成因之一是海陆热力差异的存在：海陆热力性质的差异由于海陆热力差异的存在，冬季陆地是冷源，有利于陆地冷高压的发展，海洋是热源，有利于海洋暖低压的发展；夏季陆地是热源，有利于陆地暖低压的发展；海洋是冷源，有利于海洋暖高压的发展；54

地点：产生于海陆相接地带。如亚洲东部、东南亚、南亚均属季风区

夏季：陆地上低压强盛，海洋上高压势力得到发展，风从海洋指上陆地，盛行夏季风，潮湿、暖热。

冬季：陆地上高压盛行，海洋上低压强盛，风从陆地指向海洋，形成冬季风，寒冷、干燥。冬季气压分布图蒙古冷高压夏季气压分布图印度暖低压一月份七月份高低低高3、季风形成的原因：A海陆热力性质的差异B行星风带位置的季节移动C高大地形的作用D海陆分布相对位置、形状、大小高大地形的作用①大高原、山脉等地形的阻挡作用。②动力作用：迎风坡气流被迫抬升，或发生分支。当大规模气流爬越高原和高山时，常常在高山迎风侧受阻，造成空气质量辐合形成高压脊，在高山背风侧，则有利于空气辐射形成低压槽；使气流受迫分支绕行；③热力作用：高大的山地相对四周自由大气来说，冬、夏季热力状况是不同的，对季风的形成、发展和维持有很重要影响。青藏高原，喜马拉雅山（夏季：热源；冬季：冷源）对东亚和南亚季风的环流的形成有重要影响。地面强烈辐射冷却，形成相对冷源冬季：蒙古高压得到加强地面受热升温，形成相对热源夏季：印度低压得到加强青藏高原在冬、夏季对亚欧大陆高、低气压的影响示意图4、世界季风区分布：约在30°W—170°E，20°S—35°N的范围，其中以东亚和南亚的季风最显著。亚洲季风区

非洲季风区

澳洲季风区

思考题：为什么亚洲季风最强盛，范围最广？

因为亚洲陆地面积最大，再加上太平洋面积也是最大，造成海陆热力差异最显著。另由于青藏高原的存在，冬季加强偏北季风，夏季加强偏南季风，因此东亚季风现象最突出。中国季风气候的主要特点是：冬、夏季的风向相反，气温的年较差和日较差大。

冬季盛行北风和偏北风。每年9-10月至次年3-4月间，冬季风从西伯利亚和蒙古高原吹到中国，向南势力逐渐减弱，性质逐渐变化，造成全国冬季干燥寒冷，南北温差达40度以上。北方1月平均气温大都0℃以下，黑龙江北部可达零下30℃，而广西和福建南部1月气温却在10℃以上，海南岛可高达15℃以上。中国与世界同纬度上的国家相比，从南到北，冬季气温偏低5-18℃。夏季盛次偏南风，普遍高温多雨，南北温差变小，广州和哈尔滨两地仅差4——5℃，四季分明，雨热同季。同时，寒潮、气旋、梅雨、台风等成为几种常见的气候类型。（三）局地环流——指由于局部环境如地形起伏、受热不均等而产生的小范围环流，也称地方性风系。

1、海陆风：白天，地面风由海向陆，上层风则由陆向海；夜晚风向相反；2、山谷风：白天，地面风从谷地吹向山坡，夜晚风向相反；3、焚风：背风坡气温比迎风坡同高度上的气温高很多、干燥很多。在山区，一年四季均可出现。66海陆风：由于海陆热力差异而引起的以一日为周期变化的风。夜晚吹陆风。白天吹海风，67山谷风：由于山坡、山谷空气受热不均，产生了风向以一日为变化周期的风。夜晚吹山风白天吹谷风；海陆风与山谷风海陆风山谷风谷风迎风坡背风坡焚风：沿着山坡向下吹的热而干的风。是一种翻越高山，沿背风坡向下吹的干热风。三、天气系统◆指大气中引起天气变化的水平或垂直分布的各种尺度的运动系统。◆根据其水平范围可以分为：小尺度天气系统——101km级，存在数小时内；中尺度天气系统——101～102km级，存在1天内；大尺度天气系统——103km级，存在数天或以上。◆天气过程天气系统的发生、发展、消亡及其相应的天气演变的全过程。如一次雷雨天气过程可分为：生长阶段（积云——积雨云）；成熟阶段（积雨云——降雨）；消散阶段（云消雨散）。（一）气团与锋◆气团是指在水平方向上物理属性比较均匀的大块空气。其水平范围几百到几千公里，垂直范围几到十几公里。同一气团内部的水平温度梯度一般小于1～2℃／100km。◆气团形成的条件：①范围广阔、地表性质比较均匀的下垫面；②有利空气停滞和缓行的环流条件。◆气团变性：当气团离开源地，其物理属性逐渐改变，这种过程就称为气团变性。日常所见的气团，大多属于变性气团。1、气团的分类

①地理分类法（地理位置和下垫面性质）按气团源地分成四个基本类型：冰洋气团、极地气团、热带气团、赤道气团；按气团源地的海陆位置，又把每一基本类型分为海洋气团和大陆气团。赤道气团源地是海洋，不再分海、陆型。②热力分类法凡是气团温度高于流经下垫面温度的，称为暖气团；相反，气团温度低于流经下垫面温度的，称为冷气团。2、锋冷气团暖气团地面对流层顶下界上界宽度高度——指两种性质不同的气团相遇时，在它们之间形成一个狭窄的过渡带。通常把锋看成是一个几何面，称为锋面，锋面与地面的交线称为锋线。锋面和锋线统称为锋。锋面云锋面云◆锋的分类根据锋面两侧冷暖气团移动方向和结构可分为：①冷锋：冷气团主动向暖气团方向移动的锋；②暖锋：暖气团主动向冷气团方向移动的锋；③准静止锋：很少移动或移动速度很慢的锋；④锢囚锋：两条移动的锋相遇合并所形成的锋。根据形成锋的气团源地可分为：冰洋锋：冰洋气团——极地气团；极锋：极地气团——热带气团；赤道锋：热带气团——赤道气团；锋的符号锋的符号暖锋冷锋锢囚锋准静止锋冷锋冷锋冷气团暖气团暖锋暖锋冷气团暖气团3、锋面天气是指锋附近的云、降水、风等气象要素的分布状况。①冷锋天气一型冷锋：移动慢，锋面坡度较小（1／100）。锋后为稳定性降水区。由于移动慢，暖空气上升较慢较平稳而出现层状云，降雨缓和。冷锋过境时，气温下降，气压升高。二型冷锋：移动快，锋面坡度较大（1／40～1／80），云雨区较窄。由于移动快，暖空气受冷空气猛烈冲击快速上升而成浓厚的积雨云，常有雷雨狂风。冷锋过境时，气温急降，但时间短暂，锋线一过天气转晴。②暖锋天气：锋面坡度小（1／150）。锋前为较宽的连续性降水区，广阔的云雨区连绵数百公里，造成持续不断的降雨。暖锋会使所经过地区的气温增高。③准静止锋天气：锋面坡度比暖锋更小（1／250），锋前连续性降水区更宽广，但降水强度小，持续时间更长。锋面带上常有低气压扰动发生并伴随中到大雷阵雨。◆

梅雨锋梅雨锋“梅雨锋”属于准静止锋“梅雨”之名起源于每年6、7月间我国江南一带梅子成熟季节的连绵降雨由于久雨不晴，器物容易发霉，所以又称“霉雨”初夏江淮流域一带经常出现一段持续较长的阴沉多雨天气。此时，器物易霉，故亦称“霉雨”，简称“霉”；又值江南梅子黄熟之时，故亦称“梅雨”或“黄梅雨”。在中国史籍中记载较多。如《初学记》引南朝梁元帝《纂要》“梅熟而雨曰梅雨”。唐柳宗元《梅雨》：“梅实迎时雨，苍茫值晚春。”等。我国长江中下游地区，通常每年六月中旬到七月上旬前后，是梅雨季节。天空连日阴沉，降水连绵不断，时大时小。所以我国南方流行着这样的谚语：“雨打黄梅头，四十五日无日头”。持续连绵的阴雨、温高湿大是梅雨的主要特征。夏季受副热带高压西侧控制，下沉空气原来也较干，但从暖湿海面吸收大量水汽，因而带来丰沛的降水，产生了副热带湿润气候。这里由于海陆对比十分强烈，形成了独特的季风气候，其显著特点是夏雨冬干，雨量集中在夏季，（二）气旋与反气旋

大气中占据三度空间的大尺度水平空气涡旋，中心气压比周围低的，称为气旋；中心气压比周围高的，称为反气旋。从气压场来说，分别称为低气压和高气压。低1005.01002.51000低压与气旋1005.01002.51000高高压与反气旋1、锋面气旋（温带气旋）◆生成和活动在温带地区的气旋，称为温带气旋。其中，最常见的是带有锋面的温带气旋，所以又称锋面气旋。锋面气旋是温带地区产生大范围云雨天气的主要系统。温带气旋主要出现在东亚、北美、地中海等地区。◆发展成熟的锋面气旋天气模式为：气旋前方是宽阔的暖锋云系和相伴的连续性降水天气，气旋后方是比较狭窄的冷锋云系和降水天气，气旋中部是暖气团天气。2、热带气旋◆生成于热带海洋上的强大而深厚的气旋性涡旋。赤道全世界平均每年发生热带气旋和台风为79.8次南北纬5～20°，年平均水温＞26.5℃。赤道热带气旋按中心附近地面最大风速划分名称属性热带低压Tropicaldepression最大风速：＜17.2m／S即风力为：6～7级热带风暴Tropicalstorm最大风速：17.2～24.4m／S即风力为：8～9级强热带风暴Severetropicalstorm最大风速：24.5～

32.6m／S即风力为：10～

11级台风Typhoon最大风速：＞32.6m／S即风力为：＞12级◆台风的形成

热带海洋上的空气因受热而对流上升，四周较冷的空气流入补充，然后再受热上升，如此循环往复，形成了热带低压。在夏秋季节，西南季风与东北信风相遇时造成扰动产生旋涡。这种扰动与对流作用相辅相成，使已形成的热带低压的旋涡继续加深，也就是使四周空气流动得更快，风速加大，于是就演变成热带风暴→强热带风暴→台风。

台风常常带来狂风暴雨，一天的降雨量可达30亿吨，多的甚至超过200亿吨。大西洋——飓风；印度洋——旋风。◆台风的特征

台风的空间形态就象一个巨大的云柱，其半径一般200～300km，最大的可＞500km。台风的顶部是大致圆形呈螺旋状顺时针向外旋出的气流，台风的底部在北半球是绕台风中心逆时针旋进的气流（在南半球则作顺时针方向旋进）。

在台风云柱中央有一个直径约50km的基本无风、无云、无雨的区域，这就是台风眼。离开台风眼向外就是云层最厚的暴雨带，再向外则是大风区。

台风的生命周期，短者只一、两天，长者可达两星期，平均约四～五天。◆台风