农业气象学：第5章 气压与空气运动

第5章

气压与空气运动5.1、

气压5.2、风的形成5.3、大气环流5.4、近地面层空气的湍流运动5.5、风于农业生产5.1、气压5.1.1气压及其单位大气受地球引力场作用而具有重量，地球表面单位面积上所承受的大气柱的重量称为大气压强

单位：帕斯卡（Pa）或百帕（hPa），1N·m-2=1PaP=hgρ

标准大气压P0：气温0℃，45°NS的海平面上，单位面积上的空气重量

如ρ=1.293kg·m-3,g=9.80665m·s-2，P0为1013.25hPa换算：

1hPa=1mb；

760mm水银柱高=1013.25hPa。5.1.1、气压的变化5.1.1.1气压随高度的变化1．不同高度上的气压

2．压高公式及其应用

ΔZ为两地（或两个高度）的高度差

Z1、Z2为两地的海拔高度P1为较低处气压

P2为较高处气压tm为两地（或两个高度）的平均温度。应用：不同高度上气压、温度互算

推论：压差一定气层厚度与温度成正比3、气压随温度的变化：温度越高气压随高度变化越慢海拔高度km0.01.53.05.59.016.0气压值hpa10008507005003001005.1.1.2、气压随时间的变化气压的周期性变化是指在气压随时间变化的曲线上呈现出有规律的周期性波动，明显的是以日为周期和以年为周期的波动。（1）日变化：单峰型双峰型其中以双峰型最普遍单峰型：原因是温度日变化

双峰型：与一日间的增、降温交替所产生的大气半日振动周期和日月引起的大气潮有关

气压日变幅随纬度增高而减小，低纬度为3～5hPa,在纬度50°附近小于1hPa。我国低纬度地区为2.5～4hPa，中纬度地区为1～2.5hPa。(2)年变化大陆冬高夏低海洋冬低夏高。

影响：气温年变化，纬度，海陆性质、海拔高度及地形地势等。通常，年变幅是大陆>海洋，高纬>低纬，低地势>高地势5.1.3气压场的表示方法（1826）气压的空间分布称为气压场。气压场通常用等压线或等压面来表示。

5.1.3.1、等高面图等高面海拔高度处处相等的面称为等高面。等高面上气压相等的各点连成的曲线称为等压线：

5.1.3.2、等压面图：空间气压相等的点组成的曲面。850、700、500、300、200hPa标准等压面。等压面上等高线：将某一等压面上高度相等的各点的连线称为等高线。等压线和水平气压分布的关系1、凡同一条等压线经过的各地气压相等2、等压线数值愈大的地方气压愈高：反之，则愈低。3、等压线愈密的地方，表示该地气压在水平方向的变化愈大。等高线与气压的关系1、凡同一条等高线经过的各地气压相等2、等高线数值愈大的地方气压愈高：反之，则愈低。3、等高线愈密的地方，表示该地气压在水平方向的变化愈大。5.13.3、气压系统气压系统一般由等高面上的等压线的分布特征确定。海平面上等压线的各种组合形式称为气压系统

1、低压：由闭合等压线构成的中心气压比四周低的区域

范围强度加强减弱2、高压：由闭合等压线构成的中心气压比四周高的区域范围强度加强减弱3低压槽(简称槽)

是低压向外伸出的狭长部分，或一组未闭合的等压线向气压较高的方突出的部分。在槽中，各等压线弯曲最大处的连线叫槽线。气压沿槽线最低，向两边递增。槽的尖端，可以指向各个方向，但在北半球中纬度地区大多指向南方。因此，尖端指向北的称为倒槽，指向东西的称为横槽，槽附近的空间等压面类似山谷。

4高压脊(简称脊)

是高压向外伸出的狭长部分，或一组未闭合的等压线向气压较低的方突出的部分。在脊中，各等压线弯曲最大处的连线叫脊线。气压沿脊线最高，向两边递减。脊附近的空间等压面，类似山脊5鞍形气压区(简称鞍部)，是两个低压与两个高压交错组成的中间区域，其附近空间等压面形如马鞍5.1.3.4、气压系统随高度变化与温度的关系1冷高压：中心是冷区随高度增加而减弱（蒙古高压）2暖低压：中心是暖区随高度增加而减弱（台风）3冷低压：中心是冷区随高度增加而加强（东北低压）4暖高压：中心是暖区随高度增加而加强（西太平洋副热带高压）5、温压场不对称的气压系统:地面天气图上冷暖中心和高低气压中心不重合的气压系统.一般高压轴线向暖区倾斜.低压中心向冷区倾斜

5.2风的形成

5.21.风的概念空气的运动可分为水平运动、垂直运动、环流运动、湍流运动等形式风：空气的水平运动。风向（16方位）风速m/s（分级：蒲福风级13（17）级）风速与风级的关系VN=0.1+0.824N1.505

VNmax

=0.2+0.824N1.505+0.5N0.56

VNmin=0.824N1.505–0.5N0.56中央气象局（十分钟平均风速）

级数蒲福风级公尺／秒风级风速（m/s)0无风0.0-0.2静,烟直上平静0.00.0

1软风

0.3-1.5烟示风向微波峰无飞沫0.10.1

2轻风

1.6-3.3感觉有风小波峰未破碎0.20.3

3微风

3.4-5.4旌旗展开小波峰顶破裂0.61.0

4和风

5.5-7.9吹起尘土小浪白沫波峰1.01.5

5劲风

8.0-10.7小树摇摆中浪折沫峰群2.02.5

6强风

10.8-13.8电线有声大浪白沫离峰3.04.0

7疾风

13.9-17.1步行困难破峰白沫成条4.05.5

8大风17.2-20.7折毁树枝浪长高有浪花5.57.5

9烈风20.8-24.4小损房屋浪峰倒卷7.010.0

10狂风

24.5-28.4拔起树木海浪翻滚咆哮9.012.5

11暴风

28.5-32.6损毁重大波峰全呈飞沫11.516.0

12飓风

32.7-36.9摧毁极大海浪滔天14.0-

1337.0-41.4

1441.5-46.1

1546.2-50.91651.0-56.0---

1756.1-61.25.2.2作用于空气的力：气压梯度力，地转偏向力，摩擦力，惯性离心力，1、气压梯度力：风的原动力，决定了风的方向

水平气压梯度：在水平方向上，垂直愈等压线，由高压指向低压，单位距离的气压差。水平气压梯度力：由于水平气压梯度的存在，作用于单位质量空气上的力。水平气压梯度力G的方向就是水平气压梯度的方向，即垂直与等压线由高压指向低压。大小与水平气压梯度成正比。----------------------------------------------2、地转偏向力

A=2VωSinφ

（1）地转偏向力只是在物体相对于地面有运动时才产生。

（2）方向：在北半球，地转偏向力垂直指向物体运动方向的右方。

（3）地转偏向力只能改变物体运动的方向，不改变速度。

（4）水平地转偏向力的大小同风速与所在纬度的正弦成正比。3、惯性离心力

V是空气运动的线速度

ω是空气运动的角速度

r是曲线的曲率半径方向：与空气的运动方向垂直，自曲率中心沿曲率半径指向外缘。4、摩擦力R=-k·V

这四个力对空气运动的影响是不一样的。通常G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A，直线运动不考虑C，1～2公里以上，摩擦力K影响可以忽略不计。

5.2.3自由大气中的风A地转风自由大气中在平直等压线的气压场中形成的风。

白贝罗风压定律：在北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反。

B梯度风：自由大气中空气在曲线等压线的气压场中形成的风气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力三个力达到平衡时的风

5.2.4摩擦层中的风

A、平直等压线GAR

修正后的风压定理：在北半球，人背风而立，高压在右后方，低压在左前方。

风速减小：中纬度地区陆地上55～65%，海洋上30～40%

风向与等压线的交角：在陆地上约为25°～35°,海洋上约为10°～20°。B、摩擦层中曲线等压线空气质点受力有GACR

摩擦层中风的变化(1)日变化：近地面层白天午后风速最大，夜间和清晨风速小，摩擦层上层则是白天午后风速小，夜间风速大。

分界层约为50～100m；夏季可达300m；冬季20m。

风的日变化，一般晴天比阴天大；陆地比海洋大。(2)年变化

北半球中纬：最大值出现在冬季，最小值出现在夏季

我国大部分地区：春季是冷暖空气交替时期，所以春季风速最大。(3)随高度的变化

摩擦层中：风速随高度升高风速增大。

到摩擦层顶：风速接近于地转风速，风向与等压线平行。

（4）风的阵性风向不停变化。风速时大时小5.3大气环流地球上各种规模大气运动的综合表现。它是气候形成的基本因子，也是天气变化和气候演变的重要背景条件。5.3.1太阳辐射和三圈环流单圈环流：哈得来环流圈设:1、地表均匀2、地球不自转5.3.2地球自转和三圈环流：1941年，美国气象学家罗斯贝(Rossby)

设：地表均匀

5.3.2.1地球上的气压带和风带A气压带7个：风带7个5.3.3海陆热力差异和大气活动中心

概念由于海陆热力差异，割断了气压带而形成的高、低气压中心。北半球冬季：近地层有两个低压中心，冰岛低压、阿留申低压、大西洋副热带高压、太平洋副热带高压，都是半永久性活动中心。夏季：四个半永久性活动中心仍然存在，不过这时两个低压活动中心要比冬季弱一些，位置稍向东移；两个高压活动中心则比冬季强，一直伸展到大洋的西部。北半球气压带和大气活动中心

气压带半永久性活动中心季节性活动中心

7月1月北半球副极地低压带冰岛、阿留申低压北美、蒙古高压副热带高压带亚速尔、夏威夷高压印度、北美低压赤道低压带平均位置12～150N平均位置50S南半球副热带高压带南太平洋高压南印度洋高压南大西洋高压澳洲高压南非高压澳洲低压南美低压南非低压5.3.4季风和地方性风5.3.4.1季风：概念大范围地区盛行风向随季节转换有显著改变的大气环流称为季风。（1月和7月盛行风向改变大于120度，1月和7月盛行风向的频率超过40%，1月和7月至少一个月平均风速超过3m/s)成因：由海陆的分布形成的热力差异以及行星风带的季节性移动形成。地理分布：1、东亚季风冬季风:寒冷、晴朗、干燥。夏季风：高温、湿热、多雨。冬季风比夏季风强。2、南亚季风11－3月气温温和，降水稀少干季。6－10月盛行西南季风降水充雨季。4－5月降水稀少，气温很高酷热难当热季。5.4.2地方性风与地理