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第五章气压与风Chapter5AirPressureandWind,谢利,托里拆利实验,760mm,（1644年）,马德堡半球实验,1654年5月8日，德国马德堡市市长奥托格里克，把两个直径30多厘米的空心铜半球紧贴在一起，用抽气机抽出球内的空气，然后用两队马向相反的方向拉两个半球。最终用16匹马才将它们拉开，当马用尽了全力把两个半球最后拉开的时候，还发出了很大的响声。马德堡半球实验证明了大气压强的存在。,（1654年）,气压是如何产生的？,大气受到重力的作用空气具有流动性风压,什么是风？风有哪些作用？,风是指空气的水平运动。风可以调节温、湿度变化；风可以输送水汽、传播花粉；风可以用来发电（风能）；风可以驱动船只；,解落三秋叶，能开二月花。过江千尺浪，入竹万竿斜。李峤风,李淳风（602670），唐代杰出的天文学家、数学家，道家学者，岐州雍人（今陕西省宝鸡市岐山县），精通天文、历算、阴阳之说。李淳风是世界上第一个给风力定级的人。,李淳风预言“帝传三世，武代李兴”,李淳风选定地面上的树，作为评定风力的主要标志。经过长时间观测，归纳整理，李淳风将风的大小划分为十个等级：一级，叶动；二级，鸣条（风吹枝叶发出的声音）；三级，摇树；四级，堕叶；五级，折小枝；六级，折大枝；七级，折木飞沙石；八级，拔树及根；加上无风、和风（极轻微的风）共十级。李淳风把所定的十级风力的划分，收录与其撰写的乙己占中。李淳风也成为有史记载首位为风定级的人。1200年后，乙己占传到欧洲。同样有兴趣研究风力的英国海军上将蒲福，以李淳风的风力划分为依据，于1805年把风划成零到十二级共十三个等级。这也是今天天气预报中关于风力划定的雏形。,风力等级,呼风唤雨、风云变幻、风云突变风雨交加、狂风暴雨、风吹雨打和风细雨、风调雨顺风和日丽、云淡风轻万事俱备，只欠东风山雨欲来风满楼天有不测风云,与风有关的成语：,本章内容,气压和气压场作用于空气的力风,气象三要素：气温、湿度和风,第一节气压和气压场,气压（大气压强）P,单位面积上所受到的大气压力。,在静力平衡下等于单位面积上空气柱的重量。,一、气压的概念和单位,P=gh,思考：哪些因素可影响气压的高低？,气温的高低、海拔高度和空气的运动。,冷空气，气压高；暖空气，气压低。海拔越高，气压越低。,一、气压的概念和单位,思考：为什么水的沸点随海拔高度的升高而降低？高原反应是如何产生的？,当水温所对应的饱和水汽压等于气压时，水就沸腾。因此海拔越高，气压越低，水的沸点就越低。,第一节气压和气压场,气压（大气压强）P,高原反应是人到达一定海拔高度后，身体为适应因海拔高度而造成的气压差、含氧量少、空气干燥等的变化，而产生的自然生理反应，海拔高度一般达到2700米左右时，就会有高原反应。,国际标准单位：帕（帕斯卡Pa）和百帕（百帕斯卡hPa）1hPa100Pa100Nm2,气压的大小和单位,一、气压的概念和单位,第一节气压和气压场,标准大气压（0，45NS，海平面上）P0760mm汞柱1013.25hPa,二、气压随高度的变化,PP2P1GgVg（z2z1）gz,大气静力学方程,第一节气压和气压场,大气静力学方程：dPgdz,取z0,气压垂直梯度（单位高度气压差）,二、气压随高度的变化,第一节气压和气压场,气压随高度增加而递减，递减速度取决于空气密度和重力加速度g，主要决定于空气密度。,对流层和热层气压随高度的变化有何差异？,单位气压高度差h,二、气压随高度的变化,第一节气压和气压场,大气状态方程：,单位气压高度差是气压降低1hPa时高度升高的距离，单位m/hPa。,温度一定时，气压越高，气压随高度递减越快，反之相反；,气压一定时，空气温度越高，气压随高度递减越慢，反之相反。,h大,h小,暖区,冷区,单位气压高度差越小，气压随高度递减越快；反之，递减越慢。,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1273tm两点的平均温度，取tm（t1t2）2,压高公式,二、气压随高度的变化,第一节气压和气压场,压高公式,二、气压随高度的变化,第一节气压和气压场,例：t1=12，t2=8，P1=1080hpa，P2=920hpa，则z为：,压高公式可用来求算：1.两点间的高度差z；2.另一高度上的气压值；3.海平面气压；4.两高度间的平均温度tm,（气压测高仪）,三、气压的水平分布,第一节气压和气压场,气压的水平分布是不均匀的。,气象站气压,三、气压的水平分布,海平面气压,第一节气压和气压场,等压线,指在海拔高度相同的平面上，气压相等各点的连线。,海平面气压场,又称地面气压场。用等压线表示海平面上气压的水平分布。,海平面气压场,？,压高公式,等压线,海平面气压场的基本型式（气压系统）,低压（低气压、气旋）,高压（高气压、反气旋）,中心气压比四周低的闭合等压线区域。,中心气压比四周高的闭合等压线区域。,槽（低压槽）,脊（高压脊）,D,G,三、气压的水平分布,第一节气压和气压场,低压向外延伸的狭长区域。,高压向外延伸的狭长区域。,高空气压的水平分布用等压面上的等高线表示,称为等压面图。常用有500、700、850hPa等压面图。等高线的单位：1位势什米10位势米,等压面,等压面是指空间气压相等各点组成的面。,三、气压的水平分布,第一节气压和气压场,等压面,三、气压的水平分布,第一节气压和气压场,理想状态,实际情况,等压面是起伏不平的曲面。,1mb=1hPa,等压面的起伏与水平气压的关系,等高面HaHbHcHZAa0ZCc,三、气压的水平分布,第一节气压和气压场,等压面PAPBPCPHAHBHC,PaPbPc,比较等高面H上a、b、c三点的气压大小。,PAPaPB=PbPC内摩擦力,小结,思考：静止的空气团受到的作用力有哪些？,气压梯度力,第三节风,空气相对于地面的运动称为风。一般情况下，风是指空气运动的水平分量。风向是指风吹来的方向，常用十六方位表示。风速是空气在单位时间内移动的水平距离，常用ms-1为单位,第三节风,风向方位图,风向通常用16个方位来表示，有的是用方位度(共分360度)。,第三节风,风速（windspeed)：大气中水平风速一般为100102ms-1，最大可达百米以上。垂直运动速度比水平风速小两个量级，为10-2100ms-1，仅在局部范围短时间内才出现每秒几米、十几米的数值。,风力等级（windscale）：简称风级，是风强度（风力）的一种表示方法。国际通用的风力等级是由英国人蒲福于1805年拟定的，故又称“蒲福风力等级”，它最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、渔浪等的影响大小分为0-12级，共13个等级。后来，又在原分级的基础上，增加了相应的风速界限。自1946年以来，风力等级又作了扩充，增加到18个等级（0-17级）。,蒲福风力等级表,零级无风炊烟上；一级软风烟稍斜；二级轻风树叶响；三级微风树枝晃；四级和风灰尘起；五级清风水起波；六级强风大树摇；七级疾风步难行；八级大风树枝折；九级烈风烟囱毁；十级狂风树根拔；十一级暴风陆罕见；十二级飓风浪滔天。,平直等压线的气压场中的风C0,一、自由大气层中的风（R0）,空气所受的力：G、A,北半球,第三节风,地转风:A=G，沿等压线做匀速直线运动。,弯曲等压线的气压场中的风C0,空气所受的力：G、A、C,自由大气层中的白贝罗风压定律：(风压定律）北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反。,第三节风,一、自由大气层中的风,逆时针旋转,在自由大气层中，风沿着等压线吹。,梯度风：A+C+G=0,顺时针旋转,二、摩擦层中的风（R0）,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。,第三节风,G+A+R=0,风逆时针旋转，向中心辐合。,顺时针旋转，向四周辐散,弯曲等压线的气压场中的风C0,空气所受的力：G、A、C、R,第三节风,二、摩擦层中的风（R0）,摩擦层中的白贝罗风压定律：,背风而立，低压在左前方，高压在右后方。南半球相反。,G+A+C+R=0,二、摩擦层中的风（R0）,第三节风,绝热上升，多阴雨天气,绝热下沉，多晴好天气,高、低压控制下空气的垂直运动和