04_大气的运动.ppt

1、1,4 大气的运动,上海海事大学 商船学院 航海气象学与海洋学教研组 2009年9月,2,目 录,4.1 作用于空气微团上的外力 4.2 空气的水平运动风 4.3 空气的垂直运动 思考题,3,4.1 作用于空气微团上的外力,重力 由于气压分布不均而产生的气压梯度力（水平气压梯度力，垂直气压梯度力） 由于地球自转而产生的地转偏向力（水平地转偏向力） 由于空气层之间、空气与地面之间存在相对运动而产生的摩擦力 由于空气作曲线运动时产生的惯性离心力。,4,hPa/m； hPa/赤道度； hPa/纬距；,在地面天气图上： 等压线越密集，水平气压梯度越大； 等压线越稀疏，水平气压梯度越小。,1赤道度=60

2、nmile,一、 水平气压梯度力,水平气压梯度：垂直于等压线，沿气压减小的方向，单位距离内的气压差。,5,水平气压梯度产生的促使大气由高气压区流向低气压区的力。,大小：与气压梯度成正比，与空气密度成反比。 同一高度上， 变化不明显，水平气压梯度力主要取决于水平气压梯度。, 水平气压梯度力是产生风的原动力。,水平气压梯度力,6,在地面天气图上： 等压线越密集，水平气压梯度力大，风强； 等压线越稀疏，水平气压梯度力小，风弱。,7,8, 垂直气压梯度力,在垂直方向上，气压分布总是不均的，单位质量的空气微团受到的垂直方向上的净压力，称为垂直气压梯度力。,垂直气压梯度力的大小与空气密度成反比，与垂直气压

3、梯度成正比。 垂直气压梯度的大小就是单位高度气压差。,9,由于地球自转而产生作用于运动空气的力。,二、 水平地转偏向力（科里奥利力）,10,水平地转偏向力,纬度一定时： 风速越大，水平地转偏向力越大。风速为0时，水平地转偏向力也为0。说明静止的空气不受地转偏向力的作用。 风速一定时： 纬度越高，水平地转偏向力越大。 赤道上，风速再大，也不受地转偏向力的作用。,11,水平地转偏向力,水平地转偏向力的方向垂直于风的去向。 北半球：向右偏转，南半球：向左偏转。 只改变运动方向，不改变速度大小,北半球,南半球,12,三、 惯性离心力,物体作曲线运动时,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

4、。,方向沿曲率半径指向外，与空气运动的切线方向垂直，只改变运动方向，不改变切向速度大小。 C与V的平方成正比，与曲率半径成反比。切向速度V越大，C越大；r越小，C越大。,13,两个相互接触的物体作相对运动时，接触面之间所产生的一种阻碍物体运动的力。,为摩擦系数，取决于地面粗糙程度。 有浪海面比平静海面大。 摩擦力的大小在大气中的各个不同高度上是不同的。高度愈高，作用愈弱。这里主要讨论的是地面给空气的摩擦力。 力的方向与空气的运动方向相反。,四、 摩擦力,14,水平气压梯度力是使空气产生运动的原动力，是最基本的力。水平气压梯度力既可改变空气运动状态，又可使空气由静止状态转变为运动状态。 地转偏向

5、力对高纬地区或大尺度的空气运动影响较大，而对低纬地区特别是赤道附近的空气运动，影响甚小。 惯性离心力是在空气作曲线运动时起作用，而在空气运动近于直线时，可以忽略不计。 摩擦力在摩擦层中起作用，而对自由大气中的空气运动不予考虑。 地转偏向力、惯性离心力和摩擦力虽然不能使空气由静止状态转变为运动状态，但却能影响运动的方向和速度。,小 结,15,4.2 空气的水平运动风,风-空气相对海底所作的水平运动。 风的大小： 风速：m/s，km/h，kn（节，nm/h），1m/s2kn 蒲福风级：017级。 风速与风级的关系：V0.836B3/2。 风向：风的来向 方位度数（0360） 16方位,一、概述,1

6、6,风向的表示方法,17,Force 0: 0-1 knots Sea like a mirror,18,19,20,Force 5: 17-21 knots many white caps,21,22,23,Force 8: Gale 34-40 knots,24,Force 12: Cyclone 64 + knots,25,概述,风压：风作用于物体时，在垂直于风的方向上物体单位面积所受到的压力。 风的日变化：近地面层风速，白天大，夜间小；上层风速白天小，夜间大。 风的年变化与地理条件和气候条件有关。 风的阵性：是指风向变动不定、风速忽大忽小的现象。它是因大气中湍流运动引起的。风的阵性在摩

7、擦层中表现显著，特别是山区更甚。随着高度的增高，风的阵性在逐渐减弱。,26,二、自由大气中的风,自由大气中，等压线平直的气压场内，当水平气压梯度力与水平地转偏向力达到平衡时，空气的等速直线水平运动。,1. 地转风,27,1）与水平气压梯度成正比。 等压线越密，地转风越大；等压线越疏，地转风越小。 2）与空气密度成反比。 高空小，地转风增大；低空大，地转风小。 3）与sin成反比，纬度越高，Vg越小； 0（赤道上），Vg趋近无穷，说明地转风不存在。,地转风风速,28,Vg：m/s; P: hPa ; n: 纬距,地转风的计算,=1.293kg/m3和=7.27*10-5rds/s：,方向:（白贝

8、罗风压定律）与水平气压梯度力的方向垂直，即平行于等压线，说明风沿等压线吹。 风场与气压场的关系：测者背风而立，在北半球高压在其右方，低压在其左方;在南半球则相反。,29,2. 梯度风,自由大气中，空气质点作曲线运动时，当水平气压梯度力，水平地转偏向力，惯性离心力这三个力达到平衡时的风。,30,北半球,南半球,反气旋,气旋,31,小结,1）北半球，高压中的风顺时针吹，低压中的风逆时针吹；南半球，高压中的风逆时针吹，低压中的风顺时针吹。 风向与气压场之间满足白贝罗风压定律。 2）梯度风风速与水平气压梯度、纬度的正弦、空气密度和曲率半径有关。 3）低压（气旋）区中的水平气压梯度不受限制；高压（反气旋

9、）中的水平气压梯度不能超过某一临界值。 4）反气旋区内，边缘风速较大，中心附近微风或者静风；曲率较小处，即等压线平直处，等压线密，风速大；曲率较大处，即等压线弯曲较大处，等压线疏，风速较小。 5）中高纬度反气旋的风速较大，低纬度反气旋内风速较小。 6）Va（反气旋中的风）Vg（地转风）Vc（气旋的风）。,32,北半球,三、摩擦层中的风,33,摩擦力对风的影响,对风速的影响 陆面上，实际风速/地转风速1/31/2； 海面上，实际风速/地转风速3/52/3。 海上经验公式：Vo65Vg。 对风向的影响 风去向斜穿等压线偏向低压一侧，与等压线的交角， 在中高纬陆上，为3545；海上，1020。 风压

10、定律的修正：背风而立，北半球，高压在右后方，低压在左前方；南半球，高压在左后方，低压在右前方。,34,北半球 高气压,北半球 低气压,高气压（反气旋）： 北半球，顺时针由中心向外辐散； 同理可知， 南半球，逆时针由中心向外辐散。,低气压（气旋）： 北半球，逆时针由外向中心辐合； 同理可知， 南半球，顺时针由外向中心辐合。,35,风随高度的变化,近地面层（30m50m以下），风随高度的变化不明显。 在近地层以上到摩擦层顶之间的气层中，在气压场不随高度改变的前提下，由于摩擦力和空气密度随着高度升高而减小，因此随高度的升高，风速增大，北半球风向逐渐右偏，南半球 逐渐左偏，摩擦层顶处，风速接近地转风，

11、风向接近地转风向。,36,北半球,37,4.3 空气的垂直运动,大气的垂直运动又称为对流运动，指空气在垂直方向上有规则的上升和下沉运动。 垂向受力：重力、垂直气压梯度力； 导致垂直方向上力的不平衡的原因 热力原因：热力对流 动力原因： 水平辐散、辐合 锋面抬升 地形抬升,38,一、热力对流,下垫面受热不均匀引起的垂直运动。,特点：影响范围小（几公里到几十公里）；持续时间短（几十分钟到几小时）；上升速度大（130m/s）；引起激烈天气（雷暴云、阵性降水、雷雨大风、冰雹等）。,39,二、水平辐合、辐散引起的垂直运动,地面水平辐合（低压、槽、切变线、辐合式渐近线）引起上升运动； 地面水平辐散（高压、脊、辐散式渐近线）引起下沉运动 。,5.1空气的垂直运动,40,槽前辐散,槽后辐合,北半球,41,三、锋面上的垂直运动,暖气团受锋面抬升产生上升运动，通常上升速度缓慢，但持续时间可以很长，形成大范围的层状云系和连续性降水。降水区在冷气团一侧。,42,四、地形抬升引起的垂直运动,在山的迎风坡一侧，气流上升；在背风坡一侧，气流下沉。云雨区出现在迎风坡一侧。,43,思考题,1.两种常用的风速单位之间换算关系如何？风向指风吹来的方向还是吹走的方向？ 2.作用在空气微团上的外力有哪些？水平气压梯度力的大小.方向在天气图上如何定性判断？水平地转偏向力，惯性离心力和摩擦力的