第6章风-大气的水平运动

第六章风（Wind）

－大气的水平运动授课人：李杰1

一、风的表示和测量1．风的表示：风向：风的来向（360°或16个方位表示）风速单位：米/秒(m/s)，千米/小时(km/h)和海里小时(nauticalmile/h)也称为节(Knot)。它们之间的换算关系为：1m/s＝3.6km/h＝1.944kn；1km/h＝0.278m/s；1Kn＝0.514m/s＝1.852km/h。22．风的测量仪器探测:风向风速计、测风气球目力估计:风力等级表、风袋测量方法主要有仪器探测和目视估计两大类常用仪器有风向风速仪、测风气球、风袋(windsock)、多普勒测风雷达等，风向风速仪:是测量近地面风常用的仪器。风袋:为了便于飞行员观测跑道区的风向风速，可在跑道旁设置风袋，风袋飘动的方向可指示风向，风袋飘起的角度可指示风速(P50)。测风气球:高空风可用测风气球进行探测，多普勒测风雷达:在一些大型机场用来探测机场区域内一定高度风的分布情况，对飞机起降有很大帮助.3风的目视估计主要是按风力等级表进行的。4怎样读天气图上的风？图中风向杆上每一条短划线代表5Knot，每一条长划线代表10Knot，将风向标上所有划线的值加起来就是风速值的大小。右图给出了风向标上每种符号所代表的值的大小。在这里风速的单位为Knot（哩/小时），其换算关系为：

1Knot=1.15英里/小时

1Knot=1.9公里/小时5第二节地转风和梯度风1.水平气压梯度力。空气运动原动力2.水平地转偏向力（科里奥利力）高纬空气运动影响3.惯性离心力曲线运动4.摩擦力：摩擦层中6一、形成风的几个力1.水平气压梯度力（G

HorizontalPressure-gradientForce）大小：与水平气压梯度成正比方向：与水平气压梯度一致等压线越密，气压梯度力越大；形成风的原动力2.地转偏向力（A

DeflectionForceofEarthRotation）

大小：A=2Vωsinφ方向：垂直与物体的运动方向，在北半球指向右使运动方向偏右，在赤道为073.惯性离心力（C

IntertialCentrifugalForce）大小：C=mV2/r方向：与V垂直，由曲率中心指向外缘。一般较小，小于地转偏向力4.摩擦力（F）大小：F=-KV方向：与V相反8二、几种力平衡情况下的风水平气压梯度力（G）=地转偏向力（A）

地转风(Geostrophicwind)9地转风平行于等压线吹，在北半球观察者背风而立，高压在右，低压在左。而在南半球，观察者背风而立，高压在左，低压在右。这就是地转风方向与水平气压场之间的关系，即白贝罗(BuysBullot)风压定律。(P51)地转风的风速大小取决于水平气压梯度、空气密度及地转参数。若在同一地理纬度上，并空气密度一样时，水平面上的等压线越密集，地转风速就越大；若在同一地理纬度，并各高度上水平气压梯度相同时，由于密度的影响、地转风将会随高度的增高而加大。当水平气压梯度和密度不变时，纬度越高，地转风速越小。在赤道附近，由于地转偏向力很小，所以不存在产生地转风的条件。10风压定理的应用注意52页

1.根据气压场确定风场根据摩擦层中的风压定理。可以判断图中任一地方的风向和风速的相对大小，如A点处吹SSW风，与B点相比,风速相对较小。

2.根据风场确定气压场根据飞行时遇到的风的情况，可判断高、低压位置113.航线上风的判定

从图中根据自由大气中的风压定理、可判断航线上风的情况，如AB航段上基本为顺风飞行。12水平气压梯度力（G）＋地转偏向力（A）＋惯性离心力（C）＝0

梯度风(Gradientwind)13梯度风的大小与水平气压梯度、地理纬度、空气密度及空气运动的曲率半径有关。并具有以下“特点：1方向．在北半球，地转偏向力总是指向空气运动方向的右方。低压中的风是沿等压线逆时针方向吹。

高压中的风是沿等压线顺时针方向吹。南半球相反。2大小．当气压梯度力和地理纬度一定，并高低压具有同样的曲率半径时，高压中的梯度风比低压中的梯度风速大，同样纬度和气压梯度力的条件下的地转风速介于两者之间。3．在高压中水平气压梯度有一极限值。这说明高压附近附近不可能出现大的气压梯度，也就是说高压中心附近风速必是很小。而在低压中并不存在水平气压梯度的极限值，所以在低压中心附近风速可以达到很大。另外，在赤道地区，水平地转偏向力很小，可出现小范围的旋涡，因曲率半径很小，故惯性离心力可以很大，若不计水平地转偏向力的作用，水平气压梯度力和惯性离心力可达平衡，这时的风称为旋衡风，可以顺转也可以逆转，但中心必须是低压，例如龙卷风就具有这种性质。14三.自由大气中风随高度的变化热成风(ThermalWind)：由于水平温度梯度而引起的上下气层风的变化规则与地转风规则相似：热成风与平均温度线(或等厚度线)平行，背热成风而立，高温在右，低温在左。热成风大小与平均温度梯度和气层厚度成正比，而与地转参数和气层的平均绝对温度成反比。根据热成风原理，在北半球上空应吹偏西风，高度越高，风速越大。上升到一定高度后，就可能形成西风急流。

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地转风随高度逆转有冷平流地转风随高度顺转有暖平流16第三节摩擦层中的风摩擦力对空气水平运动的影响17风与气压场的关系背风而立，高压在右后方，低压在左后方风向与等压线的交角：地表性质，湍流交换强度，风速，纬度等有关低压是反时针辐合高压是顺时针辐散182.摩擦层中风随高度的变化在北半球，随高度增加，风速增大，风向右偏。南半球风向变化相反。193.摩擦层中风的日变化白天下层风速增大，风向向右偏转，

上层风的变化则相反。晚上下层风速减小、风向向左偏转，

上层风速增大，风向右偏。晴天>阴天夏季>冬季陆上>海洋204.摩擦层中风的阵性乱流涡旋随大范围基本气流一起运动引起，局地风向不断改变，风速时大时小的现象。近地面风速越大、地表越粗糙，地表性质差异越大。在近地面风的阵性就越强。最频繁，最显著，随高度增加，减弱。一日之中，风的阵性午后最明显；一年之中，夏季最明显。2122风的概括气压梯度力：空气运动原动力地转偏向力：高纬空气运动影响惯性离心力：曲线运动摩擦力：摩擦层中23第四节地方性风1.海陆风白天，陆地气温高于海面，低层空气将从海上吹向陆地，形成海风(SeaBreeze)晚上的情形与此相反，形成陆风(LandBreeze)242.山谷风白天，山坡气温高于山谷上同高度气温，低层风从谷地吹向山坡，形成谷风(Valleywind)。晚上则形成山风(mountainwind)。253.峡谷风风沿峡谷吹时风速增大在我国的台湾海峡、松辽平原等地，两侧都有山岭，地形像喇叭管。当气流直灌管口时，经常出现大风.264.焚风气流过山后沿着背风坡向下吹的热而干的风，叫做焚风。当气流越过山脉时，在迎风坡上气温按湿绝热直减率降低，并有大量水分降落。过山后沿背风坡下降，通常按干绝热直减率增温，所以到达背风坡山脚时，空气温度比在山前时高，湿度比在山前时小。

焚风成因示意圖：(a)无焚风，(b)有焚风(图片来源：Ahrens，p.262，Fig.10.29)2728四、风对飞行的影响（一）风对飞机起飞着陆的影响飞机起降时所能承受的最大风速，取决于机型和风与跑道的夹角逆风起降时所能承受的风速最大，正侧风起降时所能承受的风速最小。29二）风对飞机航行的影响顺风飞行会增大地速、缩短飞行时间、减少燃油消耗、增加航程；逆风飞行会减小地速、增加飞行时间、缩短航程；侧风会产生偏流。为了增大活动半径，节省燃料，在往返途中应尽量选择有顺风或顺侧风的高度飞行，这对低速飞机尤为重要。

3031小结：风对飞行的影响

（一）风对飞机起飞着陆的影响飞机起降时所能承受的最大风速，取决于机型和风与跑道的夹角逆风起降时所能承受的风速最大，正侧风起降时所能承受的风速最小。

（二）风对飞机航行的影响顺风飞行会增大地速、缩短飞行时间、减少燃油消耗、增加航程；逆风飞行会减小地速、增加飞行时间、缩短航程；侧风会产生偏流。为了增大活动半径，节省燃料，在往返途中应尽量选择有顺风或顺侧风的高度飞行，这对低速飞机尤为重要。

322.风对飞行航程的影响只要有风，其活动半径总比无风时小，而且当风向与航线平行时，飞机的活动半径最小，因为飞机飞过同样路径时，顺风飞行时间短，而逆风飞行时间长，在顺风飞行中节省的燃料，不足以弥补逆风飞行时多消耗的燃料。当风向角和空速不变时，风速增大，飞机活动半径减小；反之，风速减小，活动半径增大。当风向角和风速不变时，空速增大，活动半径增大，而且风速对不同空速的飞机的影响是不同的，高速飞行时受风的影响相对较小。在实际飞行中，为了增大活动半径，节省燃料，在往返途中应尽量选择有顺风或顺侧风的高度飞行，这对低速飞机尤为重要。333.最短时间航线的选择

沿最短时间航线可以节省的时间与飞行速度有关。空速小，时间节省得多一些。据计算，两点之间大圆(通过地球球心的圆)上的距离为6000km情况下，以空速370km/h沿最短时间航线飞行的平均续航时间是17小时48分，而沿大圆上的航线飞行的平均续航时间是20小时20分，前者比后者约缩短2小时30分，占沿大圆上的航线飞行时间的12％左右。对大速度飞机(800一1000km/h)来说，可节省的飞行时间较少，一般仅占沿大圆航线飞行时间的3％－5％，根据具体气象条件选择最佳航线，能节省燃料，缩短续航时间和更好地利用飞机飞行技术数据。34

在远程飞行，尤其是越洋航线飞行中，为了缩短飞行时间，节省燃料，要求选择最佳航线，即选择飞行时间最短的航线。在飞行速度一定的情况下，要把两点间的飞行时间缩短至最小，唯—的途径，是充分利用风的有利影响，增大地速。选择最佳航线的方法就是考虑风对航行的影响而求取应飞的航线35练习3031．气象上的风向是指A．风的去向；B．风的来向；C．气压梯度力的方向3032．机场上常用风向袋来估计风速，当风向袋吹平时，风速已达A．5～6米／秒；B．6～10米／秒；C．10～12米／秒3033．机场上吹东风时，飞机起飞着陆的最好方向应是A．由西向东；B．由东向西；C．由北向南3035．空气在运动时，是什么力阻止了空气直接从高压区流向低压区A．水平气压梯度力；B．地转偏向力；C．地面摩擦力3036．在赤道地区1000米高空，作水平直线运动的空气质点所受的水平作用力主要有A．水平气压梯度力和惯性离心力；B．水平气压梯度力和地转偏向力；C．水平气压梯度力和摩擦力36西北风可表示为：A135°或ＳＥB300°或ＮＷC315°或ＮＷD340°或ＷＮ

海上风与陆地风相比，主要区别是：

A海上风速大，风向与等压线交角大

B陆地上风速大，风向与等压线交角小

C陆地上风速大，风向与等压线交角大

D海上风速大，风向与等压线交角小

在北半球9000米高度，由低压区飞向高压区，则航线上吹：A右侧风

B左侧风 C逆风 D顺风 A

在北半球自由大气中，如果航线是左侧风，则高压区在航线的：

A右侧B左侧 C后方

D前方 C37地面风的阵性表现较明显的时间和季节分别是：A早晨，冬季B早晨，夏季C午后，冬季D午后，夏季

地面风的阵性表现较明显的地区特点是：A地表粗糙，性质差异大

B地表平坦，性质差异小C地表粗糙，性质差异小D地表平坦，性质差异大

海风和山风分别出现在：

A白天，晚上

B晚上，白天C白天，白天D晚上，晚上

自由大气中风随高度变化的主要原因是：

A气温的水平差异

B气温随高度的变化

C气压的水平差异 D气压随高度的变化

对流层自由大气中，高度增加，风的一般变化规律是：A风向趋近于东风，风速增大B风向趋近于西风，风速减小C风向趋近于东风，风速减小D风向趋近于西风，风速增大38“感觉温度”，空气流动（风），空气湿度对感觉温度的影响。如果湿度大、风速小，感觉温度就会大大高于实际气温。在夏季，当气温在35℃以上时，如果湿度在70％以上，风力在1级以下，就一定要做好防暑降温工作，避免中暑现象的发生。冬春季节，温度即使在5℃以上，但有3级以上的偏北风，外出时就必须注意保暖，以防直接引起包括感冒在内的上呼吸道疾病。39风在感觉温度中的作用主要有两点：一是增强人体的对流换热，二是加快空气蒸发，从而影响人体排汗的散热效率。这两点影响又由于气温高于或低于皮肤温度，而有所不同。当气温高于皮肤温度时，风的作用一方面由于对流换热而施热于人体，另一方面却增强了蒸发，提高了人体散热效率，所以在夏季，当有热风吹来时，人体感到干热的同时，也有一种清爽的感觉。反之，当冬季气温低于皮肤温度时，风的作用使对流换热加快，散热效率也提高，所以同是零度气温，有风时人会感到很冷（感觉温度较低），无风时则不是太冷（感觉温度较高）。湿度对感觉温度的影响，主要是它决定着排汗的散热效率。在舒适温度以下时，湿度的影响不是太明显，但在气温偏高时，随着温度的升高，湿度的影响越来越大。例如，当气温为26℃、空气相对湿度为90％时，人体的感觉温度就