第四章大气的运动.ppt
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1、第四章 大气的运动,4.1 气压随高度和时间的变化,气压随高度的变化 气压随时间的变化,一、气压随高度的变化,(一)静力学方程:,dP = -g dZ,1、条件: 大气是静止的,无水平和垂直方向上的运动。并且垂直方向上受力为零。,2、公式的意义: 负号:P随Z升高而减小 因g在垂直方向变化小,故P在垂直方向上减小的快慢程度主要决定于密度,(二)单位高度气压差(Gz):,1、定义: 每改变一个单位高度时气压的改变量。,2、单位: mb/100m, hPa/100m,3、表达式:,意义:Gz愈大,气压随高度降得愈快。,(三)单位气压高度差(h):,1、定义: 气压每改变1个单位时所对应的高度变化值
2、。,2、单位: m/mb, m/hPa,3、表达式:,意义:h与1/P成正比; 低层大h小,P降得快; 高层小h大, P降得慢.,二、气压随时间的变化,大气具有流动性和连续性, 因此气压变化的实质就是空气柱内大气质量的增多或减少.,(一)影响气压变化的因素:,1、热力因素:,空气受热膨胀, 减小, P降低,空气受冷收缩, 增大, P增高,2、动力因素:,(1)水平气流的辐合与辐散:,辐 合,辐 散,(2)不同密度气团的运动:,冬季: 冷空气南下, 流经之地空气密度变大, 地面气压上升,夏季: 暖湿气流北上, 流经之地空气密度减小, 地面气压下降,地面,地面,(3)空气的垂直运动:,(二)气压的
3、周期性变化:,1、日变化:以双峰型最普遍,h,12,18,6,莫斯科5550N 7月平均,hPa,雅加达611S 9月平均,2、年变化:,陆地上Pmax在冬季, Pmin在夏季; 海洋、高原上气压分布与陆地相反,第二节 气压场,气压场的表示方法 气压场的基本形式 气压场的空间结构,一、气压场的表示方法,主要表示同一高度(位势高度)上气压水平分布状况。,(一)等高面图:,(二)等压面图:,主要表示空间气压相等的点组成的面。,高值区,低值区,高值区,等压面铅直剖面,海平面等高线图,等压面的空间特点,由于下垫面性质的不同,空间等压面不是一个平面,而是一个曲面或倾斜的面 等压面的起伏形势同它附近水平面
4、上的气压分布相对应: 上凸高压 下凹低压,低压,高压,(三)空间气压场的分布:,1000hPa 海平面,850hPa (1500m),700hPa (3000m),500hPa (5500m),300hPa (9000m),100hPa (16000m),世界1月海平面平均气压图,世界7月海平面平均气压图,气压场:气压的空间分布,气压系统:在气压场中呈现出的不同的气压形势,如高压、低压、高压脊、低压槽、鞍型气压场等,统称为气压系统。,二、气压场的基本形式,1.低气压、低压槽,2.高气压、高压脊,3.鞍形气压场,低,高,低,高,低,高,槽,槽,脊,脊,鞍,高空气压场,切断低压 阻塞高压,M,M处
5、的气压值可能为( ) A.1012、1012.5 B.1017.5、1020 C.1017.5、1015 D.1015、1012.5,N,2. 该地位于亚欧大陆东部,则N处的盛行风向不可能是( ) A. 南风 B. 西风 C. 西南风 D. 东北风,(1)在气压场中,D是 气压中心,M是 气压中心,B处于 上。 (2)此时,E处吹 风,F处吹 风 (3)按风力强弱,E较F处 ,依据是 。,三、气压场的空间结构,回顾:什么是气压高度差?,(一)深厚的对称系统:,温度场中的高、低中心,气压场中的高、低中心,1.暖高压,高压等压面凸起程度随高度增大,即高压的强度愈向高空愈增强,2.冷低压,低压等压面
6、凹陷程度随高度增大,即低压的强度愈向高空愈增强,(二)浅薄的对称系统:,温度场中的高、低中心,气压场中的低、高中心,3.暖低压,低压等压面凹陷程度随高度升高逐渐减小,最后趋于消失 如温压场结构不变,随高度继续增加暖低压就会变成暖高压系统,4.冷高压,高压等压面凸起程度随高度减小,最后趋于消失 如温压场结构不变,随高度继续增加,冷高压会变成冷低压系统,(三)温压场不对称系统:,温度场的冷暖中心与气压场中的高低压中心不重合,气压中心轴线是倾斜的,1. 高压区,高压中心轴线随高度升高不断向暖区倾斜,冷,2.低压区,低压中心轴线随高度升高不断向冷区倾斜,复习题,冬季与夏季的气压有什么不同? 请问右图说
7、明什么? 影响空气运动的因素有哪些?,用图解释暖高压、冷高压随高度的变化时,系统是如何变化的? 在北半球高压区或低压区的中心轴线向什么方向倾斜?,第三节 大气的水平运动,促使空气运动的力 自由大气中的空气运动 摩擦层中的空气运动,(一)水平气压梯度力,一、促使空气运动的力,B:5赤道度,A:2.5赤道度,1、水平气压梯度 P/n (hPa/赤道度),特点:P一定时,等压面疏,水平气压梯度小;等压面密,水平气压梯度大。,2、水平气压梯度力,定义:当水平气压梯度存在时作用在单位质量空气上的力。,公式:,方向:垂直等压线,从高压指向低压,公式意义: G与P/n成正比,等压线密,水平气压梯度力大; P
8、/n一定时,G与成反比, 大,G小,(二)水平地转偏向力,A,A,1、现象,圆盘静止不动,圆盘逆时针旋转,2、定义: 作用在转动地球上的运动空气上的惯性力。 它促使运动的空气偏离水平气压梯度力方向的主要原因。,任一纬度上的地转偏向力为:,A = 2V = 2Vsin,A = 2Vsin,sin,3、水平地转偏向力的特点,水平地转偏向力是解释在转动地球上产生偏向而假想的力, 只有物体在相对地面作运动时才产生, 物体静止时, 无偏向力; 水平地转偏向力的方向与空气运动方向始终垂直, 只改变空气运动的方向, 不改变运动的速度; 判断水平地转偏向力的方法: 在北半球: 背风而立, 空气将偏向初始运动的
9、右方; 南半球反之; V相同时, A(A=2Vsin),A,北半球: 逆时针旋转,空气将偏向初始运动的右方,(三)惯性离心力,联想:当你坐公交车时,车转弯时你曾有什么感觉?,1、定义: 在作曲线运动的物体,时刻受到一个离开曲率半径向外的作用力。这个力是物体保持作曲线运动而产生的,即惯性离心力,2、方向: 与物体运动的方向垂直,并指向曲率半径的外侧。,3、单位质量物体惯性离心力的大小:,C =2r = V2/r,V:空气运动的线速度,r:空气运动的曲率半径, :空气运动的角速度,4、特点: 惯性离心力也是假想力,只能改变空气的运动方向,不改变速度的大小 C值很小,只有在气旋中才很大,a,r,c,
10、V,(四)摩擦力,1、定义: 空气运动时,因受地面摩擦和气层间相互摩擦作用,而减缓空气运动速度,此阻力称为摩擦力。,2、公式:,R=-KV,R: 摩擦力,K: 摩擦系数,V: 空气运动速度,: 表R与V方向相反,(五)影响空气水平运动的力,G(气压梯度力) R(摩擦力) A(地转偏向力) C(惯性离心力),实力,不能使空气由静止变为运动,但可影响运动方向和速度,在赤道上: A=0,忽视A的作用; 空气作直线运动:r0,忽视C的作用; 在自由大气中:K0,忽视R的作用。,假想力,原动力,可改变空气运动状态,(一)地转风,二、自由大气中的空气水平运动,1、定义: 在自由大气中,因气压场是平直的,空
11、气仅受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用,当二力相等时的空气运动称之为地转风,水平气压梯度力,空气运动方向,水平地转偏向力,1010,1005,1000,995,990,hPa,2、形成:北半球自由大气中的空气运动,3、白贝罗风压定律: 在北半球,风是顺着等压线吹的。背风而立,低压在左手边,高压在右手边;南半球相反。,白贝罗风压定律,北半球,南半球,4、地转风风速的大小:,5、公式的意义:,(二)梯度风,1、定义: 在自由大气中,空气质点作曲 线运动时,受到G、A、C三个力的共同作用,当三个力达到平衡时的空气运动。,2、梯度风的风向与风速:,低压区:,在北半球:,风向:绕低压中心逆时针旋转,
12、高压区:,在北半球:,风向:绕高压中心顺时针旋转,3、梯度风的特性:,V受G、r的影响,当G、在同一气压场中时,存在着如下的关系: Vac Vg Vc,自由大气中,空气近似梯度风。但A、G、C的平衡只是暂时的。,前提:设Gn一定,即纬度一致,低压中,地转风中,高压中,A = G,A G,A G,Vac Vg Vc,(三)自由大气中风随高度的变化,1、热成风, 定义: 由于水平温度分布不均所形成的地转风在铅直方向上的速度矢量差。, 公式:, 特点:,VT与温度、气压有关,温度越高,压差越大,热成风越大; 热成风风压定律:在北半球背热成风而立,高温在右,低温在左,热成风与等温线平行; 只要温度场不
13、变,热成风的大小、方向也不变,2、风随高度的变化规律, 等温线与等压线平行,V2V1VT,冷低压与暖高压,冷高压与暖低压,V2V1VT, 等温线与等压线垂直,冷平流:低层风从冷区吹向暖区。,在北半球,风向随高度逐渐左转,且越到高层,风向与热成风风向越接近。,暖平流:低层风从暖区吹向冷区。,在北半球,风向随高度逐渐右转,且越到高层,风向与热成风风向越接近。,风随高度变化的总结: 在自由大气中,随着高度的增高,不论风向如何变化,高层风总是越来越趋向于热成风; 北半球对流层中,温度分布大致南暖北冷,故对流层上层总是以西风为主,并在纬度30 形成西风急流。,三、摩擦层中的空气水平运动,1、摩擦对风的作
14、用,2、特征:,风压定律: 在北半球背风而立,高压在右后方,低压在左前方,风斜穿等压线。 南半球相反。,气压系统中的摩擦风(气旋),地转风 梯度风 旋衡风 偏差风 热成风 地面平衡风,复 习 题,什么是白贝罗风压定律? 在同一气压场中,Vc、Vg、Vac是什么关系?请解释。 北半球暖高冷低区风随高度变化的规律? 随着纬度增高水平地转偏向力有什么变化? 赤道上空的空气会发生偏向吗?为什么?,6、请根据要求画图: 在北半球,画出气压场、受力、风向、热成风、风随高度变化的平面图,4-4 大气环流,一、大气环流的概述 二、影响大气环流的因素 三、实际大气环流的基本特征 四、锋区和急流 五、大气环流的变
15、化,一、大气环流的概述,(一)大气环流: 具有行星尺度、规模比较大的空气运动。 即有平均状况也有瞬时状况,并代表全球大 气的基本运动状况,(二)大气环流的尺度:,名 称 水平尺度 活动时间 例 子,大环流 2000km 一周 东风波、西风带,中间环流 2000-200 2 - 3天 季风、气旋、反气旋,中环流 200-2 km 1 天 地方性风 (山谷风、海陆风),小环流 2km 12小时,二、影响大气环流的因素,1、太阳辐射,2、地球自转产生的地转偏向力,3、海陆分布,4、地形,最基本的因子,(一)太阳辐射,假设条件: 1、地表是均匀的 2、忽略地球自转所产生的地转偏向力 对大气运动的影响,
16、单一(热力)的环流圈,消除海陆及地形的影响,低气压,高气压,高气压,低气压,A冷却,B受热,赤道,南极,北极,赤道,北极,南极,赤道,赤道,(二)地球自转产生的地转偏向力,假设条件: 地表是均匀的 消除海陆分布及地形的影响,三圈环流及气压带风带,单圈环流,地球表面是均匀的,地球不自转,假设:,单圈环流能否成立?,?,0,90N,赤道低气压带,上升,赤道,北纬30度,赤道受热,空气膨胀上升,近地面形成低压,南风,北纬30度形成高压,近地面气流右偏成东北风,被迫下沉,0,60N,30N,90N,赤道低气压带,副热带高气压带,极地高气压带,副极地低气压带,上升,下沉,爬升,极锋,下沉,中纬环流,低纬
17、环流,高纬环流,赤道,南极,北极,赤道,30,30,60,60,60,60,30,30,西南,东北,偏西风,西南,西南,偏东风,西北,东南,偏西风,西北,西北,偏东风,东北信风带,极地高压带,副极地低压带,西风带,东风带,副热带高压带,东南信风带,西风带,副极地低压带,东风带,极地高压带,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,东,南,信,风,盛,行,西,风,极 地 东 风,思考:同为高压,极地高气压带和副热带高气压带在成因上有何区别?,近地面,高 空,A,B,C,热力环流,赤 道 低 压 带,副热带高压带,副热带高压带,副极地低压带
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