大气的水分、运动ppt课件.ppt

大气中的水分重点：蒸发、凝结、降水，对热量平衡和天气变化起重要作用。是是实现气候系统中水圈与大气圈水分实现气候系统中水圈与大气圈水分交换的物理过程交换的物理过程水是地球上唯一能在自然条件下三态并存水是地球上唯一能在自然条件下三态并存的物体。的物体。在相变中傍随有能量、天气、水循环等过程在相变中傍随有能量、天气、水循环等过程蒸发和凝结原理： 水的三相变化 饱和水气压蒸发和凝结蒸发和凝结影响蒸发的因素影响蒸发的因素水源水源热源热源饱和差饱和差风速与湍流扩散风速与湍流扩散湿度随时间的变化湿度随时间的变化大气湿度大气湿度 绝对湿度绝对湿度 水气压和饱和水气压水气压和饱和水气压 相对湿度相对湿度 露点温度：是用温度表示湿度的物理量，露点温度：是用温度表示湿度的物理量，指在不增加水分时靠降低温度达到饱和，指在不增加水分时靠降低温度达到饱和，此时的温度即露点温度。此时的温度即露点温度。 用温度露点差来衡量干湿状态。用温度露点差来衡量干湿状态。空气湿度的日变化和年变化 水汽压的日变化 相对湿度的日变化蒸发和凝结 水相变化 饱和水气压 蒸发和凝结 影响蒸发的因素水源热源饱和差 风速与湍流扩散 湿度随时间的变化蒸发和凝结蒸发蒸发条件：蒸发面的温度、空气湿度、风、条件：蒸发面的温度、空气湿度、风、蒸发面的性质和形状、地面性状蒸发面的性质和形状、地面性状凝结凝结 地表与大气中凝结的基本条件地表与大气中凝结的基本条件降温降温大气中的凝结物：绝热上升冷却过程大气中的凝结物：绝热上升冷却过程云云 非绝热冷却过程非绝热冷却过程雾等雾等地表层的凝结物：霜、露、雨凇、雾凇地表层的凝结物：霜、露、雨凇、雾凇 雾 辐射雾：形成于晴朗微风的夜晚，如上海的雾，日出即散。 平流雾：冷气流或冷洋流流到暖空气下方。如秘鲁首都利马的雾，大风才能吹散。降水降水下雨、下雪、降冰雹统称为大气降水。下雨、下雪、降冰雹统称为大气降水。 雨和雪的形成云 热力对流、动力抬升形成。 高云 中云 低云 卷云、积云、层云；高积云、淡积云、浓积云。 云滴增长的物理过程 贝吉龙效应 雨和雪的形成 雨量等级降水的成因及分类 水汽在过饱和状态下是不稳定的，多余的水汽在过饱和状态下是不稳定的，多余的水汽很容易凝结成水。水汽很容易凝结成水。 降水常按照使空气抬升而形成动力冷却的降水常按照使空气抬升而形成动力冷却的原因分为对流性降水、地形性降水、锋面原因分为对流性降水、地形性降水、锋面性降水和气旋性降水，习惯上把它们分别性降水和气旋性降水，习惯上把它们分别称为对流雨、地形雨、锋面雨与气旋雨。称为对流雨、地形雨、锋面雨与气旋雨。 对流雨对流雨 因地表局部受热而发生垂直上升运动所形因地表局部受热而发生垂直上升运动所形成。因上升速度较快，形成的云多为垂直成。因上升速度较快，形成的云多为垂直发展的积状云，降雨强度大，雨面不广，发展的积状云，降雨强度大，雨面不广，历时较短。历时较短。地形雨地形雨 地形雨是空气在迁移途中，因所经地面的地形雨是空气在迁移途中，因所经地面的地形天然升高而被抬升时，受动力冷却而地形天然升高而被抬升时，受动力冷却而成云致雨地形雨降雨特性，随空气自身温成云致雨地形雨降雨特性，随空气自身温湿特性，运行速度以及地形特点而异。湿特性，运行速度以及地形特点而异。锋面雨锋面雨 具有均匀的温湿特性，在气压场作用下向具有均匀的温湿特性，在气压场作用下向同方向移动的大气团称为气团。两个温湿同方向移动的大气团称为气团。两个温湿特性不同的气团相遇来不及混合而形成一特性不同的气团相遇来不及混合而形成一个不连续面，称为锋面或锋区。锋面与地个不连续面，称为锋面或锋区。锋面与地面的交线称为锋线。习惯上统称为锋。锋面的交线称为锋线。习惯上统称为锋。锋面活动产生的降水称为锋面雨。其特点是面活动产生的降水称为锋面雨。其特点是降雨范围大，历时长。降雨范围大，历时长。气旋雨气旋雨 当一地区气压低于四周气压时，四周气流当一地区气压低于四周气压时，四周气流就要向该处汇集。气流汇入后再转向高层，就要向该处汇集。气流汇入后再转向高层，上升气流中的水汽因动力次序冷却凝结成上升气流中的水汽因动力次序冷却凝结成云，条件具备时，形成气旋雨。云，条件具备时，形成气旋雨。降水的分布及其规律降水的分布及其规律全球全球云图云图太平洋西岸太平洋西岸地区云图地区云图赤道（赤道（温温度高）度高）的的云云量（水量（水气气含含量）量）远大于远大于其他其他地方地方世界降水量世界降水量分布分布各地降雨量分布各地降雨量分布图图中中显显示各地示各地区区1900 1900 至至 20052005年的降水年的降水趋势趋势 。白色背景降水。白色背景降水曲线曲线图图表示降水增加，黄色背景表示降水增加，黄色背景图图表示降水減少表示降水減少陆陆地降水的地地降水的地区差异区差异(源自: IPCC)我国我国年雨量年雨量 (1885-2006(1885-2006年年) )雨量（毫米）雨量（毫米）每每 10 10 年上升年上升 百分之一百分之一19631963年年 最低最低 (901(901毫米毫米) )19971997年年 最高最高 (3343(3343毫米毫米) )世界降水的分布规律世界降水的分布规律降水降水量及量及降水降水的分的分布布赤赤道道附附近近两两极极地地区区南、北回归线南、北回归线附近附近中纬度（温带）地区中纬度（温带）地区年降水年降水量量20002000毫米以毫米以上地区上地区年降水年降水量量 2 0 02 0 0毫米以毫米以下地区下地区雨雨极极干干极极大大陆陆西西岸岸大 陆大 陆东岸东岸大大陆陆西西岸岸内内陆陆地地区区大大陆陆东东岸岸降水降水量多量多少及少及降水降水地区地区多少 少多少少多赤道附近非洲大陆北部，亚欧大陆中部，澳大利亚大陆中部，极圈内。乞拉朋齐阿塔卡马沙漠人工影响云雨 人工降水： 冷云（小冰晶）、暖云（碘化银） 防雹： 打炮、火箭大气的运动气压的变化气压场大气受到的四种力的作用大气环流G GG GG GG GG GD DD DD DD DD DD DD DG GG GG GD DD DD DD D地面高低气压区地面高低气压区北冷南暖北冷南暖高空中纬西风带高空中纬西风带副高压带副高压带一、气压随高度和时间的变化气压随高度递减的快慢和空气密度有关压高方程：单位气压高度差单位高度气压差P2 - P1= - gZ气压随时间的变化气压变化的原因：水平气流的辐合辐散；不同密度气团的移动；空气垂直运动。 气压的周期变化和非周期变化气压H 气压系统空间结构气压系统空间结构温压场的统一温压场的统一x xz zxypdpG GG GD DD D冷冷暖暖暖暖冷冷气压差相同时，温气压差相同时，温度高气柱长度高气柱长地面高空气压场 气压的空间分布称为气压场。 等压线和等压面 低压、高压 低压槽、高压脊 鞍形气压场 温压场对称 温压场不对称大气的水平运动和垂直运动作用于空气的力： 气压梯度力 地转偏向力 惯性离心力 摩擦力 大气运动方程自由大气中的空气水平运动地转风：G=A梯度风：G=A+C风随高度的变化热成风水平地转运动平衡运动P-4P-3P-2P-1P水平气压梯度力水平地转偏向力水平地转运动摩擦层中空气的水平运动 地面摩擦力对风的影响 摩擦层中风随高度的变化 风的日变化和风的阵性空气的垂直运动 对流运动 系统性垂直运动大气环流 加热不均（热力）加热不均（热力） 地球旋转（动力地球旋转（动力） 地表性质作用地表性质作用 地面摩擦作用地面摩擦作用对大气运动状态的影响对大气运动状态的影响向北成西风，向北成西风，向南成东风向南成东风形成三圈环流、形成三圈环流、东西风带、东西风带、高低压区、高低压区、幅合幅散带幅合幅散带极地高压极地高压副热带高压带副热带高压带高压高压高压高压副极地低压带副极地低压带赤道低压带热带幅合带赤道低压带热带幅合带哈特哈特环流环流圈圈费雷儿环流圈费雷儿环流圈极地环流圈极地环流圈大气环流的平均状况 平均维向环流平均维向环流 平均水平环流平均水平环流 平均经圈环流平均经圈环流 急流急流天气系统天气系统 常见的各种尺度的天气系统：常见的各种尺度的天气系统：P118P118 大尺度大尺度 中间尺度（天气尺度）中间尺度（天气尺度） 中尺度中尺度 小尺度小尺度1、气压场(x,y,z,t) 推动空气块运动的基本动力a、气压梯度分布不均的量度 垂直气压梯度（很大）：基本上与重力相平衡 静力方程 水平气压梯度（很小）：形成水平气压梯度力 水平运动基本动力b、空间气压系统 气压系统的直观表示 等压面或等高面（基本等效） 气压系统的垂直结构 气压系统随高度的变化主要与温度分布有关。 分析结构的要点 系统的温度场配置 对称（浅薄、深厚） 不对称（大多数）2 2、大气中气压不断变化、大气中气压不断变化大气质量的重分配 大气运动不息a、 因子分析为什么会重新分配 热力因子：水平局地受热不均水平密度差水平气压差 动力因子：空气运动中形成质量辐合辐散；密度平流(冷暖平流)；垂直运动。（仅影响空中气压变化）b、过程：每个环节控制因子各不相同形成气压分布 地带性 、非地带性3 3、大气水平运动、大气水平运动 旋转地球对运动特征的影响旋转地球对运动特征的影响a、基本规律： 牛顿定律 F=ma F=ma 运动描述与坐标选取有关旋转坐标系（地上的观察者）中的惯性力扩展的牛顿定律： 水平地转偏向力 水平惯性离心力b b、几个平衡运动（旋转坐标系中）、几个平衡运动（旋转坐标系中） 气压场与风场关系的建立气压场与风场关系的建立自由大气中：自由大气中： 地转风风压律（两力平衡时）地转风风压律（两力平衡时）摩擦层中：摩擦层中： 修正的风压律（三力平衡时）修正的风压律（三力平衡时）在大多数情况下，实际大气与理想大气十分接近在大多数情况下，实际大气与理想大气十分接近 大气运动处于准动态平衡中大气运动处于准动态平衡中c c、在静力平衡条件下，水平气压场结构、在静力平衡条件下，水平气压场结构随高随高度度因温度分布不均而变因温度分布不均而变 地转风关系也随之变化地转风关系也随之变化 热成风关系热成风关系4、结论a、大气整体性的表现 温压场与风场的统一 b、摩擦层中风的变化