第四章大气的运动

1、第四章第四章 大气的运动大气的运动第一节第一节 气压的变化气压的变化气气 压压 单位面积上所承单位面积上所承受的垂直大气柱受的垂直大气柱重量。单位帕重量。单位帕（hPa）1、气压的垂直变化、气压的垂直变化拉普拉斯压高公式拉普拉斯压高公式 描述气压与高度之间的数量关系描述气压与高度之间的数量关系21lg)1 (18400PPtz气压随高度的变化程度气压随高度的变化程度冷气团中空气密度大冷气团中空气密度大,气压随高度降气压随高度降低速度比暖气团快低速度比暖气团快降低同样的气压，冷气团中上升的降低同样的气压，冷气团中上升的高度小，而暖气团中上升的高度大高度小，而暖气团中上升的高度大AB1020101

2、010101000100099099010202 气压变化原因气压变化原因热力因子使空气密度变化热力因子使空气密度变化大气运动引起气柱质量变化大气运动引起气柱质量变化 水平气流的辐合与辐散水平气流的辐合与辐散 空气的垂直运动空气的垂直运动 不同密度气团的移动（冷暖气团的移动）不同密度气团的移动（冷暖气团的移动）水平气流的辐合与辐散水平气流的辐合与辐散辐合则空气质点辐合则空气质点聚集，气压升高聚集，气压升高辐散空气质点流辐散空气质点流散，气压降低散，气压降低水平气流的辐水平气流的辐合合（b、d）和辐）和辐散散（a、c）（2） 空气的垂直运动3、气压的时间变化、气压的时间变化3、气压的时间变化、气

3、压的时间变化第二节第二节 气压场气压场 气压场气压场 气压的空间分布，用等压线和等压面表示气压的空间分布，用等压线和等压面表示等压线：同一水平面上各气压相等点的连线，等压线：同一水平面上各气压相等点的连线，水平面上的等压线即为地面天气图。水平面上的等压线即为地面天气图。等压面：空间气压相等的点组成的面，用等等压面：空间气压相等的点组成的面，用等压面上的等高线来画出高空天气图压面上的等高线来画出高空天气图500hpa高空天气图地面天气图地面天气图 低空气压系统低空气压系统 气压的空间分布不均匀而呈现出各种不同的气压形势，气压的空间分布不均匀而呈现出各种不同的气压形势，概括起来可分为五种基本类型。

4、概括起来可分为五种基本类型。 低气压低气压 高气压高气压 低压槽低压槽 高压脊高压脊 鞍形气压场鞍形气压场气压场的基本形式气压场的基本形式气压系统气压系统低压和高压的空间等压面图示低压和高压的空间等压面图示2、低空气压场的基本形式高空气压系统高空气压系统受地面影响较小，高空气压系统受地面影响较小，相对较简单，大多呈纬向平直或相对较简单，大多呈纬向平直或波状，有时也会出现闭合系统波状，有时也会出现闭合系统一、水平运动一、水平运动二、大气环流运动二、大气环流运动三、湍流运动三、湍流运动第二节、空气运动第二节、空气运动风的定义：风的定义：大规模的空气质点的水平流动大规模的空气质点的水平流动风的表示方

5、法风的表示方法风向风向 风的来向风的来向 16方位方位风速风速 单位时间内空气质点水平移动的距离单位时间内空气质点水平移动的距离 m/s为什么空气质点会产生大规模的水平流动呢？为什么空气质点会产生大规模的水平流动呢？一、水平运动一、水平运动水平气压梯度力（水平气压梯度力（ ）水平地转偏向力水平地转偏向力 （ ）惯性离心力（惯性离心力（ ）摩擦力摩擦力 （ ）（一）、作用在空气质点上的力（一）、作用在空气质点上的力GACR这些力在水平分量之间的不这些力在水平分量之间的不同组合，构成了不同形式的同组合，构成了不同形式的大气水平运动大气水平运动定义定义 单位质量空气，在气压场中，单位质量空气，在气压

6、场中，水平方向上，由于气压分布的水平方向上，由于气压分布的不均匀，而受到的力不均匀，而受到的力1、水平气压梯度力、水平气压梯度力G特点：特点：有方向，由高压指向低压有方向，由高压指向低压垂直于等压线垂直于等压线与水平气压梯度成正比与水平气压梯度成正比 P/n1020hpa 1010hpa作用：使空气质点产生运动的原动作用：使空气质点产生运动的原动力力1、水平气压梯度力、水平气压梯度力GnPG1 问题的提出问题的提出 如果空气只受水平气压梯度力的作用而产生风时，则风向如果空气只受水平气压梯度力的作用而产生风时，则风向和水平气压梯度力方向一致，并且风速也应越来越大。和水平气压梯度力方向一致，并且风

7、速也应越来越大。 但实际上，风向和水平气压梯度力并不一致，风速也没有但实际上，风向和水平气压梯度力并不一致，风速也没有无限加大，说明必然还有其它力作用在运动的空气上无限加大，说明必然还有其它力作用在运动的空气上 2、水平地转偏向力、水平地转偏向力 科里奥利力科里奥利力 如果质点相对于以匀角速度运动的参照系运如果质点相对于以匀角速度运动的参照系运动，则该质点要受到一种力（假想的力）的动，则该质点要受到一种力（假想的力）的作用，该力的大小依赖于相对速度和参照系作用，该力的大小依赖于相对速度和参照系转动的角速度，及质点的质量。转动的角速度，及质点的质量。 同理，由于地球的自转，在地球之上运动的同理，

8、由于地球的自转，在地球之上运动的空气也受到此力的作用，称空气也受到此力的作用，称水平地转偏向力水平地转偏向力。2、水平地转偏向力oBAC2、水平地转偏向力Asin2 VA 特点特点 只有当只有当空气相对于地面有运动时空气相对于地面有运动时，才会产生水平地转，才会产生水平地转偏向力，偏向力，静止静止时无此力作用时无此力作用 A 的方向和空气质点运动的方向垂直，并指向运动方向的方向和空气质点运动的方向垂直，并指向运动方向的右侧（北半球）的右侧（北半球） A是人们假想的一种力，不改变空气质点的运动速度，是人们假想的一种力，不改变空气质点的运动速度，只改变运动方向，使空气质点向运动方向的右侧偏转。只改

9、变运动方向，使空气质点向运动方向的右侧偏转。 A的大小与风速和所在纬度正弦成正比。的大小与风速和所在纬度正弦成正比。 作用作用：改变空气质点的运动方向：改变空气质点的运动方向2、水平地转偏向力、水平地转偏向力A3、惯性离心力、惯性离心力C惯性离心力是物体在作曲线运动时所产生的惯性离心力是物体在作曲线运动时所产生的由运动轨迹的曲率中心沿曲率半径向外作用在物体上的力。由运动轨迹的曲率中心沿曲率半径向外作用在物体上的力。这个力是物体为保持沿惯性方向运动而产生的，因而称惯性这个力是物体为保持沿惯性方向运动而产生的，因而称惯性离心力。离心力。 产生条件产生条件 当空气作曲线运动时产生的当空气作曲线运动时

10、产生的 特点：特点： 大小大小 方向方向 由运动轨迹的曲率中心，沿曲率半径指向外侧由运动轨迹的曲率中心，沿曲率半径指向外侧rVC24、摩擦力、摩擦力 R摩擦力摩擦力内摩擦力内摩擦力外摩擦力外摩擦力特点特点方向方向 永远与空气质点运动方向相反永远与空气质点运动方向相反使空气质点的运动速度减小使空气质点的运动速度减小 水平气压梯度力水平气压梯度力 水平地转偏向力水平地转偏向力 惯性离心力惯性离心力 摩擦力摩擦力 这四个力对空气运动的影响是不一样的。通这四个力对空气运动的影响是不一样的。通常常G是使空气产生运动的直接动力，是最基是使空气产生运动的直接动力，是最基本的力；低纬地区不考虑本的力；低纬地区

11、不考虑A，直线运动不考，直线运动不考虑虑C，12公里以上，摩擦力公里以上，摩擦力R影响可以忽略影响可以忽略不计。不计。 小结：小结：产生的原因产生的原因作用作用特点特点自由大气：自由大气： 指距离地面指距离地面12km 以上的大气层以上的大气层种类：种类： 地转风和梯度风地转风和梯度风（二）、自由大气中的风（二）、自由大气中的风1-2km 定义：定义：自由大气中，在自由大气中，在平直等压线的气压平直等压线的气压场中，那么空气场中，那么空气只在水平气压梯度力和水平地转偏向力作用下运动。当这只在水平气压梯度力和水平地转偏向力作用下运动。当这两个力处于平衡时两个力处于平衡时(大小相等，方向相反大小相

12、等，方向相反)，空气就沿着等，空气就沿着等压线作匀速直线运动，这种风称为地转风压线作匀速直线运动，这种风称为地转风 产生的条件：产生的条件： 在自由大气平直等压线气压场中产生的在自由大气平直等压线气压场中产生的 空气质点所受的力：空气质点所受的力： 水平气压梯度力水平气压梯度力 水平地转偏向力水平地转偏向力 形成过程形成过程1、地转风、地转风sin2 VA 当水平地转偏向力增大到与水平气压梯度力大小相等方向当水平地转偏向力增大到与水平气压梯度力大小相等方向相反时，空气就沿着与等压线平行的方向作匀速直线运动，相反时，空气就沿着与等压线平行的方向作匀速直线运动，这就形成了地转风。这就形成了地转风。

13、北半球北半球 地转风的风向和气压场的关系遵循白贝罗风压定地转风的风向和气压场的关系遵循白贝罗风压定律：律： 背风而立，高压在右，低压在左（北半球）背风而立，高压在右，低压在左（北半球） 1、地转风、地转风 定义：定义：在自由大气中，空气作曲线运动时，除在自由大气中，空气作曲线运动时，除了受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用了受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用外，还受惯性离心力的作用，这三个力达到平外，还受惯性离心力的作用，这三个力达到平衡时的风，称为梯度风衡时的风，称为梯度风 产生的条件：产生的条件： 在自由大气弯曲等压线气压场中产生的在自由大气弯曲等压线气压场中产生的 空气质点所受的力

14、：空气质点所受的力： 水平气压梯度力水平气压梯度力 水平地转偏向力水平地转偏向力 惯性离心力惯性离心力 形成过程形成过程 风向与气压场的关系风向与气压场的关系2、梯度风、梯度风低压低压CGAV高高AVG CV摩擦层摩擦层 距离地面距离地面12km以下的大气层以下的大气层摩擦层中空气质点受到摩擦力的作用。摩擦层中空气质点受到摩擦力的作用。 使得空气质点的运动方向不再与等压线平行使得空气质点的运动方向不再与等压线平行 而是斜穿等压线并且指向低压方向而是斜穿等压线并且指向低压方向 （三）、摩擦层中的风（三）、摩擦层中的风 风速减小：中纬度地区陆地上风速减小：中纬度地区陆地上5565%，海洋上，海洋上

15、3040%风向与等压线的交角：在陆地上约为风向与等压线的交角：在陆地上约为2535,海海洋上约为洋上约为1020 2.在曲线等压线的气压场中：则受四个力作用在曲线等压线的气压场中：则受四个力作用G，A，C，R 在低压中心（气旋）中，气流斜穿等压线逆时针向中心辐合；在低压中心（气旋）中，气流斜穿等压线逆时针向中心辐合； 在高压中心（反气旋）中，气流斜穿等压线顺时针向外辐散。在高压中心（反气旋）中，气流斜穿等压线顺时针向外辐散。 低气压：风沿等压线逆时针方向吹，称气旋。低气压：风沿等压线逆时针方向吹，称气旋。空气在气旋中绝热上升冷却，形成云或者降水。空气在气旋中绝热上升冷却，形成云或者降水。气旋和

16、气压下降常伴随风暴和降水气旋和气压下降常伴随风暴和降水 高气压：风沿等压线按顺时针方向吹，称反气高气压：风沿等压线按顺时针方向吹，称反气旋。反气旋风向是顺时针旋转的。空气从反气旋。反气旋风向是顺时针旋转的。空气从反气旋中心向外扩散，冷空气从高处向下运动绝热旋中心向外扩散，冷空气从高处向下运动绝热增温，下沉空气将使天气变得干燥、晴朗增温，下沉空气将使天气变得干燥、晴朗气旋和反气旋及其天气学意义气旋和反气旋及其天气学意义高、低压中的空气运动高、低压中的空气运动 低气压低气压高气压高气压第四节第四节 大气环流大气环流 定义：定义： 地球上各种规模的空气运动的综合表现，地球上各种规模的空气运动的综合表

17、现， 由各种相互关联的气流（水平方向、垂直方由各种相互关联的气流（水平方向、垂直方向、地面和高空）所构成的一个复杂整体。向、地面和高空）所构成的一个复杂整体。 大气环流构成全球大气运行的基本形势，它大气环流构成全球大气运行的基本形势，它是全球气候特征和大范围天气形势的原动力。是全球气候特征和大范围天气形势的原动力。 大气环流大气环流v太阳辐射构成的赤道与极地之间的温度差太阳辐射构成的赤道与极地之间的温度差异异v由地球自转造成的对流运动的偏转作用由地球自转造成的对流运动的偏转作用v地球表面海陆分布和地形条件的影响地球表面海陆分布和地形条件的影响大气环流形成的基本因子大气环流形成的基本因子（一）、

18、单圈环流（一）、单圈环流地球不动地球不动地表分布均匀地表分布均匀太阳直射赤道太阳直射赤道形成条件形成条件形成条件形成条件: 地球自转地球自转 地表分布均匀地表分布均匀 太阳直射赤道太阳直射赤道（二）、三圈环流（二）、三圈环流 在三圈环流形成的过程中，形成了四个气压在三圈环流形成的过程中，形成了四个气压带和三个风带：带和三个风带： 行星风带：行星风带： 把全球范围内成纬向带状分布的气压带和风把全球范围内成纬向带状分布的气压带和风带带气压带气压带赤道低压带赤道低压带副热带高压带副热带高压带副极地低压带副极地低压带极地高压带极地高压带风带风带极地东风带极地东风带西风带西风带东北信风带东北信风带定义：

19、定义： 由于海陆热力差异的原因，把完整的纬由于海陆热力差异的原因，把完整的纬向带状分布的气压带，切割成范围很大向带状分布的气压带，切割成范围很大的、闭合的的、闭合的高压中心和低压中心高压中心和低压中心，它们，它们主宰着大气的活动和水热的交换，对天主宰着大气的活动和水热的交换，对天气变化和气候特性有重大的影响。气变化和气候特性有重大的影响。大气活动中心大气活动中心 形成原因：形成原因： 由于海陆分布和地形条件的差异由于海陆分布和地形条件的差异大气活动中心大气活动中心对于下对于下垫面垫面暖的下垫面暖的下垫面 易产生易产生 低压低压冷的下垫面冷的下垫面 易产生易产生 高压高压 对于副热带高压对于副热

20、带高压 大气活动中心大气活动中心当无海陆差异时当无海陆差异时是一个连续的高压带是一个连续的高压带当有海陆差异时当有海陆差异时夏季夏季海洋海洋 陆地陆地高压高压低压低压冬季冬季海洋海洋陆地陆地低压低压高压高压对我国影响较大的高低压中心对我国影响较大的高低压中心夏季夏季低压在陆地低压在陆地 中心在印度中心在印度 印度低压印度低压高压在海洋高压在海洋 中心在夏威夷中心在夏威夷 夏威夷夏威夷高压高压冬季冬季陆地为高压陆地为高压 中心在蒙古中心在蒙古 蒙古高压蒙古高压海洋为低压海洋为低压 中心在阿留申中心在阿留申 阿留阿留申低压申低压1、季风、季风大范围的低空盛行风，风向有显著改变大范围的低空盛行风，风

21、向有显著改变的现象，以年为周期的现象，以年为周期（三）、季风和地方性环流（三）、季风和地方性环流形成原因形成原因海陆热力差异产生海陆热力差异产生行星风带随季节移动而引起行星风带随季节移动而引起（1）海陆热力差异）海陆热力差异1、季风（季风形成的原因）、季风（季风形成的原因）夏季夏季陆地陆地热源热源低压低压海洋海洋冷源冷源高压高压冬季冬季热源热源冷源冷源海洋海洋低压低压陆地陆地高压高压（2）由行星风带随季节移动而引起）由行星风带随季节移动而引起1、季风（季风形成的原因）、季风（季风形成的原因）夏季，赤道低夏季，赤道低压北移，南半压北移，南半球的东南信风球的东南信风越过赤道形成越过赤道形成西南风西

22、南风夏季我国盛行的季风我国盛行的季风1、季风、季风冬季冬季受蒙古高压控制，盛行西北风受蒙古高压控制，盛行西北风夏季夏季受太平洋高压控制，受太平洋高压控制，盛行偏南风盛行偏南风 我国黄河流域以南，包括长江流域的大部分地区都处在副热带我国黄河流域以南，包括长江流域的大部分地区都处在副热带高压带即高压带即30N附近。附近。 地球上同纬度的其他地区是世界上最大沙漠所在地：撒哈拉大地球上同纬度的其他地区是世界上最大沙漠所在地：撒哈拉大沙漠、阿拉伯大沙漠、伊朗沙漠、阿富汗沙漠、印度西北部沙沙漠、阿拉伯大沙漠、伊朗沙漠、阿富汗沙漠、印度西北部沙漠等。漠等。 如果没有夏季风的影响，我国的江南鱼米之乡，气候将十

23、分干如果没有夏季风的影响，我国的江南鱼米之乡，气候将十分干燥，将变成一片不毛之地。燥，将变成一片不毛之地。 夏季风不仅使酷热干旱的气候变得暖湿多雨，而且每年入春后，夏季风不仅使酷热干旱的气候变得暖湿多雨，而且每年入春后，从海洋上吹来的潮湿气流还带给华南，华中，华北及东北南部从海洋上吹来的潮湿气流还带给华南，华中，华北及东北南部地区大量雨水，使这些地区成为一年两熟或三熟的祖国大粮仓。地区大量雨水，使这些地区成为一年两熟或三熟的祖国大粮仓。我国季风活动及影响我国季风活动及影响科学家认为，我国一年分成科学家认为，我国一年分成7个季节更恰当。个季节更恰当。） 初春初春3月初月初4月中，冬季风第一次明显减弱，夏季风月中，冬季风第一次明显减弱，夏季风开始在华南出现。开始在华南出现。）暮春）暮春4月中月中6月中，冬季风再度减弱，华南雨季开始，月中，冬季风再度减弱，华南雨季开始，华中开始受夏季风影响，雨量增多。华中开始受夏季风影响，雨量增多。）初夏）初夏6月中旬月中旬7月中，华南夏季风极盛，降水量略减月中，华南夏季风极盛，降水量略减少，东南丘陵地，南岭附近出现干季。少，东南丘陵地，南岭附近出现干季。4） 盛夏盛夏7月中月中9月初