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第五章气压与风本讲稿第一页，共三十八页定义定义单位大气受到地球引力的作用，具有一定重量。地面上地面上每平方米大约要承受十吨重的每平方米大约要承受十吨重的大气柱的压力，这个压力、就大气柱的压力，这个压力、就是大气压力。是大气压力。我们常说某地气压多我们常说某地气压多少，就是指该地的单位面少，就是指该地的单位面积上所受到的大气压力或积上所受到的大气压力或单位面积上大气柱的重量。单位面积上大气柱的重量。一一、气气压压概概念念和和单单位位 气压的单位用水银柱高度气压的单位用水银柱高度毫米数表示毫米数表示(mmHg)(mmHg)。气象上。气象上常用一种力的单位毫巴常用一种力的单位毫巴(mb)作为气压单位：作为气压单位：1hPa=1毫巴毫巴0.75毫米水银柱高毫米水银柱高=3/4毫米水银柱高。毫米水银柱高。本讲稿第二页，共三十八页二、气压的变化二、气压的变化气压大小空气柱重空气柱长短（和观测点位置有关）、密度（空气柱温度、水汽含量有关，温度有周期变化），所以气压也有周期变化。（一）气压随时间变化（一）气压随时间变化 1 1、周期变化、周期变化因为TP；TP所以一天中P夜P白,P上午P下午,一年中P冬P夏2 2、非周期变化、非周期变化暖空气到来P；当冷空气来临，P这和天气系统活动有关。（二）气压随高度变化（二）气压随高度变化大气主要集中在低层，因此气压随高度的增加而急剧递减，如果海平面为1013hpa，那么在5.5km为500hpa,在20km为50hpa以下。本讲稿第三页，共三十八页 气压阶气压阶表示气压随高度变化快慢的程度。指在垂直方向上气压改变1hpa时，高度变化的数值,也就是单位气压高度差。公式：h=8000(1+t)P其中P：大气压(hpa)；T：气柱温度；=1/273=0.0037根据公式可计算出不同气压和不同温度情况下的气压阶:w(1)当T相同时,气压越高地方,单位气压高度差越小，气压随高度递减越快w(2)当P相同时 空气柱T越高单位气压高度差越大，气压随高度递减越慢-40-20020401000hpa6.87.48.08.69.2500hpa13.714.816.017.218.3100hpa68.374.180.085.991.7本讲稿第四页，共三十八页P1P2gH为气柱中空为气柱中空气的平均密度气的平均密度静止大气中：静止大气中：重力加速度重力加速度气柱厚度气柱厚度所取两点的高所取两点的高度度Z1与与Z2之差之差气体膨胀系数，气体膨胀系数，等于等于1/273拉普拉斯压高公式：拉普拉斯压高公式：Z18400(1+at)lg(P1/P2)两点之间气两点之间气柱的平均温柱的平均温度度本讲稿第五页，共三十八页例：已知某山脚处海拔高度为例：已知某山脚处海拔高度为130米，在山脚下米，在山脚下测得气压为测得气压为1006hpa气温为气温为17.8;同时同时,在山顶测得气压为在山顶测得气压为873hpa，气温为，气温为11.2。求该山顶的海拔高度是多少米求该山顶的海拔高度是多少米?解：已知解：已知P11006hpa，t117.8，Z1130m;P2873hpa，t211.2，求，求Z2?先求得两点的平均温度先求得两点的平均温度t14.5，代人公式，代人公式Z2-130.0l8400(1十十14.5/273)lg(1006/873)解得解得Z2=1300米，米，即该山的海拔高度约为即该山的海拔高度约为1300米米本讲稿第六页，共三十八页三、三、气压场气压场（气压的空间分布）（气压的空间分布）与与气压系统气压系统（各种不同的气压形势）（各种不同的气压形势）1 1、等压面、等压面 空间气压相等各点连接而成的面叫等压 面，通常用来表示气压的分布形式。2 2、气压场的基本形式、气压场的基本形式 低压：由一系列闭合等压线构成的，中心气压低，类似于凹 陷盆地。（气旋）高压：由一系列闭合等压线构成的，中心气压高，类似于凸 起山丘。（反气旋）低压槽（或槽）：从低压向外伸出的狭长区域，或一组未闭 合的等压线向气压较高的一方突出的部分。低压槽中 各等压线弯曲最大处的连线称为槽线，类似山谷。高压脊（或脊）：由高压向外伸出的狭长区域或一组未闭合 的等压线向气压较低的一方突出部分。脊 的各等压线弯曲最大处的连线称为脊线，类似山脊。鞍形场（鞍）：由两个高压与两个低压交错相对而形成的中 间区域。本讲稿第七页，共三十八页3 3、气压系统的空间结构、气压系统的空间结构 依据温度场与气压场配置是否重合，即温度场的高温、低温中心是否分别与气压场的高压、低压中心重合。（1）温压场对称系统 暖性高压、冷性低压、暖性低压、冷性高压；（2）温压场不对称系统 大气中气压系统的温压场配置绝大多数是不对称的大气中气压系统的温压场配置绝大多数是不对称的本讲稿第八页，共三十八页第二节 风一、风的基本概念一、风的基本概念二、作用于运动空气的力二、作用于运动空气的力三、空气的水平运动三、空气的水平运动本讲稿第九页，共三十八页定义定义一一、风风的的基基本本概概念念风的基本特性风的基本特性大气中的风速大气中的风速空气相对于地面的运动称为风。一般情况下，风是指空气运动的水平分量。风向是指风吹来的方向，常用十六方位表示。风速是空气在单位时间内移动的水平距离，常用米秒-1为单位。空气运动时，总是带有乱流性的，在固定的空间位置上，表现出风向和风速的明显变动，此现象称为风的阵性。因此，在风向、风速的仪器测定和资料使用上，就有瞬时值和平均值两种。大气中水平风速一般为10102米秒-1，最大可达百米以上。垂直运动速度比水平风速小两个量级，为10-210米秒-1，仅在局部范围短时间内才出现每秒几米、十几米的数值。本讲稿第十页，共三十八页图图4-2风向方位图风向方位图 风向通常用风向通常用1616个方位来表示，有的是用方位度个方位来表示，有的是用方位度(共分共分360360度度)。本讲稿第十一页，共三十八页二、作用于运动空气的力水平气压梯度力水平气压梯度力 水平地转偏向力水平地转偏向力 惯性离心力惯性离心力 摩擦力摩擦力 当空气质点作曲线运动时，受到惯性离心力的作用。其大小为：式中C为惯性离心力；V为空气质点的线速度；r为运动轨迹的曲率半径。气压梯度是由高压指向低压的方向上(垂直于等压线方向)，单位距离内气压的改变量。其数值为其中p为n距离内气压的改变量。气压梯度力的数值为：摩擦力(R)的方向和运动方向相反，其大小和运动速度成正比：R-KV式中K是摩擦系数，V为运动速度。本讲稿第十二页，共三十八页在转动的地球上，空气除了受到气压梯度力的作用在转动的地球上，空气除了受到气压梯度力的作用外，还受到由于地球自转所造成的地转偏向力的作用。外，还受到由于地球自转所造成的地转偏向力的作用。水平地转偏向力的大小可由下式表示：水平地转偏向力的大小可由下式表示：A2Vsin式中式中为地球自转角速度，等于为地球自转角速度，等于7.292xl0-5rad/s，V为风为风速；速；为纬度。为纬度。（1）与风速成正比与风速成正比（2）与纬度成正比与纬度成正比（3）不论空气运动方向怎样改变，地转偏向力总是不论空气运动方向怎样改变，地转偏向力总是垂直于运动方向。在北半球，地转偏向力指向运动方向的垂直于运动方向。在北半球，地转偏向力指向运动方向的右方；在南半球指向左方。地转偏向力只能改变运动的方右方；在南半球指向左方。地转偏向力只能改变运动的方向，不改变空气相对地球的运动速度。向，不改变空气相对地球的运动速度。本讲稿第十三页，共三十八页地转偏向力地转偏向力、惯性离心力惯性离心力和和摩擦力摩擦力虽然不能使空气由虽然不能使空气由静止状态转变为运动状态，但却能影响空气运动的方向静止状态转变为运动状态，但却能影响空气运动的方向和速度。和速度。气压梯度力气压梯度力和和重力重力既可以改变空气的运动状态，既可以改变空气的运动状态，又可以使空气由静止状态转变为运动状态。又可以使空气由静止状态转变为运动状态。气压梯度力气压梯度力是使空气产生运动的直接动力，最基本的力。是使空气产生运动的直接动力，最基本的力。地转偏向力地转偏向力对高纬地区或大尺度的空气运动影响较大，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空气的运动，影响甚小；而对低纬地区特别是赤道附近空气的运动，影响甚小；惯性离心力惯性离心力是空气在做曲线运动时起作用，在空气做是空气在做曲线运动时起作用，在空气做近似于直线运动时可以忽略不计；近似于直线运动时可以忽略不计；摩擦力摩擦力在摩擦层中起作用，而对自由大气中的空气运在摩擦层中起作用，而对自由大气中的空气运动不予考虑。动不予考虑。本讲稿第十四页，共三十八页三、空气的水平运动三、空气的水平运动w自由大气中的风w摩擦层中的风w地方性风地转风梯度风本讲稿第十五页，共三十八页1 1、地转风、地转风（1 1）地转风的形成（概念）地转风的形成（概念）在等压线平直的气压场在等压线平直的气压场中，空气作水平运动时会受到水平气压梯度力和水平地转中，空气作水平运动时会受到水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用，当这两力达到平衡，空气就沿着与等压线偏向力的作用，当这两力达到平衡，空气就沿着与等压线平行的方向作水平等速直线运动，此时的风叫做平行的方向作水平等速直线运动，此时的风叫做地转风地转风。（2 2）地转风的方向）地转风的方向 地转风的方向与水平气压场之地转风的方向与水平气压场之间的关系是，在北半球，背风而立，高压在右，低压在间的关系是，在北半球，背风而立，高压在右，低压在左；南半球相反，这个规律称为左；南半球相反，这个规律称为白贝罗风压定律。白贝罗风压定律。（一）自由大气（一）自由大气(高层大气高层大气)中空气的水平运动中空气的水平运动本讲稿第十六页，共三十八页图图5.13地转风形成示意图地转风形成示意图本讲稿第十七页，共三十八页（3 3）地转风的大小）地转风的大小A=G即即npD DD Dr r1=2VsinV=F Fsin1r rnPD DD D2当空气密度和地理纬度一定时当空气密度和地理纬度一定时，地转风的风速与气压，地转风的风速与气压梯度成正比。即地转风的风速随等压线的疏密程度而变，梯度成正比。即地转风的风速随等压线的疏密程度而变，当等压线愈密（气压阶小）时，地转风的风速愈大。当等压线愈密（气压阶小）时，地转风的风速愈大。当空气的密度与气压梯度一定时当空气的密度与气压梯度一定时，地转风的风速与地理，地转风的风速与地理纬度的正弦成反比，即低纬度地转风大于高纬度。但由于低纬纬度的正弦成反比，即低纬度地转风大于高纬度。但由于低纬度气压梯度力很小，地转风也很小。度气压梯度力很小，地转风也很小。当气压梯度和地理纬度不变时当气压梯度和地理纬度不变时，地转风的风速与空气，地转风的风速与空气密度成反比。密度成反比。本讲稿第十八页，共三十八页2、梯度风、梯度风（1 1）概念）概念 在自由大气中，当空气作水平曲线运动在自由大气中，当空气作水平曲线运动时，作用于空气上的力，除了气压梯度力和地转偏向力时，作用于空气上的力，除了气压梯度力和地转偏向力外，还有惯性离心力，三力达到平衡时的风，称为外，还有惯性离心力，三力达到平衡时的风，称为梯度梯度风。风。图图5.14高压和低压中的梯度风高压和低压中的梯度风本讲稿第十九页，共三十八页综上分析，可得出以下结论：综上分析，可得出以下结论：1)1)梯度风是气压梯度力、惯性离心力和地转偏向梯度风是气压梯度力、惯性离心力和地转偏向力力三力平衡三力平衡时的风。北半球，时的风。北半球，低压区低压区的梯度风按的梯度风按逆时针逆时针方向吹方向吹，高压区高压区的梯度风按的梯度风按顺时针顺时针方向吹；方向吹；南半球则相南半球则相反反。2)2)2)2)在等压线为曲线的气压场中，在等压线为曲线的气压场中，梯度风是平行于等梯度风是平行于等压线作等速运动压线作等速运动。3)3)北半球，梯度风与水平气压场之间的关系仍为：在北半球，梯度风与水平气压场之间的关系仍为：在北半球，背风而立，高压在右，低压在左；南半球则相反。北半球，背风而立，高压在右，低压在左；南半球则相反。即即遵循白贝罗风压定律遵循白贝罗风压定律。本讲稿第二十页，共三十八页（二）摩擦层中空气的水平运动（二）摩擦层中空气的水平运动在摩擦层里，运动着的空气质点除受水平气压梯度力、在摩擦层里，运动着的空气质点除受水平气压梯度力、地转偏向力、（惯性离心力）的作用外，还受摩擦力的作用。地转偏向力、（惯性离心力）的作用外，还受摩擦力的作用。摩擦风：摩擦风：摩擦层中（无论是在等压线平直的气压场，还摩擦层中（无论是在等压线平直的气压场，还是在等压线弯曲的气压场），空气质点所受的水平气压梯度力是在等压线弯曲的气压场），空气质点所受的水平气压梯度力与水平地转偏向力、摩擦力、（惯性离心力）保持平衡条件下与水平地转偏向力、摩擦力、（惯性离心力）保持平衡条件下所产生的空气水平运动。所产生的空气水平运动。本讲稿第二十一页，共三十八页1 1、等压线平直的气压场、等压线平直的气压场 摩擦风形成示意图摩擦风形成示意图风速：风速：与水平气压梯度力成正比，与地面摩擦系数成与水平气压梯度力成正比，与地面摩擦系数成反比。反比。风向：风向：在北半球，背风而立，高气压在右后方，低气在北半球，背风而立，高气压在右后方，低气压在左前方。南半球相反。压在左前方。南半球相反。本讲稿第二十二页，共三十八页2 2、等压线弯曲的气压场、等压线弯曲的气压场由于地面摩擦力的作用，风速比气压场中所应有的梯度风由于地面摩擦力的作用，风速比气压场中所应有的梯度风风速要小，风斜穿等压线吹响低压区。故风速要小，风斜穿等压线吹响低压区。故低压中的空气低压中的空气是一是一面旋转，一面向低压中心辐合；面旋转，一面向低压中心辐合；高压中的空气高压中的空气则是一面则是一面旋转，一面从高压中心向外辐散。旋转，一面从高压中心向外辐散。图图5.16摩擦层低压（摩擦层低压（a）和高压（）和高压（b）中的气流）中的气流本讲稿第二十三页，共三十八页（三）地方性风（三）地方性风 与下垫面性质密切相关的局部地区的风，只有当与下垫面性质密切相关的局部地区的风，只有当大范围水平气压梯度力较弱才得以表现出来。大范围水平气压梯度力较弱才得以表现出来。1 1、海陆风、海陆风 由于海陆受热不同造成的，以一天为周期随昼夜交替而改变风向的风。白天吹海风，夜晚吹陆风。本讲稿第二十四页，共三十八页2 2、山谷风、山谷风 指在山区或山坡由于周围空气受热不同造成的，以一天为周期随昼夜交替而改变风向的风。一般上午9-10点左右，由山风谷风，正午谷风最大，日落后谷风山风。本讲稿第二十五页，共三十八页3 3、焚风、焚风 由于空气下沉运动，使空气温度升高而形成的又干又热的风。产生原因（1）湿空气越过高山后，在背风坡作 下沉运动；（2）在高压中，空气下沉运动。本讲稿第二十六页，共三十八页4 4、峡谷风、峡谷风 当空气由开阔地区进入狭窄的谷口时，风当空气由开阔地区进入狭窄的谷口时，风 速被迫加大而形成的强风。气象称这种现象为速被迫加大而形成的强风。气象称这种现象为 狭管效应。峡谷风的形成：主要是由于狭管效狭管效应。峡谷风的形成：主要是由于狭管效 应造成的。应造成的。本讲稿第二十七页，共三十八页第三节第三节 大气环流大气环流地球上各种规模大气运动的综合表现，称为大气环流地球上各种规模大气运动的综合表现，称为大气环流一、单圈环流一、单圈环流假如地球表面是均匀一致的，并且没有地球自转，假如地球表面是均匀一致的，并且没有地球自转，那么在赤道与极地之间形成的闭合大气环流，这种只那么在赤道与极地之间形成的闭合大气环流，这种只在赤道与极地之间才存在的大气环流称为单圈环流。在赤道与极地之间才存在的大气环流称为单圈环流。本讲稿第二十八页，共三十八页二、三圈环流二、三圈环流只受太阳辐射和地球自转影响形成的环流称为三圈环流。是大气环流的理想模式。在地球上形成四个四个气压带气压带，即赤道低压带、副热带高压带、副极地低压带、极地高压带；三个环流圈三个环流圈，即热带环流圈（信风环流圈）、中纬度环流圈、极地环流圈；四个行星风四个行星风带带，即赤道无风带、信风带（东北与东南）、西风带（西南与西北风）、极地东风带。本讲稿第二十九页，共三十八页（一）热带环流圈（一）热带环流圈太阳辐射，赤道表面得到的热量多，极地少，因此赤道表面空气受热膨胀，形成低压，即赤道低赤道低压带压带；而极地的情况刚好相反形成极地高压带极地高压带。空气由赤道上空沿经圈运动受地转偏向力的影响，到了纬度30度时，气流沿纬圈方向运动，空气源源不断从赤道上空流向纬度30度附近，最后空气产生下沉运动，使纬度30度地面气压升高，形成副热带高压带副热带高压带。本讲稿第三十页，共三十八页（二）极地环流圈（二）极地环流圈 由极地流向低纬度的冷空气在纬度60度，与副热带高压流来的暖空气相遇，冷空气居于暖空气下面形成极锋面，暖空气沿锋面上升到高空，分别向低纬和极地处流出，由于空气从高空流出所以地面形成低压带，即副极地低压带副极地低压带。（三）中纬度环流圈（三）中纬度环流圈 副热带高压（30度）流向副极地低压（60度）的暖空气，受极地流向60度的冷空气抬升，在高空流向低纬。本讲稿第三十一页，共三十八页三、影响大气环流的主要因子三、影响大气环流的主要因子1、太阳辐射；2、地球自转；3、海陆分布；4、地形本讲稿第三十二页，共三十八页四、季风四、季风由于大范围的海洋和陆地的热力差异，引起的大由于大范围的海洋和陆地的热力差异，引起的大气的环流，通常以一年为周期，随季节的改变而改变气的环流，通常以一年为周期，随季节的改变而改变风向的风。这种风冬季由大陆吹向海洋，夏季由海洋风向的风。这种风冬季由大陆吹向海洋，夏季由海洋吹向大陆。吹向大陆。季风的形成除了主要受海陆热力差异影响外，还季风的形成除了主要受海陆热力差异影响外，还受行星风带的季节位移影响（主要是由于北半球的东受行星风带的季节位移影响（主要是由于北半球的东北信风带和南半球的东南信风带，会随着太阳直射点北信风带和南半球的东南信风带，会随着太阳直射点的南北移动也南北移动）。的南北移动也南北移动）。本讲稿第三十三页，共三十八页我国的季风状况我国的季风状况夏季夏季欧亚大陆形成低压，海洋形成高压，风从海洋吹欧亚大陆形成低压，海洋形成高压，风从海洋吹向大陆。结果我国东南沿海和大部分地区夏季盛行东南季向大陆。结果我国东南沿海和大部分地区夏季盛行东南季风；而西部地区如云南、贵州、四川等地夏季盛行从印度风；而西部地区如云南、贵州、四川等地夏季盛行从印度洋来的西南季风。因此盛行潮湿温暖的夏季风，造成潮湿洋来的西南季风。因此盛行潮湿温暖的夏季风，造成潮湿多云雨的天气。多云雨的天气。冬季冬季大陆比海洋降温剧烈，大陆形成高压，风从大陆大陆比海洋降温剧烈，大陆形成高压，风从大陆吹向海洋，整个欧亚大陆上形成反气旋。结果内陆冬季风吹向海洋，整个欧亚大陆上形成反气旋。结果内陆冬季风为西北风，华南和西南地区为东北风。因此盛行干燥寒冷为西北风，华南和西南地区为东北风。因此盛行干燥寒冷的冬季风，天气以寒冷晴朗而又干燥为主。的冬季风，天气以寒冷晴朗而又干燥为主。本讲稿第三十四页，共三十八页本讲稿第三十五页，共三十八页第四节第四节 风与农业生产风与农业生产一一 、光合作用、光合作用 1、改变二氧化碳浓度；2、风茎、叶振动导致光合有效辐射以闪光形式分布更广；3、风速大，光合积累产物减少。二、改善蒸腾二、改善蒸腾1、风使作物各层次气温温度得到调节，避免出现高温；2、风速增加，加大叶面蒸腾，从而吸收潜热，叶温降低。三、传播花粉或传播病虫害三、传播花粉或传播病虫害1、花粉传播：主要是风媒花植物（异花受粉）；2、种子传播：该种子较小 或有绒毛 如蒲公英；3、病原体传播：如锈病，白粉病。本讲稿第三十六页，共三十八页1、有一团未饱和湿空气，翻越高有一团未饱和湿空气，翻越高40004000米的山脉，米的山脉，该团空气在山前地面时的温度为该团空气在山前地面时的温度为20.020.0，凝结，凝结高度为高度为10001000米，假设在上升过程中出现的水汽米，假设在上升过程中出现的水汽凝结物均降落在山前，求该团空气到达山后地凝结物均降落在山前，求该团空气到达山后地面时的温度面时的温度(设设r rm m=0.6=0.6100100米米)。本讲稿第三十七页，共三十八页2 2、在山顶和山脚同时观测，得知山顶气压为、在山顶和山脚同时观测，得知山顶气压为850hPa850hPa，气温为，气温为8.08.0，山脚气压为，山脚气压为1000hPa1000hPa，气温为气温为20.020.0，问山顶与山脚两地高度差为，问山顶与山脚两地高度差为多少多少?(?(已知已知lg8.5=0.9294)lg8.5=0.9294)本讲稿第三十八页，共三十八页