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第四章、气压和风,第一节、气压 第二节、风,第一节、气压,一、气压及其单位 二、气压的水平分布 三、水平气压梯度 重点：气压系统、水平气压梯度,第一节、气压 气压是表征大气状态的一个基本气象要素，气压随时间和空间的变化与大气运动和天气变化有密切关系。研究表明，气压降低时，一般多阴雨天气，气压升高时，一般多晴好天气。因此，气压的分布和变化是天气分析和预报的重要依据。,一、气压及其单位 气压即大气压强，在数值上等于单位截面积上大气柱的重量。 气压的单位有两种：hpa mm 在标准情况下（=45 h=0米 T=0） 所测得的大气压强称为一个标准大气压，其值为：p=1013.25 hpa,气压各单位之间的换算关系 p=gh=13.59g/cm3980.665cm/秒276cm 1达因=1克cm/秒2 所以：p=1013250达因/cm2 1hpa=1000达因/cm2 因此：p=1013.25 hpa 因为p=760mm=1013.25hpa 所以 1mm=4/3 hpa 1hpa=3/4mm,二、气压的水平分布 气压不仅在垂直方向上有差异，而且在水平方向上的分布也是不均匀的。这是由于各地温度不同，空气密度也不同，因而水平方向上气压就不相等。 但总有气压相等的地方，我们把气压相等的各点所连成的曲线叫等压线。由无数条等压线组成的气压的分布图叫等压线图。在等压线图上可以看出气压的分布有高压、低压、高压脊、低压槽、鞍形场。,高压：中心气压高于四周闭会等压线区。,高压脊：由高压向外延伸的部分,低压：中心气压低于四周的闭会等压线区。,低压槽：由低压向外延伸的部分,鞍形场：两个高压和两个低压交错相对的中间区域,高压：中心气压高于四周闭会等压线区。 高压脊：由高压向外延伸的部分。 低压：中心气压低于四周的闭会等压线区。 低压槽：由低压向外延伸的部分。 鞍形场：两个高压和两个低压交错相对的中间区域。 以上各种气压场统称为气压系统，不同的气压系统造成空气的运动方式不同，因此，具有不同的天气类型。,三、水平气压梯度 在等压线图上，不仅可以看出各地气压分布状况，而且也能了解气压变化的程度，等压线比较密集的地方，气压变化大，等压线比较稀疏的地方，气压变化小，对于水平方向上的变化通常用水平气压梯度来表示。 水平气压梯度就是单位距离内的气压差。 水平气压梯度是一个矢量，它的方向是垂直于等压线从高压指向低压，它的大小是单位距离内的气压差。,水平气压梯度实质上是气压场中单位体积空气在水平方向上所承受的作用力。水平气压梯度越大作用在空气上的力就越大，水平气压梯度越小作用在空气上的力就越小，这个作用力称为水平气压梯度力。 水平气压梯度力是产生风的作用力，它是形成风的直接动力，这个力虽然很小，但却能使空气产生加速运动。,事实上，根据自然界物质均匀规律，任何一种物质只要是流体都会向均衡发展变化，比如水溶液，浓的溶液向稀的地方扩散，最后以达到均衡为止，空气也是一样，它的密度也在努力趋于平衡，但由于太阳辐射的作用，也就是说，各地接受的太阳辐射不均匀，或者各地的热特性不一致接受太阳辐射后产生的热量不一致，不管怎样，我们地球表面上的温度在各地存在着温差，温度不同的地面给大气加热也不均匀，造成大气的温度在水平方向上的不一致，所以大气的密度也就不一样。,密度大的地方总会向密度小的地方疏散，这种疏散靠一种自然力来疏散，这种自然力是密度产生的，密度是温度产生的，所以这个力又来自于温度，温度力又来自于太阳辐射。最简单地讲，只要太阳辐射在大地上，地面给大气加热，大气受热不均就会产生空气运动。所以，我们可以用两句话来表示风的成因：,气压水平分布不均匀是产生风的直接原因，而温度水平分布不均匀是产生风的根本原因。,一、风的概念 空气在水平方向上的运动叫做风 风是矢量，它的大小用风速或风力等级来表示，它的方向用8个方位或360角度来表示。,第二节、风,二、风的成因 风是由水平方向上气压分布不均匀引起的，当相邻两处气压在水平方向上不相等时，便会有水平气压梯度存在，空气在水平气压梯度力的作用下，会沿着垂直于等压线的方向由高压流向低压，这样便产生了风。,在平直等压线组成的气压场中，风的方向不是垂直于等压线的，这是因为运动的空气会受到地球自转的影响而产生一种作用力作用在运动空气上，这个力称水平地转偏向力。,1、地转风,水平地转偏向力示意图,在北半球，水平地转偏向力始终作用在运动空气的右侧，其大小随空气运动速度的增大而增大。这样，运动空气在水平气压梯度力和水平地转偏向力的共同作用下，会使其运动方向逐渐发生改变，最终风的方向就会沿平行于等压线的方向做惯性运动，这种风称地转风。风向和气压场的关系（风压定律）是：背风而立，高压在右，低压在左。,2、梯度风 在实际天气图上，等压线多是弯曲的。在弯曲等压线中运动的空气，除受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用外，还要受惯性离心力的影响，在以上三个力的合力会使空气做稳定的曲线运动，这种风称梯度风。梯度风仍符合风压定律。,3、摩擦风 在近地层中，空气运动会受到强烈摩擦，产生摩擦力。在水平气压梯度力、水平地转偏向力、惯性离心力和摩擦力共同作用下风会斜穿等压线由高压吹向低压，这种风称摩擦风。 摩擦风和实际观测到的风很相近，风压定律是：在北半球，背风而立，高压在右后方，低压在左前方。,三、闭合等压线区的风向 闭合等压线区指高压和低压 在高压区风按顺时针方向由里向外做涡旋运动。 在低压区风按逆时针方向由外向里做涡旋运动。,在高压区，由于空气由高压中心向外辐散，所以上面的空气下沉来补充辐散产生的空缺，这样在高压区上空，空气做下沉运动产生绝热增温，使大气饱和程度降低，出现晴好天气。我国北方的春旱、夏旱就是由于副热带太平洋上形成高压后，它的脊发展延伸到我国大陆上，我国北方受副高脊控制形成长期干旱。副高形成后可控制大部分地区，时间较长，约2-3个月。,在低压区，由于空气由外向低压中心辐合，所以辐合在一起的空气便会旋转上升，这样在低压区空气做绝热上升运动，使大气饱和程度增大，最终出现阴雨天气。我国夏季的雷阵雨、秋季的冷雨多数都是由低压造成的，当低压的强度加大时，还可产生冰雹，甚至产生龙卷风，产生严重的危害。,四、风的日变化和年变化 1、风的日变化 当气压形势稳定时，风有明显的日变化，在低层大气中，日出后，风速逐渐增大，午后风速达到最大，之后风速逐渐减小，至清晨最小。 风速的日变化是由乱流混合的日变化引起的。,2、风的年变化 风的年变化与气候和地理条件有关，在北半球的中纬度地区，一般风速的最大值出现在冬季，最小值出现在夏季。我国大部分地区春季风速最大，因为春季是冷暖空气频繁交替的时期，易形成大风，再加上春季植被还没有长出叶子，对风的阻挡作用小，地面因降水少而成干土层，易形成沙尘天气，如每年春季的沙尘。,五、大气环流 地球上各种规模的气流的综合，称为大气环流。 大气环流包括超长波、长波、高空急流、副热带高压等行星尺度系统；锋面气旋、高空短波槽、切变线、台风等大尺度的气流；山谷风、海陆风、龙卷风、雷雨云等中小尺度系统。,大气环流使热量和水汽在不同地区之间，特别是高低纬之间和海陆之间得以交换和输送，对各地的天气变化和气候形成起着重要作用。,1、单圈环流 假设地球表面是均匀的，并且无地转偏向力的作用，那么，低纬地区热，空气受热上升，上升后向两极运动；两极地区冷，空气冷却下沉，下沉后向赤道运动，这样空气便会在赤道和极地之间进行循环流动，这种简单的经圈环流称为单圈环流。,北极,南极,赤道,赤道,2、三圈环流 实际上，单圈环流是不存在的，因为空气在流动时会受到地转偏向力的作用，使空气的运动方向会发生偏转，最终会在半个球面上形成三个环流圈。,赤道,南极,北极,赤道,30,30,60,60,60,60,30,30,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,东北信风带,极地高压带,副极地低压带,西风带,东风带,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,在北半球，从赤道上空向北运动的空气，受地转偏向力的作用会不断向右偏转，到纬度约30的地方，偏转成西风（又称西风急流）。西风的形成阻挡了继续北上的空气，空气在此不断堆积而下沉，在副热带地面上形成高压（副热带高压），赤道地面由于空气上升而形成低压，因此，地面上空气由副热带地区流向赤道，在地转偏向力和摩擦力的作用下，形成东北风。此风因比较恒定，故称东北信风。,在副热带地面上空气分两支分别向南和向北运动，向北的气流在纬度约60的地方与南下的极地冷空气相遇后被抬升，形成极峰。此空气分两部分分别向南和向北运动，向北的空气到达极地后填补了空气下沉而产生的空缺，向南的空气到达副热带后填补了空气下沉而产生的空缺。这样便形成了三个环流圈，称为三圈环流。,3、三风四带 三圈环流理论基本上符合地球上的行星风系。 行星风系是指全球范围内带状分布的气压带和风带。他们被称为“三风四带”，即：赤道低压带，副热带高压带，副极地低压带，极地高压带。东北信风，盛行西风，极地东风。,赤道,南极,北极,赤道,30,30,60,60,60,60,30,30,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,东北信风带,极地高压带,副极地低压带,西风带,东风带,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,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,北半球中纬度地区属盛行西风带，受西风急流的影响，天气系统通常是由西向东发展，因此，做天气预报时，只要知道西面的天气状况，便可预测东边的未来天气。,4、季风环流 1）、大气活动中心 大气活动中心是指由于海洋和陆地这两个热力性质差异很大的下垫面的存在，会将原来呈带状的气压带变成独立的高低压系统，这些独立的高低压系统称为大气活动中心。,2）、季风环流 季风是以年为周期，随季节而改变风向的风。 季风环流是中等范围的大气环流，它的形成与海陆分布及大气活动中心有关。,季风环流 夏季,陆 地,海 洋,夏季,热,低气压,冷,高气压,高气压,低气压,夏季风,季风环流 冬季,陆 地,冷,热,低气压,高气压,低气压,高气压,冬季风,海 洋,由于海洋和陆地的热力差异很大，接受太阳辐射后会产生不同的温度。在夏季增温的季节，陆地比海洋温度高，在陆地上形成低压，在海洋上形成高压，风从海洋吹向陆地；在冬季降温的季节，陆地比海洋温度低，在陆地上形成高压，在海洋上形成低压，风从海洋吹向陆地。这种风向的变化随季节交替出现，故称季风。 我国地处海洋和陆地的交接处，正是形成季风的特殊地理位置，故我国冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风。,5、地方性风 1）、海陆风 海陆风是发生在沿海地区以天为周期的小范围热力环流，它的原理和季风相似，只不过周期是一昼夜，范围是近地层，白天吹海风，晚上吹陆风。 有些较大的水体一天中也可形成水陆风。,海陆风示意图,2）、山谷风 在山地中，经常出现以天为周期，风向随昼夜而发生改变的风，称山谷风。白天风从山谷吹向山坡，称谷风；夜间风从山坡吹向山谷，称山风。 山谷风是由于在接近山坡的空气和同高度谷底上空的空气间白天增热和夜间失热程度不同而产生的一种小范围热力环流。,山谷风示意图,白天山坡接受太阳辐射后很快增温，靠近山坡的空气也随之很快增温，同高度谷底上空的空气因远离山坡和谷底，所以增温慢，这样山坡上空气受热上升，谷底上空空气下沉补缺，便形成了由谷底吹向山坡的谷风；夜