1、第5章 气压与空气运动5.1、气压5.2、风的形成5.3、大气环流5.4、近地面层空气的湍流运动5.5、风于农业生产,5.1、气压5.1.1 气压及其单位大气受地球引力场作用而具有重量，地球表面单位面积上所承受的大气柱的重量称为大气压强单位：帕斯卡（Pa）或百帕（hPa），1Nm-2=1Pa P=h g 标准大气压P0：气温0，45NS的海平面上，单位面积上的空气重量如=1.293kgm-3,g=9.80665ms-2，P0为1013.25hPa换算：1hPa=1mb；760mm水银柱高=1013.25hPa。,5.1.1、气压的变化5.1.1.1气压随高度的变化1不同高度上的气压 2压高公式
2、及其应用 Z为两地（或两个高度）的高度差Z1、Z2为两地的海拔高度 P1为较低处气压P2为较高处气压 tm为两地（或两个高度）的平均温度。应用：不同高度上气压、温度互算推论：压差一定 气层厚度与温度成正比3、气压随温度的变化：温度越高气压随高度变化越慢,5.1.1.2、气压随时间的变化气压的周期性变化是指在气压随时间变化的曲线上呈现出有规律的周期性波动，明显的是以日为周期和以年为周期的波动。（1）日变化：单峰型 双峰型其中以双峰型最普遍单峰型：原因是温度日变化双峰型：与一日间的增、降温交替所产生的大气半日振动周期和日月引起的大气潮有关,气压日变幅随纬度增高而减小，低纬度为35hPa,在纬度50
3、附近小于1hPa。我国低纬度地区为2.54hPa，中纬度地区为12.5hPa。(2)年变化大陆 冬高夏低海洋 冬低夏高。影响：气温年变化，纬度，海陆性质、海拔高度及地形地势等。通常，年变幅是大陆海洋，高纬低纬，低地势高地势,5.1.3 气压场的表示方法（1826）气压的空间分布称为气压场。气压场通常用等压线或等压面来表示。5.1.3.1、等高面图等高面 海拔高度处处相等的面称为等高面。等高面上气压相等的各点连成的曲线称为等压线：5.1.3.2、等压面图：空间气压相等的点组成的曲面。850、700、500、300、200hPa标准等压面。,等压面上等高线：将某一等压面上高度相等的各点的连线称为等
4、高线。,等压线和水平气压分布的关系1、凡同一条等压线经过的各地气压相等2、等压线数值愈大的地方气压愈高：反之，则愈低。3、等压线愈密的地方，表示该地气压在水平方向的变化愈大。等高线与气压的关系1、凡同一条等高线经过的各地气压相等2、等高线数值愈大的地方气压愈高：反之，则愈低。3、等高线愈密的地方，表示该地气压在水平方向的变化愈大。,5.13.3、气压系统气压系统一般由等高面上的等压线的分布特征确定。海平面上等压线的各种组合形式称为气压系统,1、低压：由闭合等压线构成的中心气压比四周低的区域 范围 强度 加强 减弱2、高压：由闭合等压线构成的中心气压比四周高的区域 范围 强度 加强 减弱,3 低
5、压槽(简称槽)是低压向外伸出的狭长部分，或一组未闭合的等压线向气压较高的方突出的部分。在槽中，各等压线弯曲最大处的连线叫槽线。气压沿槽线最低，向两边递增。槽的尖端，可以指向各个方向，但在北半球中纬度地区大多指向南方。因此，尖端指向北的称为倒槽，指向东西的称为横槽，槽附近的空间等压面类似山谷。,4 高压脊(简称脊)是高压向外伸出的狭长部分，或一组未闭合的等压线向气压较低的方突出的部分。在脊中，各等压线弯曲最大处的连线叫脊线。气压沿脊线最高，向两边递减。脊附近的空间等压面，类似山脊5 鞍形气压区(简称鞍部)，是两个低压与两个高压交错组成的中间区域，其附近空间等压面形如马鞍,5.1.3.4、气压系统
6、随高度变化与温度的关系1 冷高压：中心是冷区 随高度增加而减弱（蒙古高压）2 暖低压：中心是暖区 随高度增加而减弱（台风）3 冷低压：中心是冷区 随高度增加而加强（东北低压）4 暖高压：中心是暖区随高度增加而加强（西太平洋副热带高压）5、温压场不对称的气压系统:地面天气图上冷暖中心和高低气压中心不重合的气压系统.一般高压轴线向暖区倾斜.低压中心向冷区倾斜,5.2 风的形成 5.21.风的概念 空气的运动可分为水平运动、垂直运动、环流运动、湍流运动等形式 风：空气的水平运动。风向（16方位）风速m/s（分级：蒲福风级13（17）级）风速与风级的关系 VN=0.1+0.824N1.505 VNma
7、x=0.2+0.824N1.505+0.5N0.56 VNmin=0.824N1.505 0.5N0.56,中央气象局（十分钟平均风速）级数 蒲福风级 公尺秒风级 风速（m/s)0 无风 0.0-0.2 静,烟直上 平静 0.0 0.0 1 软风 0.3-1.5 烟示风向 微波峰无飞沫 0.1 0.1 2 轻风 1.6-3.3 感觉有风 小波峰未破碎 0.2 0.3 3 微风 3.4-5.4 旌旗展开 小波峰顶破裂 0.6 1.0 4 和风 5.5-7.9 吹起尘土 小浪白沫波峰 1.0 1.5 5 劲风 8.0-10.7 小树摇摆 中浪折沫峰群 2.0 2.5 6 强风 10.8-13.8
8、电线有声 大浪白沫离峰 3.0 4.0 7 疾风 13.9-17.1 步行困难 破峰白沫成条 4.0 5.5 8 大风 17.2-20.7 折毁树枝 浪长高有浪花 5.5 7.5 9 烈风 20.8-24.4 小损房屋 浪峰倒卷 7.0 10.0 10 狂风 24.5-28.4 拔起树木 海浪翻滚咆哮 9.0 12.5 11 暴风 28.5-32.6 损毁重大 波峰全呈飞沫 11.5 16.0 12 飓风 32.7-36.9 摧毁极大 海浪滔天 14.0-13 37.0-41.4 14 41.5-46.1 15 46.2-50.9 16 51.0-56.0-17 56.1-61.2,5.2.2
9、 作用于空气的力：气压梯度力，地转偏向力，摩擦力，惯性离心力，1、气压梯度力：风的原动力，决定了风的方向水平气压梯度：在水平方向上，垂直愈等压线，由高压指向低压，单位距离的气压差。水平气压梯度力：由于水平气压梯度的存在，作用于单位质量空气上的力。水平气压梯度力G的方向就是水平气压梯度的方向，即垂直与等压线由高压指向低压。大小与水平气压梯度成正比。,-,2、地转偏向力 A=2VSin（1）地转偏向力只是在物体相对于地面有运动时才产生。（2）方向：在北半球，地转偏向力垂直指向物体运动方向的右方。（3）地转偏向力只能改变物体运动的方向，不改变速度。（4）水平地转偏向力的大小同风速与所在纬度的正弦成正
10、比。,3、惯性离心力 V是空气运动的线速度是空气运动的角速度r是曲线的曲率半径方向：与空气的运动方向垂直，自曲率中心沿曲率半径指向外缘。4、摩擦力R=-kV 这四个力对空气运动的影响是不一样的。通常G是使空气产生运动的直接动力，是最基本的力；低纬地区不考虑 A，直线运动不考虑 C，12公里以上，摩擦力K影响可以忽略不计。,5.2.3自由大气中 的风A 地转风 自由大气中 在平直等压线的气压场中形成的风。白贝罗风压定律：在北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反。,B 梯度风：自由大气中空气在曲线等压线的气压场中形成的风气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力三个力达到平衡时的风,5.2.4
11、摩擦层中的风 A、平直等压线 G A R 修正后的风压定理：在北半球，人背风而立，高压在右后方，低压在左前方。风速减小：中纬度地区陆地上5565%，海洋上3040%风向与等压线的交角：在陆地上约为2535,海洋上约为1020。,B、摩擦层中曲线等压线 空气质点受力有 G A C R,摩擦层中风的变化(1)日变化：近地面层白天午后风速最大，夜间和清晨风速小，摩擦层上层则是白天午后风速小，夜间风速大。分界层约为50100m；夏季可达300m；冬季20m。风的日变化，一般晴天比阴天大；陆地比海洋大。(2)年变化 北半球中纬：最大值出现在冬季，最小值出现在夏季我国大部分地区：春季是冷暖空气交替时期，所
12、以春季风速最大。(3)随高度的变化 摩擦层中：风速随高度升高风速增大。到摩擦层顶：风速接近于地转风速，风向与等压线平行。（4）风的阵性 风向不停变化。风速时大时小,5.3 大气环流 地球上各种规模大气运动的综合表现。它是气候形成的基本因子，也是天气变化和气候演变的重要背景条件。5.3.1 太阳辐射和三圈环流单圈环流：哈得来环流圈 设:1、地表均匀 2、地球不自转5.3.2 地球自转和三圈环流：1941年，美国气象学家罗斯贝(Rossby)设：地表均匀,5.3.2.1 地球上的气压带和风带A 气压带7个：风带7个,5.3.3 海陆热力差异和大气活动中心 概念 由于海陆热力差异，割断了气压带而形成
13、的高、低气压中心。北半球冬季：近地层有两个低压中心，冰岛低压、阿留申低压、大西洋副热带高压、太平洋副热带高压，都是半永久性活动中心。夏季：四个半永久性活动中心仍然存在，不过这时两个低压活动中心要比冬季弱一些，位置稍向东移；两个高压活动中心则比冬季强，一直伸展到大洋的西部。北半球气压带和大气活动中心,5.3.4 季风和地方性风5.3.4.1 季风：概念 大范围地区盛行风向随季节转换有显著改变的大气环流称为季风。（1月和7月盛行风向改变大于120度，1月和7月盛行风向的频率超过40%，1月和7月至少一个月平均风速超过3m/s)成因：由海陆的分布形成的热力差异以及行星风带的季节性移动形成。地理分布：
14、1、东亚季风 冬季风:寒冷、晴朗、干燥。夏季风：高温、湿热、多雨。冬季风比夏季风强。2、南亚季风 113月气温温和，降水稀少 干季。610月盛行西南季风降水充 雨季。45月降水稀少，气温很高 酷热难当 热季。5.4.2 地方性风与地理位置、地形条件、地表性质有关的局部地区形成的小范围的环流称为局地环流，也称地方性风。它包括海陆风、山谷风、焚风和峡谷风等。,1 海陆风,特点：海风开始于上午89点。午后1415时达最大，以后逐渐减弱 21时左右消失。陆风：开始于22时左右，凌晨23时最大 早上7点左右消失。一般海风强于陆风 海风深入内陆50100KM、陆风深入海洋1020KM。海风带来丰富的水汽
15、能使沿海地区云量和降水增多。,2 山谷风特点 一般白天的谷风比夜间的山风强。谷风能带把谷中的水汽带到上空。有时可以形成云和降水。山风使较重的冷空气在谷底堆积。降低了谷底的夜间温度。,3 焚风：一种翻越高山，沿背风坡向下吹的干热风。干绝热直减率1（1O0m）-1湿绝热直减率0.5（100m）-1影响：初春的焚风可以促使积雪消融，有灌溉效用；夏末的焚风可促使粮食与水果早熟。在林区易造成森林火灾。4 峡（狭）谷风：当空气由开阔地区进入狭窄谷口时，气流的横切面积减小，由于空气质量不可能在这里堆积，于是气流加速前进(流体的连续性原理)，从而形成强风，称为峡谷风。在我国台湾海峡和松辽平原等地，两侧都有山岭，地形象喇叭管，当空气直灌窄口时，经常出现大风，就是这个原因。,
