第四章大气的运动.ppt

2020 2 14 气象气候学 地理科学与旅游学院 2020 2 14 第四章大气的运动第一节气压随高度和时间的变化第二节气压场第三节大气的水平运动和垂直运动第四节大气环流 2020 2 14 第一节气压随高度和时间的变化一 气压随高度的变化二 气压随时间的变化 2020 2 14 1 静力学方程 气压 静止大气中 任一观测高度单位面积上所承受的空气柱重量 dp dz 随高度的升高而降低 1000M 2000M 3000M 2020 2 14 P2 p W 气压随高度递减的快慢主要决定于空气密度 Z1 Z Z2 P1 p p W p z dp dz 2020 2 14 气压随高度的变化 2020 2 14 2 垂直气压梯度 单位高度气压差 用有限增量代替微分 P z P z 令Gz P zGz 根据干空气状态方程P RdTGz 0 000342P T 百帕 厘米Gz 3 42P T 百帕 100米 Gz 3 42 hPa 100m P T 2020 2 14 3 单位气压高度差用有限增量代替微分 P z P z 令h z Ph 1 根据干空气状态方程P RdT h 1 t 8000 P 2020 2 14 4 压高公式Z2 Z1 18400 1 t log 二 气压随时间的变化1 气压变化的原因 1 水平气流的辐合与辐散 2 不同密度气团的移动 3 空气的垂直运动2 气压的周期性变化3 气压的非周期性变化 P1 P2 Back 2020 2 14 第二节气压场一 等压线和等压面等压线 某一水平面上气压相等各点的连线 等压面 空间气压相等各点所组成的面 3000M 2020 2 14 等压面图如何把空间等压面的高低形势反映在一张海平面图上呢 等压面和等高面 水平面 的关系 等高面 等压面 海平面 C C B B A A 2020 2 14 2020 2 14 在实际工作中 常常把同一时刻不同测站的某一高空等压面的高度填在一张特制的空白地图上 将高度相等的各点连成光滑的曲线 这种图叫等压面图 等压面图上的等高线的单位 不是几何高度 M 而是位势高度 2020 2 14 位势高度 单位质量 M 的物体从海平面上升到高度 Z 时克服重力所作的功 单位 位势米 能量单位 位势米 gz 9 8Z 焦耳 千克 位势高度和几何高度的差异 A B C 几何高度 克服重力作的功 位势米 3m 2m 1m 3H 2H 1H 3 9 8 2 9 8 1 9 8 2020 2 14 二 气压场的基本类型气压场 气压的空间分布 水平气压场 气压在水平面上的分布 空间气压场 气压在三度空间上的分布 气压系统 气压场呈现各种不同的气压形势 这些不同的气压形势叫之 2020 2 14 1 低气压 低压 2 高气压 高压 3 低压槽4 高压脊5 鞍型气压场 鞍 2020 2 14 2020 2 14 2020 2 14 三 气压系统的空间结构1 温压场对称系统 1 暖性高压 2 冷性低压 3 暖性低压 4 冷性高压 2020 2 14 2020 2 14 2020 2 14 2020 2 14 2020 2 14 2 温压场不对称系统 Back 2020 2 14 第三节大气的水平运动和垂直运动一 作用于空气的力1 气压梯度力 G 气压梯度 指垂直等压面方向的单位距离内气压的改变量 1007 5 1005 0 1002 5 1000 0hPa A B 5赤道度 2 5赤道度 P N 2020 2 14 单位 hPa 赤道度气压梯度的物理意义表示了气压分布的不均匀程度 表示了由于气压分布不均匀而作用于单位体积空气上的力 气压梯度力 由于气压分布不均匀而作用在单位质量空气上的力 G 1 P N GZ 1 P Z Gn 1 P n 2020 2 14 气压梯度力是使空气作水平运动的直接原因和原始动力 2020 2 14 S SW E SE N E NW NE 水平运动的偏转 2020 2 14 2 地转偏向力 A 概念 由于地球转动而产生作用于空气运动的惯性力 2020 2 14 A的大小对单位质量的空气 A 2V sin 对质量的空气 A 2mV sin 特征物体运动时才产生 垂直指向物体运动右方 北半球 南半球 改变运动方向 不改变速度 与 成正比 赤道A 0 2020 2 14 3 惯性离心力 C 概念 物体在作曲线运动时所产生的 由运动物体轨迹的曲率中心沿曲率半径向外作用的力 大小 C V2 r 特征作曲线运动时才产生 与运动方向垂直 改变方向 不改变速度 O C A V 2020 2 14 4 摩擦力 R 概念内摩擦力 速度不同 方向不同的两空气层 外摩擦力 下垫面与贴近气层 大小R KV 特征 改变速度和方向 小结 2020 2 14 二 自由大气中的空气水平运动1 地转风 Vg 概念 在自由大气中 G与A相平衡时的空气水平运动 风 形成过程风压定律 白贝罗风压定律 风沿等压线吹 北半球背风而立 高压在右 低压在左 南半球相反 2020 2 14 2 梯度风 概念 自由大气中 空气作曲线运动时 A G C三力达到平衡时的风 低压中的梯度风 Vt 高压中的梯度风 Vat 2020 2 14 低 高 Vc Vg Vac G A C G A C G A 高压 低压中的梯度风与地转风的比较 梯度风遵守白贝罗风压定律 2020 2 14 3 自由大气中风随高度的变化 热成风 VT 概念 由于水平温度分布不均匀所形成的风随高度的变量 上下层风的向量差 2020 2 14 VT V上 V下 h 1 at 8000 p 2020 2 14 VT V上 V下V上 VT V下 特点其大小决定于水平温度梯度的大小 北半球 背热成风而立 高温在右 低温在左 南半球相反 思考 北半球中纬度地区对流层上部盛行西风 为什么 2020 2 14 V上 VT V下 2020 2 14 V上 VT V下 2020 2 14 V上 VT V下 2020 2 14 V上 VT V下 2020 2 14 三 摩擦层中空气的水平运动 1 摩擦风 当G A R三力达到平衡时的风 2 摩擦力对风的影响 平直等压线气压场中 R A G V P0 P1 高 低 2020 2 14 白贝罗风压定律 摩擦层中 北半球 背风而立 高压在右后方 低压在左前方 南半球相反 在弯曲等压线气压场中 低 高 2020 2 14 低 1005 0 1002 5 1000 低压与气旋 1005 0 1002 5 5 1000 0 高 高压与反气旋 2020 2 14 摩擦层中风随高度的变化 风的日变化近地面层 午后风速大 夜间 清晨风速小 50米 100米 分界线 摩擦层上层 午后风速小 夜间 清晨风速大 思考 这是为什么 风的阵性四 空气的垂直运动 Back 2020 2 14 A C D B 2020 2 14 第四节大气环流一 大气环流形成的主要因素二 大气环流平均状况三 大气环流的变化 2020 2 14 大气环流 地球上各种规模和形式的空气运动综合情况 2020 2 14 一 大气环流形成的主要因素1 太阳辐射2 地球自转3 地表性质4 地面摩擦 2020 2 14 二 大气环流平均状况1 平均纬向环流 见图 2 平均水平环流 槽和脊 见图 表现为三槽三脊 东亚大槽 北美大槽 欧洲浅槽 夏强 冬弱 2020 2 14 3 平均经圈环流 在南北经济圈的垂直剖面上 由风速的平均南 北分量和垂直分量构成的平均环流圈