《气压与风》PPT课件.pptVIP

第四章 大气的运动,气压及其空间分布 空气的水平运动 大气环流 季风与地方性风 风与农林业生产,本章内容,气压的单位：hPa（百帕）、 mm汞柱、1mb（毫巴） 国际单位：百帕(hPa） 1hPa100Pa100Nm2,第一节 气压及其空间分布,一、气压（P）的概念,单位面积上所受到的大气压力，称大气压强，简称气压。气压等于单位面积上空气柱的重量。,P0760mm汞柱1013.25hPa 1mb=1hPa, 1mm汞柱4/3hPa,一个标准大气压:条件是在45NS的海平面上， 温度为0，水银柱的高度。,二、气压随高度的变化,PP1P2GgV g（z2z1） gz 大气静力学方程 dPgdz g （4-1） 铅直气压梯度（单位高度气压差）,dP,dz,dP,dz,1、大气静力学方程,铅直气压梯度 g,dP,dz,单位气压高度差(气压阶）,单位气压高度差是气压降低1hPa时高度升高 的距离， 单位为m/hPa,1,dz,zz2z118400（1tm）log,P1,P2,2、压高公式,z 两点之间的高度差 z1 较低点的海拔高度 z2 较高点的海拔高度 P1 较低点的气压 P2 较高点的气压 1273 tm两点的平均温度，取tm（t1t2）2,由压高公式可知：气层上界和下界的气压若保持不变，气层的厚度与平均温度有关。平均温度高、气层厚；平均温度低，气层薄。因此在冷空气中气压随高度变化递减快，暖空气中气压随高度变化递减慢。,三、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：其中以双峰型最普遍 单峰型：原因是温度的日变化 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汐有关 三峰型：与一日波、半日波以及局部地形条件等综合作用有关,气压日变幅随纬度增高而减小，低纬度为35hPa,在纬度50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；海洋上则相反，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,例：已知某山脚处海拔高度为130米，在山脚下测得气压为1006hPa气温为178;同时,在山顶测得气压为873hPa，气温为112。求该山顶的海拔高度是多少米?,解：已知P11006hPa，t117.8，Z1130.0米;P2873hPa，t211.2，求Z2? 先求得两点的平均温度t14.5，代人公式 Z2-130.0l8400(1十14.5/273)lg(1006/873) 解得 Z2=1300米，即该山的海拔高度约为1300米,四、气压场,等压面是空间气压相等的点所组成的曲面。常用的等压面有850hpa、700hpa、500hpa、300hpa、200hpa,1、等压面和等压线,等压线是同一水平面上各气压相同点的连线。水平面与等压面的交线即就是等压线,等高面是高度间隔相等的水平面 见图4-1,等高线是等压面上高度相同的点的连线,2、等压面与等高面的关系,等压面 PAPBPCP HAHBHC 等高面 HaHbHcH ZAaZBbZCc PaPbPc,地面天气形势图（地面天气图、地面图） 本站气压 海平面气压 等高面（海拔高度为0）上的等压线 （每隔2.5hPa）,气压订正,3、海平面气压场,4、气压场的基本型式（气压系统p112页）,低压（低气压、气旋）,高压（高气压、反气旋）,槽（低压槽）,脊（高压脊）,D,G,第二节 空气的水平运动风,二、作用于空气的力,惯性离心力 水平地转偏向力,一、风的概念：,1、水平气压梯度力（G）,作用于单位质量空气块上的压力（气压梯度力） G，方向由高压指向低压,G p/n,1,水平气压梯度力是形成风的原始动力,1007.5,1005,1002.5,1000,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,水平气压梯度值很小：一般为1-3hPa/赤道度 垂直气压梯度：在大气低层可达1/10m左右 赤道度：赤道上经度相差一度的纬圈长度（111km）,2、水平地转偏向力（科里奥利力、科氏力） A,作用于单位质量物体上的科里奥利力 F(含有垂直方向）,F2 V 水平地转偏向力 A A2 V sin (4-4),224小时 7.29210-5rad*s-1,水平地转偏向力（A）的特点： 1，地转偏向力只有在空气相对于地面运动时才产生。 空气静止时 V0 A0,2，北半球指向运动方向的右侧，南半球指向运动方向的左侧,4，赤道 0 A0 北极 90 A2 V ，最大,3， 地转偏向力的方向：与运动方向垂直，只改变运动的方向，不改变速度的大小。,3、惯性离心力（C）,惯性离心力的方向： 与运动方向垂直由曲率中心指向外缘 作用于单位质量物体上的惯性离心力,静止 V0 C0 直线运动 r C0,4、摩擦力 （R）,摩擦力的方向： 与运动方向相反 摩擦力 R RK V K 摩擦系数 摩擦层 R0 自由大气层 R0,总结 ：气压梯度力是使空气产生运动的直接动力，是最基本的力. 地转偏向力对高纬地区或大尺度的空气运动影响较大，而对低纬地区特别是赤道附近的空气运动，影响甚小。 惯性离心力是在空气作曲线运动时起作用，而在空气运动近于直线时，可以忽略不计。 摩擦力在摩擦层中起作用，而对自由大气中的空气运动也不予考虑。后三个力虽然不能使空气由静止状态转为运动状态，但却能影响运动的方向和速度。而气压梯度力和重力既可改变空气运动状态，又可使空气由静止状态转变为运动状态,三、自由大气中的风（ R0 ）,1、地转风平直等压线气压场中的风 C0,空气所受的力：G、A 地转风: A=G,北半球,2、梯度风弯曲等压线气压场中的风 C0,空气所受的力：G、A、C 梯度风： A+C+G=0,在自由大气层中，风沿着等压线吹。 自由大气层中的风压定律：北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反,四、摩擦层中的风 （ R0 ）,1、平直等压线的气压场中的风 C0,空气所受的力：G、A、R,在摩擦层中，风穿越等压线，向低压偏转。,摩擦层中的白贝罗风压定律：,北半球：背风而立，低压在左前方，高压在右后方。 南半球相反。,风逆时针旋转，向中心辐合。绝热上升，多阴雨天气,顺时针旋转，向四周辐散 绝热下沉，多晴好天气,2、弯曲等压线的气压场中的风 C0,空气所受的力：G、A、C、R,五、风的变化,1、日变化,近地层白天午后最大，夜间和清晨最小；,上层白天午后风小，夜间风大,晴天阴天，陆地海洋,2、年变化,一般北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小；,图4-7,我国大部份地区春季是冷暖空气交替时期，所以春季风最大。,3、风随高度的变化,摩擦层：风呈爱克曼（Ekman）螺线分布,摩擦层顶：风速接近地转风、风向与等压线平行,4、风的阵性,在观测中，风速时大时小、风向不停变化，这种现象称为风的阵性。近地层的风，阵性显著,图4-8风的阵性示意图,第三节 大气环流,大范围（全球范围）的大气运动的现象，包括平均状况和瞬时状况。其水平尺度在数千千米以上，垂直尺度在10km以上。,大气环流,一.大气环流形成的主要因素：,太阳辐射,地球自转,地表性质的作用,1、太阳辐射的作用（单圈环流）,假定条件：,仅考虑太阳辐射（英国的哈德莱Hadley）,地-气系统的年辐射差额：在40N40S 为正 40为负,单圈环流模式,此模式下全球地面风的分布,二、三圈环流：,假定条件：,考虑太阳辐射和地球自转（美国罗斯贝Rossby）不考虑海陆分布的影响,水平地转偏向力 sin,三圈环流模式,（高纬环流） 直接环流（强）,（中纬度环流）间接环流（弱）,（低纬度环流、热带环流、信风环流）直接环流（强）,气压带,行星风带,全球大气环流示意图,三、大气活动中心,太阳辐射、地球自转、地球表面的不均匀性,海陆分布的不均匀加热,相对于海洋，陆地夏季温度高，形成热低压；冬季温度低，形成冷高压。,永久性的活动中心、半永久性的活动中心、 季节性活动中心。,海平面平均气压场 (1月) （单位：hpa）,海平面平均气压场 (7月) （单位：hpa）,第四节 季风和地方性风,一、季风：,大范围地区盛行风向有明显的季节变化，并且天气、气候也随之发生的变化。冬、夏风向的季节性变化和干、湿的季节性交替。,特点：,盛行风向随着季节变化而有很大差异，甚至接近相反 两种季风各有不同的源地，其气团的性质有根本的不同； 能给天气现象造成明显不同的季节性差异。,1、东亚季风：,成因：,海陆冬夏热力差异（主要成因）、青藏高原的影响,陆地（相对于海洋）,冬季 温度低 冷高压 夏季 温度高 热低压,2、南亚季风（印度季风）：,成因：行星风带的季节性移动,东亚季风与南亚季风,热带季风区：,东区：两广、江西南部、福建,西区：西藏南部、云南,副热带季风区：,东区：湖南（北）、安徽、江苏、上海、浙江,西区：青海南部、四川大部、陕南、甘肃南部,温带季风区：,甘肃中西部地区、陕西中部和北部、东北三省、内蒙东部、华北,中国的季风分布状况, 印度与中国季风气候的差异, 印度冬季风弱于夏季风，中国东部季风区则相反；, 印度降水集中在夏季风最强的季节，中国东部季风区降水 集中在夏季风最盛之前。, 印度受南亚季风的影响，同时由于青藏高原的屏障，11月至次年3月为干季、4月到5月降水少，温度高称为热季、6月到10月为雨季。, 季风给中国带来的气候特征是冬季寒冷干燥、 夏季高温多雨,二、地方性风：,1、海陆风（出现在沿海地区或岛屿上）,成因：海陆昼夜热力差异。,强,弱,2、山谷风（出现在山区）,3、焚风（出现在山区）,在背风坡形成的热而干的风。,利弊：,有利的方面： 1、初春促使积雪消融。 2、夏末促使粮食和水果早熟。,不利的方面： 强大的焚风易造成北方小麦空瘪粒现象，在林区易造成森林火灾。,地形雨与焚风,迎风坡,背风坡,查阅有关四川2009年3月的焚风,现象发生2009年 2月12日当天，一位泸州网友发贴直呼“天气一会儿热，一会冷。太奇怪了！”这位网友说，早上起床时还觉得冷，穿了一件冬衣，到中午时，气温陡然上升，感觉像在过夏天。到下午5点多时，又冷得像深秋，狂风大作。气侯忽冷忽热，又时值地震频发的余震期，情绪紧张的一些网友甚至还提出“看看有没有地震云形成”的主意。 调查分析当天下午4点到5点，四川宜宾市筠连、珙县等地天气出现异常，最高气温达到36摄氏度。全省日平均气温比常年偏高6.6。其中，48县市最高气温突破历史极值，8县市最高温度达到30以上。泸州、宜宾南部一带天气异常燥热，特别是宜宾筠连县16时气温达到26，1小时后气温骤然升高10，达到36。 接下来的1个小时，气温又像坐过山车一般下降，在18时降到了23。当地居民感觉2小