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文档简介

第二章地球上的大气

第一节大气的组成和垂直分层

一、大气的组成

1.现代大气的组成及其主要作用

大气组成主要作用

氮气氮是地球上生物体的基本元素。

氧气氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质。

洁①绿色植物进行光合作用的基本原料;

二氧

化碳

气②吸收地面辐射的能力强,使气温升高。

①吸收紫外线,使大气增温;

臭氧

②减少到达地面的紫外线,对生物具有保护作用。

水汽成云致雨的必要条件;影响地面和大气的温度。

杂质作为凝结核,是成云致雨的必要条件。

紫外线:紫外线是在自然界中由于太阳辐射产生的,光谱波长为180到400纳米。根据产生的生物效应不同,分

为短波紫外线、中波紫外线和长波紫外线三种波段。

臭氧(OU)又称为超氧,是氧气(OL)的同素异形体,在常温下,它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。臭氧主

要分布在10~50km高度的平流层大气中,极大值在20~30km高度之间。

凝结核:物质由气态转化为液态或固态的凝结过程中,或由液态转化为固态的凝结过程中,起凝结核心作用的颗

粒。

2.人类活动对大气的影响:人类活动排放的污染物进入大气,会影响大气的成分和含量,产生大气

污染,对生态系统和人类生存造成不利影响。

3.大气含氧量减少对人体产生的影响:适当的缺氧环境利于激发运动员的运动潜力,但含氧量太低

会危害人体健康甚至危及生命。

成分时空变化特点

水平方向:海洋上空》陆地上空;湿润地区上

空〉干旱地区上空

水汽

垂直方向:海拔越高,水汽含量越少;

空间上:陆地大于海洋;城市大于乡村;低二、大气的垂直分层

空大于高空;1.大气的垂直分层:根据温度、密

固体杂质

度及运动状况,大气自下而上可以

时间上:冬春季节大于夏秋季节划分为对流层、平流层和高层大气。

2.大气各垂直分层的特点及与人

空间上:城市大于乡村;低空大于高空;

C02类的关系

时间上:冬春季节大于夏秋季节

垂直范围特点原因

①气温随海拔升高而降低(在对地面(或地面辐射)是对流层大气增

流层的顶部气温可降至-50--温的主要的直接热源(海拔越高,离

60℃),且一般情况下,海拔每地面这个热源越远,气温越低)

升高100m气温下降约0.6℃(气

从近地面(或下温垂直递减率为0.6℃/100m)

对垫面一一与大该层大气上部气温低,空气冷却下

气层底部接触②对流运动显著沉;下部气温高,空气受热上升(且

流的地球表面)至垂直温差越大或下部气温越高,对流

高空平均12千越显著)

层米③天气复杂多变,多云雾雨雪等对流显著,水汽易上升遇冷凝结,且

多水汽和杂质(凝结核)

④密度较大(集中了大气质量的位于大气圈的最下部

3/4和几乎全部的水汽和杂质)

⑤厚度不均(a.纬度:低纬对流纬度、季节、海拔的差异,导致气温

层均厚1718km,中纬均厚高低不同,对流强弱不同,对流范围

1012km,高纬均厚89km;b.季节:(对流层厚度)不同(近地面气温越

夏季对流层较厚,冬季较薄;C.高,对流越显著,对流范围越大,对

地势:地势高,对流层薄)流层越厚)

从对流层顶部①气温随海拔升高而升高(在平平流层中的臭氧层(约高空2030km

平(高空平均12流层的顶部气温可升至0℃左处)大量吸收紫外线辐射而增温,成

千米)至高空平右)为该层大气增温的主要的直接热源

流均50千米该层该层大气上部气温高,空气受热上

②气流较平稳,以水平运利于升;下部气温低,空气冷却下沉。对

层动为主飞机流弱,空气以水平运动为主

③多晴朗天气,透明度好飞行对流不显著,水汽不易上升遇冷凝

结,且水汽和杂质少

从平流层顶部①气温随海拔升高而先降低后升该层大气下部增温以臭氧层为主热

(高空平均50高源;上部以太阳辐射为主热源

千米)至大气层②密度很小,气压很低位于大气圈的最上层

上界(高空平均

2000—3000千③存在电离层(高空约80500km处),可反射地面无线电短波,帮助通

米讯

三、逆温

1.逆温:对流层气温一般随着高度增加而递减,海拔每升高1000米,气温下降6℃。但在一定条件

下,也会出现海拔上升,气温升高或海拔上升1000米,气温下降幅度小于6℃的现象,这两种情况

都称为逆温。

2.逆温的形成与消失过程

3.逆温的类型

类型图片发生的条件和过程出现的地区

在晴朗无风或少云的夜晚,地面很快冷却,中高纬度地

辐射贴近地面的大气层也随之降温。离地面约区,黎明前最

逆温曾彳警於近降温越快,离地面越远降温越慢,因而强

0七,

形成了自地面开始的逆温

--------------------------------(»r当暖空气运动到冷的地面上空时,暖空气中高纬沿海地

暖空气

平流--------------------------------5t?与冷地面之间不断进行热量交换,暖空气区

.5^—!------------lot

逆温下层受冷地面影响大,气温降低较快,上

平澈底海

逆阻星气m下降二%层降温较慢,从而形成逆温

锋面是冷暖气团之间狭窄的过渡带,暖气冷暖气团之间

锋面团位于锋面上部,冷气团在下部,会形成的过渡带

逆温逆温

由于夜晚山坡散温快,山坡上的冷空气沿山地、盆地和

地形山坡下沉到谷底,谷底比较暖的空气被冷谷地

逆温空气抬升,从而出现温度的倒置现象,即

W地形逆温

4.逆温现象的影响

不利影响:

(1)出现多雾、阴雨和冻雨天气,早上多雾天气大多与逆温有着密切的关系,大雾使大气能见度降

低,给人们的出行带来不便,甚至引起交通事故;

(2)加剧大气污染,由于逆温现象存在,空气垂直对流受阻,会造成近地面污染物不能及时扩散,

从而危害人体健康;

(3)逆温出现在低空,导致多雾、阴雨和冻雨天气会影响飞机的正常起降。

有利影响:

(1)抑制沙尘暴的发生,沙尘暴发生的条件是大风、沙尘、强对流天气,逆温不利于沙尘扬起;

(2)逆温出现在高空对飞行极为有利,逆温层类似平流层,空气稳定,万里晴空提高了能见度,使

飞行更加安全;

(3)逆温现象是一种气象资源利用,主要是在一些山坡或河谷地区。例如,在我国新疆伊犁河谷,逆温

从10月持续至次年3月,长达半年之久,有效提高了谷地在冬季的温度,多年生果树越冬可以避免冻害;

在这发展暖式蔬菜大棚,可减少保温材料的投入;逆温层坡地为当地的牲畜提供了理想的越冬场所。

雾在水汽充足、微风及大气层稳定的情况下,相对湿度达到100%时,空气中的水汽便会凝结成细

微的水滴悬浮于空中,使地面水平的能见度下降,这种天气现象称为雾。雾的出

现以春季二至四月间较多。

雾形成的条件:一是冷却,二是加湿,增加水汽含量。

雾的种类有辐射雾、平流雾、混合雾、蒸发雾、烟雾。

沙尘暴:是沙暴和尘暴两者兼有的总称,是指强风把地面大量沙尘物质吹起并卷入空中,使空气特

别混浊,水平能见度小于一千米的严重风沙天气现象。

沙尘暴的形成条件:

①地面上的沙尘物质。它是形成沙尘暴的物质基础。

②有大风。这是沙尘暴形成的动力基础,也是沙尘暴能够长距离输送的动力

保证。

③不稳定的空气状态。这是重要的局地热力条件。沙尘暴多发生于午后傍晚说明了局地热力条件的重

要性。

第二节大气受热过程和大气运动

一、大气的受热过程:

1.大气的热源

(1)太阳辐射是地球大气最重要的能量来源。

(2)地面长波辐射是近地面大气主要的、直接的热源。

2.大气对太阳辐射的削弱作用

表现形式参与作用的大气成分常见的自然现象

选择性吸收水汽、二氧化碳(对流层);平流层中的臭氧能吸收紫外线,对地

臭氧(平流层);氧原子(高层大气)球生物具有保护作用

散射空气分子、尘埃等晴朗的天空呈蔚蓝色(在太阳辐射的

可见光中,蓝、紫光波长短,容易被

空气分子散射)

反射云层和较大颗粒的尘埃夏季多云的白天,气温不太高

大气吸收作用.是指太阳辐射穿过大气时受到多种大气成分的吸收,从而导致辐射能量的衰减。臭

氧、二氧化碳和水汽是三种最主要的吸收太阳辐射能量的大气成分。

大气散射作用.电磁波同大气分子或气溶胶等发生相互作用,使入射能量以一定规律在各方向重新

分布的现象。大气散射作用削弱了太阳的直接辐射,同时又使地面除接收到经过大气削弱的太阳直接

辐射外,还接收到来自大气的散射辐射,大大增加了大气辐射问题的复杂性。

大气反射作用:太阳辐射穿过大气时,被大气中的云层和较大尘埃将其一部分反射到宇宙空间去,

从而削弱到达地面的太阳辐射,这称为大气反射。大气中的反射对各种波长没有选择性,反射光呈白

色。

大气对太阳辐射的削弱作用用式(1)—大气直接吸收大气对太阳辐射的削弱作用形式(2)—大气反射3

大气对太阳幅射的吸收作用大气对太阳辐射的反射作用

各种波长的太阳辐射大

①从臭氧、二氧化碳

和水汽的吸收作用可V//参与的大气成分:云层、较大尘埃气

知大气对太阳辐射的

吸收具有什么特性?

人吸收波长小CZi特点:现择性的

(选择性)

I175um大气对太阳辐射的削弱作用形式(3)—大气散射

依射阳醐糠射作用受

的紫外光②为什么说大气直接

吸收的太阳辐射能量参与的大气成分:执

是很少的?

臭氧大量吸t/L空气分子、微小尘埃;

收紫外光(大气对太阳辐射2.较大尘埃、雾粒、小水滴过

中能量最强的可见—>特点:

二氧化碳、水光吸收得很少,大L空气分子主要散射蓝紫光,具有选择性;程

汽吸收红外光

部分可见光能够透2.较大尘埃、雾粒等可散射各种波长太阳.

过大气到地面)辐射,具有无选择性大

气的受热过程实质上就是一个热量的传输过程,该传输过程可以划分成三个环节。

(-)受热过程

1.“太阳暖大地”:到达地球的太阳辐射,只有小部分被大气直接吸收、反射、散射,大部分射向地

面,被地面吸收,使地面增温。

2.“大地暖大气”:地面升温后,又以地面辐射的形式释放热量,除少数射向宇宙空间,绝大部分的

地面辐射被大气吸收,使大气增温。

3.“大气还大地”:大气增温后,以大气辐射的形式释放热量,除少数射向宇宙空间,绝大部分的大

气辐射又以大气逆辐射的形式射向地面,补偿大地热量的损失,对地面起到保温作用。

(二)三种辐射

波长类型与大气关系作用

太阳辐射短波辐射大气直接吸收的少(大部分被地面吸收)加热地面

地面辐射长波辐射大部分被大气吸收(大部分被大气吸收)是大气增

温的主要、直接热源

大气辐射(包括长波辐射(且一般大部分返还地面(大部分返还地面)补偿地面的

大气逆辐射)比地面辐射长)热量损失,对地面保温

(四)运用大气孑机力作用解释大气物理现象

1.为什么温室气体(如C02、CH4、H20等)大量排放,全球变暖(温室效应增强)?

温室气体增多,使大气对地面辐射的吸收增多,导致大气逆辐射作用(对地面的保温作用)也增

强。

2.树荫下、房间中、日出前的黎明、日落后的黄昏,以及阴天,无阳光直接照射,天空为什么仍明亮?

大气对太阳辐射的散射作用,改变了阳光的路径,使得部分阳光进入。

3.为什么阴天,白天气温比晴天低,夜间气温又比晴天高,昼夜温差小?

白天云层对太阳辐射反射(或削弱)作用强;夜间云层可以增强大气逆辐射(或对地面保温)作

用。

4.为什么赤道地区终年正午太阳高度较大,但它并不是全球太阳辐射强度最大的地区?

赤道地区炎热,空气对流旺盛,多云雨,云量多,大气对太阳辐射的反射作用强(而副热带地区,

因常年受副高控制,盛行下沉气流,降水少,加之纬度较低,反而太阳辐射更强)

5.为什么晴朗的正午天空呈蓝色?

空气分子散射(晴天,水汽少,大气对太阳辐射的散射作用以空气分子对波长较短的蓝紫光散射

为主;空气分子使蓝紫光散射,散开到整个天空)。

6.为什么阴天的天空呈灰白色?

无选择散射(阴天,空气中的小水滴多,小水滴可以散射各种波长的太阳光)。

7.在晚秋和寒冬,为什么霜冻多出现在晴朗的夜晚?或者有“十雾九晴”之说?

晴朗夜晚,云量少,大气逆辐射作用弱,地面热量散失多,气温低,空气中的水汽易凝结成雾或

霜。

8.在寒冬,为什么人造烟幕能起到防御霜冻的作用?

人造烟幕能增强大气逆辐射,加强对地面的保温作用。

9.为什么青藏高原和西北地区白天太阳辐射强,夜晚气温低,昼夜温差大?

青藏高原地势高,大气稀薄,西北地区气候干旱,晴天多,它们都是白天大气对太阳辐射的削弱

作用弱,夜晚大气逆辐射作用(对地面保温)作用弱。

10.为什么交通信号灯用红灯警示“停”?

红光(波长较长)不易被空气分子散射,所以红光醒目(容易引人注意)。

11.为什么旭日朝霞,夕阳晚霞是红彤彤的?或者为什么“日出江花红胜火”?

日出、日落前后,太阳高度角小,阳光经过的大气路径比较长,蓝紫光更易被空气分子散射,而

红橙光不易被散射,得以保留。

12.采用塑料大棚发展农业或玻璃温室育苗有何道理?

增强大气保温作用(塑料薄膜、玻璃和二氧化碳具有相同的功能,能让太阳短波辐射投射进入,

而地面长波辐射却不能穿透塑料薄膜或玻璃,从而将热量保留在塑料大棚或玻璃温室里)。

13.夏季人们常用黑色尼龙网搭凉棚,什么原理?

黑色尼龙网(遮蔽)削弱到达地面的太阳辐射(黑色尼龙网大量吸收太阳辐射,并把部分热量散

失到尼龙网的上方,使得到达尼龙网下方的太阳辐射减少,近地面气温较低)。

14.果园里铺沙或鹅卵石,什么原理?

淄必果园里铺沙或鹅卵石不但能减少土壤水分蒸发,还能增加气与

昼夜温差(白天,增强地面对太阳辐射的吸收,夜晚,加快地面热量散失),有利于水果糖分的积累。

(五)影响地面对太阳辐射吸收的因素

1.纬度和季节因素:

纬度和季节不同,正午太阳高度和白昼长短不同,进而影响地面对太阳辐射的吸收。如:纬度低,太

阳高度大,太阳辐射经过的大气路程短,大气对太阳辐射削弱少,且光能集中;纬度高,夏季白昼时

间长,地面吸收太阳辐射时间长;夏季,太阳高度大,太阳辐射经过的大气路程短,大气对太阳辐射

削弱少,且白昼长,地面吸收太阳辐射时间长。

(1)正午太阳高度:太阳高度大,太阳辐射经过的大气路程短,大气对太阳辐射削弱少,到达地面

的太阳辐射多。

(2)昼长:白昼长,地面吸收太阳辐射时间长。

2.地形因素:

(1)地势(海拔)因素:海拔高,空气稀薄,大气对太阳辐射的削弱作用比较弱,到达地面的太阳

辐射强。

(2)坡向:

a.阳坡和阴坡:阳坡地面得到的太阳辐射多于阴坡。

b.迎风坡和背风坡:背风坡,降水少,晴天多,云量少,地面得到的太阳辐射多。

到达地面的太阳辐射强。

4.地面性质(地面反射率)因素:

(1)陆地和水面:陆地地面对太阳辐射的反射率高于海洋,对太阳辐射吸收率低于海洋。

(2)土壤:颜色越浅的土壤对太阳辐射反射率越高,对太阳辐射吸收率越低。

(3)冰雪:冰雪地面对太阳辐射反射率高,吸收的太阳辐射少。

(4)植被:植被覆盖率高,遮挡地面面积大,地面吸收的太阳辐射少。

三、大气热力环流

大气运动的形式:垂直运动和水平运动。垂直运动表现为气流上升或气流下沉,水平运动即是通常所

说的风。

定义:大气运动的根本原因是地面冷热不均,由于地面冷热不均而形成的空气环流,称为大气热力环

流。

过程:同一水平地面出现冷热差异一一热空气膨胀上升,冷空气收缩下沉一一同一水平面出现高低气

压差异一一水平面上,气流从高压流向低压,产生大气的水平运动。

2.热力环流的形成原理:

3.几种常见的热力环流

(1)城市热岛环流

①形成过程:由于城区建筑密集,多硬化地面,

吸收太阳辐射多;加之人口密集,产业发达,生

产、生活过程中人为热源多,故城区气温较郊区

高。所以,城区气流膨胀上升,形成低压;而郊

郊区城区郊区

区气温相对低,形成高压,在近地面,风由郊区

吹向城区。

知识拓展:城市的五岛效应

城市热岛效应:

指的是城市中心比郊区温度高的现象。城市热岛效应是因城市大量的人工发热、建筑物和道路等高

蓄热体及绿地减少等因素,造成城市“高温化”。

城市雨岛效应:

雨岛效应,城市中林立的高楼大厦比喻为“钢筋水泥的森林”。而随着“森林”密度不断地增加,尤

其一到盛夏,建筑物空调、汽车尾气更加重了热量的超常排放,使城市上空形成热气流,热气流越积

越厚,最终导致降水形成。

城市湿岛效应:

指某个时间段,城市空气湿度大于周围地区的现象,包括''凝露湿岛、雨天湿岛、雾天湿岛、结霜湿

岛和雪天湿岛”等。

城市干岛效应:

由于城市的主体为连片的钢筋水泥筑就的不透水下垫面,城市近地面的空气就难以像其他自然区域一

样,从土壤和植被的蒸发中获得持续的水分补给。这样,城市空气中的水分偏少,湿度较低,形成孤

立于周围地区的“干岛”。

城市浑浊岛效应:

由于城市大气中的污染物比郊区多,凝结核也多,低空的各类湍流又比较强,因此造成城市接受到的

太阳辐射被削弱,日照时数减少,能见度小于郊区的现象。

(2)海陆热力环流

①形成过程

a.白天陆地升温快,气温高,气流上升,近地

面形成低压;而海洋相反,形成高压;吹海风。

b.夜晚陆地降温快,气温低,气流下沉,近地面形成高压;而海洋相反,形成低压;吹陆风。

(3)山谷热力环流

①形成过程

a.白天山坡升温快,空气受热膨胀上升,谷底的空气沿山坡爬升补充,形成谷风。

b.夜晚山坡降温快,空气收缩下沉,并沿山坡向下流动,形成山风。

4.在判断局地热力环流时,可按照以下步骤进行:

(1)先理解和掌握以下几个规律

①一般情况下,白天主要表现为升温,夜晚主要表现为降温,故白天主要考虑升温,夜晚主要考虑降

温。

②陆地、沙漠等由于比热容小,故升温、降温都较快;而海洋、湖泊、绿洲等由于比热容大,故升温、

降温都较慢。

③升温较快的气流上升,降温较快的气流下沉。

④气流上升的地方,近地面为低压,高空为高压;气流下沉的地方,近地面为高压,高空为低压。

(2)抓住各地理事物之间的关系,采用连续的思维过程分析解决问题

①白天:主要表现为升温过程。陆地、山坡、沙漠等升温较快,气流上升,近地面为低压;海洋、湖

泊、谷底、绿洲等升温较慢,气流下沉,近地面为高压,由于风由高压吹向低压,故此时吹海风、湖

风、谷风、绿洲风。

②夜晚:主要表现为降温过程,陆地、山坡、沙漠等降温较快,气流下沉,近地面为高压;海洋、湖

泊、谷底、绿洲等降温较慢,气流上升,近地面为低压,由于风由高压吹向低压,故此时吹陆风、山

风、沙漠风。

(3)无论是白天还是夜晚,城区的温度总是高于郊区,故城市热岛环流不会有昼夜的变化,近地面

的风总是由郊区吹向城区。

5.局地热力环流的影响

(1)对气温的影响:由于风总是由高压吹向低压,而高压往往是气温低的地方,故局地热力环流会

使得地区间的温差减小。

(2)对降水的影响:气流上升,水汽遇冷凝结,容易形成阴雨天气;气流下沉,水汽不易凝结,容

易形成晴朗天气。

①山谷热力环流:白天山坡气流上升,水汽容易遇冷凝结,故容易形成阴雨天气;夜晚谷底(盆地)

气流上升,水汽容易遇冷凝结,故容易形成阴雨天气。这就是四川盆地多夜雨的原因。

②城市热岛环流:城区总是气温较高,盛行上升气流,故多阴雨天气。所以,城区的降水往往比郊区

多。

(3)对城市规划和地理环境的影响:郊区与城区之间总是吹郊区风,故在城区与郊区之间不能建对

大气有严重污染的工厂(注意:对大气有严重污染的工厂应建在城市热岛环流之外),但适合建绿地,

因为绿地可以净化即将进入城区的空气,同时还可以增加城区的大气湿度,使城区气温日较差减小。

♦等压面图的判读技巧

1.判断气压高低:甲、乙两地的高低空等压面图,可根据“等压面弯曲状况”判断气压高低

大气密度随高度的增加而降低,不同高度的大售所布箱空气柱高度不同,从而导致在垂直方向

高、D

上随着高度增加而气压率断降低,潸图中气压A>公1、Bi>B、C>Ci、Di>D,而由于A】=Bi、

g=Di,故可以得知图中KR、靠。四点的气压天小排序为A>B>C>D。由此可以从图中得出

以下结论:蓼/等高面

①近地面和高空都呈现出等压面向由凸起的地方气座偏高,向下凹陷的地方气压偏低(即“凸起为高,

凸下为低”,也就是“高高低低”)的规律。

②高空的气压高低与近地面的相反(即“高低低高”规律)。

2.判断气温高低

热力环流中近地面的气压高低取决于气温的高低,故可以由气压的高低判断出气温的高低,反之

亦然:由于空气“热胀冷缩”,图中甲处近地面气压较高,说明气温较低;乙处近地面气压较低,说

明气温较高(即“高低低高”规律)。

3.判断天气状况

气流的垂直运动状况能够反映出天气状况,故也可以通过气压的高低判断出天气状况。图中甲处

近地面为高压,说明气流下沉,天气晴朗,昼夜温差较大;乙处近地面为低压,说明气流上升,多阴

雨天气,昼夜温差较小。由此可以总结出近地面气温、气压、天气状况和昼夜温差之间的内在关系:

(1)近地面气温高+气流上升(近地面为低压)-阴雨天气-昼夜温差小。

(2)近地面气温低一气流下沉(近地面为高压)一晴朗天气-昼夜温差大。

四、大气的水平运动—风

1.风的形成过程

风形成的直接原因:水平气压梯度力是形成风的直接原因。在水平气压梯度力的作用下,大气由

高气压区向低气压区作水平运动,形成了风。

在同一水平面上气压相等的各点连线,叫等压线。只要水平面上存在着气压梯度,就产生了促使

大气由高气压区流向低气压区的力,这个力称为水平气压梯度力。

2.影响大气水平运动(风)的三种力

作用力水平气压梯度力地转偏向力摩擦力

方向垂直于等压线,由高压指向低压与风向垂直与风向

大小由气压梯度决定与纬度高低有关与下垫面状况有关

影响既影响风速,又影响风向改变风向,不改变风速影响风速,又影响风向

3.不同高度的风的受力状况和风向

作用力风的受力及风向(北半球)

风的类型

名称方向受力分析风向

水平气压梯度力垂直于等压线,受二力(水平气压梯风向平行于等压线

高空风由高压指向低压度力和地转偏向力)作用

地转偏向力垂直于风向

水平气压梯度力垂直于等压线,受三力(水平气压梯度风向斜穿等压线,由高

由高压指向低压力、地转偏向力和摩擦压吹向低压

近地面风

地转偏向力垂直于风向力)作用

摩擦力与风向相反

4.风的影响

五.等压线图中风向的判断方法

第一步:在等压线图中,垂直于等压线且由高压指向低压画出虚线箭头,表示水平气压梯度力的

方向。

第二步:沿着水平气压梯度力方向向右(北半球)或向左(南半球)偏转30°〜45。,画出实线箭

头,即为经过该点的风向。如下图所示(

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