航空气象学第四章大气的水平运动风

1、Page 1第四章第四章 大气水平运动风大气水平运动风一、一、 风的概念风的概念三、三、 地方性风地方性风二、二、 风压定理风压定理Page 2 较有规律的大范围空气运动 水平 风风(wind)(wind) 升降 对流对流(convection)(convection) 不规则的小范围涡旋运动 乱流(turbulence)（或湍流）一、 风的概念：风是指空气相对于地面的水平运动。 1、方向：在气象上，风向是指风的来向。以方位或方位角表示。 2、风速：单位时间内空气运动的水平距离。速度单位。 一、风的概念Page 3风风的方位的方位风向方位：风向方位：Q陆地陆地Q海上海上空中风向，角度表示：圆周

2、分成空中风向，角度表示：圆周分成3601、风向Page 42、风速风速单位：风速单位：米米/秒（秒（m/s）【MPS】千米（公里）千米（公里）/小时（小时（km /h）【KMH】海里海里/小时（小时（n mile /h）【KT】换算关系：换算关系：1米米/秒秒3.6千米千米/小时（小时（km/h）1海里海里/小时小时1.852公里公里/小时小时 0.5米米/秒秒 （m/s） 节（knot）Page 53、风的测量风的测量风的测量Q仪器探测：Q风向风速仪风向风速仪 Q测风气球测风气球 Q风袋风袋 Q多普勒测风雷达多普勒测风雷达Q目视估计：Q按按风力等级表风力等级表Page 64、风力等级风力等级

3、陆地地面物体征象相当风速公里时米秒0静，烟直上。小于10 021烟能表示风向。15 03152人面感觉有风，树叶微动。61116333树叶及微技摇动不息，旌旗展开。121934544能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动。2028 55795有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波。293880一1076大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难。 3949 10813.87全树动摇，迎风步行感觉不便。 506113917l8微枝折毁，人向前行感觉阻力甚大。62741722079草房遭受破坏，大树枝可折断。758820824410树木可被吹倒，一般建筑物遭破坏。 89102245284 11陆上少见，大树可被吹倒

4、，一般建筑物遭严重破坏。10311728532612陆上绝少，其催毁力极大。118133327369Page 7风气压风气压二、风的形成Page 8（1）水平气压梯度力（pressure gradient force）G 水平气压梯度引起的作用在单位质量空气上的压力差。 水平气压梯度力的方向与水平气压梯度方向一致，垂直于等压线，水平气压梯度力的方向与水平气压梯度方向一致，垂直于等压线，从高压指向低压，它的大小与水平气压梯度成正比，与空气密度成反从高压指向低压，它的大小与水平气压梯度成正比，与空气密度成反比。即比。即 G = - PN11、形成风的力水平气压梯度力Page 9（2）科氏力 Cor

5、iolis Force（地球自转偏向力） A由于地球自转所引起的、使相对于地球运动的物体偏离原来运动方向的力。科氏力是一种惯性力不改变运动物体速度的大小，而只改变其方向。它是虚力，但具有实力的作用。转动的圆盘显示地球自转效应地球自转对空气运动的作用1、形成风的力地转偏向力Page 10科氏力科氏力的大小为A = 2Vsin即A的大小与风速及纬度的正弦成正比。科氏力的方向垂直于物体运动的方向，在北半球指向右，在南半球指向左。北半球风与科氏力的关系1、形成风的力地转偏向力Page 11（3）摩擦力R（friction） 当空气在近地面运动时，地表对空气运动要产生阻碍作用，即产生摩擦力。 R = -

6、 kV k 为摩擦系数，V 为空气运动速度。摩擦力的作用可通过空气分子、微团的运动向上传递，一直到摩擦层顶部。1、形成风的力摩擦力Page 121、形成风的力惯性离心力（4） 惯性离心力C（inertial centrifugal force）当空气在水平方向上相对于地球表面作曲线运动时，还要受到惯性离心力的作用。惯性离心力的方向与速度V垂直，由曲率中心指向外缘，其大小为 C = mV2/r V 为空气运动的线速度， r为曲率半径， m为空气块质量。惯性离心力Page 13气压梯度力使空气由高压区流向低压区。气压梯度力使空气由高压区流向低压区。由气压梯度力和地转偏向力两力平衡所形成的风为地转风

7、 （Geostrophic Wind）。其流向大约与等压线平行。2、风的形成地转风Page 14梯度风是地转风在一定条件下，转化成另一种大尺度的系统风。圆形的气压场中，气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力三力平衡时，风沿等压曲线作惯性等速曲线（圆周）运动，即梯度风梯度风。 2、风的形成梯度风Page 152、风的形成摩擦风Page 163、自由大气风随高度的变化热成风Q气温冷热气压高低：热空气柱上方，单位气压高度差变大，气压高于低温区。（冷气柱气压低） 两地间如果发生了冷热的差异，就会相应地引起气压的差异，冷热差异越大，气压差异也越大。两地间气压差加大气压梯度力增加风。冷和热气压高低变化风的运动

8、（热运动转化成为风的机械运动） 温度梯度温度梯度：高温指向低温热成风热成风：由于水平温度梯度引起的上下层风的向量差。热成风与等温线平行，在北半球，被热成风与等温线平行，在北半球，被热成风而立，暖在右，冷在左；南半热成风而立，暖在右，冷在左；南半球相反。球相反。Page 173、自由大气风随高度的变化温度场与气压场配置1.气层等温线与等压线平行，暖区对应下层高压区，冷区对应低压区。气层水平温度梯度与气压梯度方向一致，随高度增加，风速逐渐增大，风向保持不变；2.气层等温线与等压线平行，暖区对应下层低压区，冷区对应高压区。气层水平温度梯度与气压梯度方向相反，随高度增加，起初风向不变，风速逐渐减小；某

9、高度风速减小到0，再往上，风向相反，风速逐渐增大。3.气层等温线与等压线垂直，下层空气由暖区流向冷区。暖平流，随高度增加，风向做顺时针偏转，风速逐渐增大；4.气层等温线与等压线垂直，下层空气由冷区流向暖区。冷平流，随高度增加，风向做逆时针偏转，风速逐渐增大；Page 18风压定理风压定理 白白贝罗定理贝罗定理(Buys Ballots Law)风沿着等压线吹，在北半球背风而立，高压在右，低压在风沿着等压线吹，在北半球背风而立，高压在右，低压在左。等压线越密，风速越大。南半球风的运动方向与北半球相左。等压线越密，风速越大。南半球风的运动方向与北半球相反。反。自由大气中风与气压场的关系二、风压定律

10、Page 19摩擦层中的风压定理摩擦层中的风压定理 风斜穿等压线吹*，在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方。等压线越密，风速越大。南半球风的运动方向与北半球相反。摩擦层中风与气压场的关系 * 斜穿角度取决于摩擦力大小，地面越粗糙，风与等压线的交角越大。陆地大于（约30450）水面（约15200） 。二、风压定律Page 201.1. 摩擦层摩擦层 2.2. 自由大气自由大气 3. 3. 地方性风地方性风气温水平差异产生的风阵风的形成三、风的变化Page 21海陆风在海滨地区，只要天气晴朗，白天风总是从海上吹向陆地；到夜里，风则从陆地吹向海上。从海上吹向陆地的风，叫做海风（左图）；从陆地

11、吹向海上的风，称为陆风（右图）。气象上常把两者合称为海陆风。Sea BreezeLand BreezePage 22海陆风特性Q一般海风比陆风要强。一般海风比陆风要强。Q海风与陆风的范围小。海风与陆风的范围小。Q海陆风交替的时间随地方条件及天气情况而不同。海陆风交替的时间随地方条件及天气情况而不同。Q海陆风出现在静稳的天气条件下。海陆风出现在静稳的天气条件下。Page 23山谷风在山区形成的一种地方性风。白天风从山谷吹向山坡，这种风叫谷风；到夜晚，风从山坡吹向山谷，这种风称山风。山风和谷风总称为山谷风。山谷风的形成原理跟海陆风类似。Katabatic WindsAnabatic Winds山 风谷 风Page 24山谷风特性Q平均速度。平均速度。Q所达厚度。所达厚度。Q作用意义。作用意义。Q变化规律。变化规律。Page 25峡谷风定义：在山口、河谷地区常产生风速较大的风。称之为峡谷风。产生：由于空气的连续性，当其进入狭窄的地方时