农业气象学气压.ppt

第五章第五章 气压和风气压和风1.1.气气压压、气、气压场压场2.2.空气的水平运空气的水平运动动(风风)3.3.大气大气环环流流1.1.气压的概念气压的概念 大气在地球重力场的作用下，对地球表面施予的压力，称为大气压力。单位面积上受到的大气压力，称大气压强，简称气压（P）。压强单位：Pa 1Pa=1 N/m2(牛顿/m2)气压单位：百帕(hPa)1hPa=100Pa 第一节第一节 气压和气压场气压和气压场一、气压及其变化一、气压及其变化 2.2.气压的变化气压的变化 (1)(1)气压随时间变化气压随时间变化 a.a.气压的周期性变化（气压的周期性变化（1.1.气压的日变化；气压的日变化；2.2.年变化）年变化）b.b.气压的非周期性变化气压的非周期性变化 (2)(2)气压随空间的变化气压随空间的变化 a.a.气压的垂直变化气压的垂直变化 b.b.气压的水平分布气压的水平分布 （2 2）气压随空间的变化气压随空间的变化 a.a.气压的垂直分布气压的垂直分布 b.b.气压的水平分布气压的水平分布 a.气压的垂直分布气压的垂直分布由于大气层的厚度随高度的增高而变薄，空气密度也随高度增高而迅速减小，由于大气层的厚度随高度的增高而变薄，空气密度也随高度增高而迅速减小，所以，气压随高度增高而急剧减小。所以，气压随高度增高而急剧减小。大气静力学方程大气静力学方程 P=-W W=gz P=-gz地面地面 压高公式压高公式b.b.气压的水平分布气压的水平分布各地温度不同各地温度不同 空气密度分布有差异空气密度分布有差异 气压的水平分布不均匀。气压的水平分布不均匀。1.1.气压场气压场 气压在空间的分布状况称为气压场。气压在空间的分布状况称为气压场。气压场可以用气压场可以用等高面上的等高面上的等压线分布图等压线分布图；等压面上的等压面上的等高线分布图等高线分布图表示。表示。2.2.气压场的基本型式气压场的基本型式3.3.气压系统的空间结构气压系统的空间结构(垂直结构垂直结构)二、气压场二、气压场 （1 1）等高面图等高面图 高度处处相等的面叫做等高面。等高面上的气压分布情况可用等压线来表示。高度处处相等的面叫做等高面。等高面上的气压分布情况可用等压线来表示。1.1.气压场气压场（等高面图、等压面图）（等高面图、等压面图）（2 2）等压面图）等压面图 等压面是空间气压相等的各点所组成的面。等压面是空间气压相等的各点所组成的面。等压面上的高度等压面上的高度 位势米位势米 位势：单位质量空气相对于海平面所具有的位能称为重力位势。位势：单位质量空气相对于海平面所具有的位能称为重力位势。1kg 单位：位势米（单位：位势米（9.8J/kg9.8J/kg）H H：位势高度：位势高度(位势米位势米)；位势米位势米 Z Z：几何高度：几何高度(m);(m);g g：重力加速度：重力加速度(m/s(m/s2 2)2.2.气压场的基本型式气压场的基本型式 （1 1）低气压：具有闭合等压线，中心气压低，外围气压高的气压区。）低气压：具有闭合等压线，中心气压低，外围气压高的气压区。（2 2）低压槽：从低压区里延伸出来的狭长区域。）低压槽：从低压区里延伸出来的狭长区域。在低压槽中，各等压线弯曲最大处的连线称槽线。在低压槽中，各等压线弯曲最大处的连线称槽线。2.2.气压场的基本型式气压场的基本型式 （3 3）高气压：具有闭合等压线，中心气压高，外围气压低的气压区。）高气压：具有闭合等压线，中心气压高，外围气压低的气压区。（4 4）高压脊：从高压区里延伸出来的狭长区域。）高压脊：从高压区里延伸出来的狭长区域。在脊中，各等压线弯曲最大处的连线称脊线。在脊中，各等压线弯曲最大处的连线称脊线。2.2.气压场的基本型式气压场的基本型式 （5 5）鞍形场：两个高压和两个低压交错相对的中间区域，称为鞍形场）鞍形场：两个高压和两个低压交错相对的中间区域，称为鞍形场2.2.气压场的基本型式气压场的基本型式 高空气压场高空气压场3.3.气压系统的空间结构气压系统的空间结构（垂直结构）（垂直结构）气压系统存在于三维空间中，气压系统存在于三维空间中，在静力平衡下，气压系统随高度的变化同温度分布密切相关。在静力平衡下，气压系统随高度的变化同温度分布密切相关。温压场对称系统温压场对称系统 温度场与气压场配置重合的系统。温度场与气压场配置重合的系统。温压场不对称系统温压场不对称系统 温度场与气压场配置不重合的系统。温度场与气压场配置不重合的系统。3.3.气压系统的空间结构气压系统的空间结构（垂直结构）（垂直结构）（1 1）温压场对称系统）温压场对称系统 a.a.暖性高压暖性高压 b.b.冷性低压冷性低压 c.c.暖性低压暖性低压 d.d.冷性高压冷性高压3.3.气压系统的空间结构气压系统的空间结构（垂直结构）（垂直结构）（2 2）温压场不对称系统）温压场不对称系统 高气压：由于暖区一侧气压随高度升高而降低比冷区一侧慢，所以高压中心高气压：由于暖区一侧气压随高度升高而降低比冷区一侧慢，所以高压中心 越到高空越向暖区靠近。越到高空越向暖区靠近。低气压：由于冷区一侧气压随高度升高而降低比暖区一侧快，所以低压中心低气压：由于冷区一侧气压随高度升高而降低比暖区一侧快，所以低压中心 越到高空越向冷区靠近。越到高空越向冷区靠近。第二节第二节 空气的水平运动空气的水平运动一、作用于空气质点上的力一、作用于空气质点上的力(形成风的作用力形成风的作用力)二、大气中的风二、大气中的风 1.1.自由大气中空气的水平运动自由大气中空气的水平运动(地转风、梯度风地转风、梯度风)2.2.摩擦层中空气的水平运动摩擦层中空气的水平运动空气的任何方向运动，均可分解为空气的任何方向运动，均可分解为水平水平和和垂直方向垂直方向的两个部分。的两个部分。气象学上把气象学上把空气的水平运动称之为风空气的水平运动称之为风。风是矢量，包括风向和风速。风是矢量，包括风向和风速。风向：指风的来向，通常用风向：指风的来向，通常用1616个方位表示。个方位表示。风速：指单位时间内空气水平移动的距离，用米风速：指单位时间内空气水平移动的距离，用米秒秒-1-1表示。表示。风的概念风的概念1.1.水平气压梯度力水平气压梯度力(Air Pressure-Gradient Force)(Air Pressure-Gradient Force)气压梯度气压梯度：指垂直于等压面，向气压减低的方向，在单位距离内气压减低的：指垂直于等压面，向气压减低的方向，在单位距离内气压减低的数值数值。气压梯度力气压梯度力：由于气压梯度的存在，空气从高压区流向低压区，这种促使空气流动：由于气压梯度的存在，空气从高压区流向低压区，这种促使空气流动 的力称之为气压梯度力（的力称之为气压梯度力（GG）。）。(单位质量空气受到的气压梯度力单位质量空气受到的气压梯度力)一、作用于空气质点上的力一、作用于空气质点上的力(形成风的作用力形成风的作用力)2.2.水平地转偏向力水平地转偏向力 (Coriolis Force)(Coriolis Force)空气在转动着的地球上运动着，空气在转动着的地球上运动着，当运动着的空气质点依其惯性顺着气压梯度力的方向运动时，当运动着的空气质点依其惯性顺着气压梯度力的方向运动时，由于地球转动而产生的使空气偏离气压梯度力方向的力，叫做地转偏向力由于地球转动而产生的使空气偏离气压梯度力方向的力，叫做地转偏向力(A)(A)。3.3.惯性离心力惯性离心力(Centrifugal force)(Centrifugal force)当空气作曲线运动时，还要受到惯性离心力。当空气作曲线运动时，还要受到惯性离心力。惯性离心力的方向，同空气运动方向相垂直，并自曲线路径的曲率中心指向外线。惯性离心力的方向，同空气运动方向相垂直，并自曲线路径的曲率中心指向外线。4.4.摩擦力摩擦力(Friction force)(Friction force)两个相互接触的物体相对运动时，接触面之间所产生的一种阻碍物体运动的力。两个相互接触的物体相对运动时，接触面之间所产生的一种阻碍物体运动的力。摩擦力摩擦力 内摩擦力、外摩擦力内摩擦力、外摩擦力内摩擦力内摩擦力：速度不同或方向不同的，相互接触的两个空气层之间所产生的一种相互牵制的力。速度不同或方向不同的，相互接触的两个空气层之间所产生的一种相互牵制的力。外摩擦力外摩擦力：空气贴近下垫面运动时，下垫面对空气的阻力。：空气贴近下垫面运动时，下垫面对空气的阻力。它的方向与空气运动方向相反，大小与空气运动速度和摩擦系数成正比。它的方向与空气运动方向相反，大小与空气运动速度和摩擦系数成正比。上述四个力，都是在水平方向上作用于空气的力。上述四个力，都是在水平方向上作用于空气的力。近地面层所测得的风，都是这四个力共同作用的结果。近地面层所测得的风，都是这四个力共同作用的结果。气压梯度力是产生风的主要动力。气压梯度力是产生风的主要动力。其它力是空气开始运动后产生和起作用的，其作用视具体情况而不相同。其它力是空气开始运动后产生和起作用的，其作用视具体情况而不相同。讨论低纬度地区空气运动时，有时可不考虑地转偏向力。讨论低纬度地区空气运动时，有时可不考虑地转偏向力。空气作近似直线运动时，惯性离心力可以不考虑。空气作近似直线运动时，惯性离心力可以不考虑。讨论高层大气的空气运动时，一般不考虑摩擦力。讨论高层大气的空气运动时，一般不考虑摩擦力。1.1.自由大气中空气的水平运动自由大气中空气的水平运动 a.a.地转风地转风在自由大气等压线平直的气压场中，水平气压梯度力与水平地转偏向力相在自由大气等压线平直的气压场中，水平气压梯度力与水平地转偏向力相平衡时所形成的风，称为地转风。平衡时所形成的风，称为地转风。二、大气中空气的水平运动二、大气中空气的水平运动风压定律(风与气压场的关系)背风而立，高压在右，低压在左。1.1.自由大气中空气的水平运动自由大气中空气的水平运动 b.b.梯度风梯度风 在自由大气中，空气作曲线运动时，在自由大气中，空气作曲线运动时，除了受除了受水平气压梯度力水平气压梯度力和和水平地转偏向力水平地转偏向力的作用外，还受的作用外，还受惯性离心力惯性离心力的作用，的作用，在这三个力达到平衡时的风，称为梯度风。在这三个力达到平衡时的风，称为梯度风。北半球：低压中的梯度风平行于等压线，绕低压中心作逆时针方向旋转-气旋气旋高压中的梯度风平行于等压线，绕高压中心作顺时针方向旋转-反气旋反气旋2.2.摩擦层中空气的水平运动摩擦层中空气的水平运动 在摩擦层中，由于摩擦层的作用，使空气运动不沿等压线，而是穿过等压线，在摩擦层中，由于摩擦层的作用，使空气运动不沿等压线，而是穿过等压线，向着梯度力的方向偏去。向着梯度力的方向偏去。交角：摩擦力越大，风速降低得越多，交角越大。交角：摩擦力越大，风速降低得越多，交角越大。陆上：陆上：35-4535-45；该气压场所应有的地转风速的；该气压场所应有的地转风速的35-45%35-45%海上：海上：10-2010-20；该气压场所应有的地转风速的；该气压场所应有的地转风速的60-70%60-70%风风第三节第三节 大气环流大气环流一、三圈环流一、三圈环流二、季风环流二、季风环流三、地方性风三、地方性风 大气环流：地球上各种规模空气运动状况称为大气环流。大气环流：地球上各种规模空气运动状况称为大气环流。大气环流即包含大尺度的大气运动，也包含一些中、小尺度的大气运动。大气环流即包含大尺度的大气运动，也包含一些中、小尺度的大气运动。形成大气环流的主要因素：形成大气环流的主要因素：a.a.太阳辐射造成的赤道与极地之间的温度差异太阳辐射造成的赤道与极地之间的温度差异 b.b.地球自转造成的对气流运动的偏转作用地球自转造成的对气流运动的偏转作用 c.c.地球表面海陆分布和地形条件的影响地球表面海陆分布和地形条件的影响 1.1.单圈环流单圈环流 假设地球表面是均匀一致的，并且没有地球自转运动。假设地球表面是均匀一致的，并且没有地球自转运动。一、三圈环流一、三圈环流2.三圈环流三圈环流 只受太阳辐射和地球自转影响所形成的环流圈，称为三圈环流。只受太阳辐射和地球自转影响所形成的环流圈，称为三圈环流。3.3.行星风系和大气活动中心行星风系和大气活动中心 行星风系：行星风系：地球表面气压带的分布都是相互平行的，沿纬圈环绕地球成带状的分布。地球表面气压带的分布都是相互平行的，沿纬圈环绕地球成带状的分布。由这些气压带所产生的相应的风带，称为由这些气压带所产生的相应的风带，称为行星风带行星风带。3.3.行星风系和大气活动中心行星风系和大气活动中心 大气活动中心大气活动中心由于海陆分布和地形条件的影响，使得上述有规律性分布的气压带和风带或由于海陆分布和地形条件的影响，使得上述有规律性分布的气压带和风带或者断裂，或者变形。者断裂，或者变形。由于海陆分布割断了带状分布的纬向气压带而形成的高、低压中心，对天气由于海陆分布割断了带状分布的纬向气压带而形成的高、低压中心，对天气有决定性影响，故称为大气活动中心。有决定性影响，故称为大气活动中心。季风：大范围的季风：大范围的盛行风向盛行风向随季节有显著改变的现象称为季风。随季节有显著改变的现象称为季风。显著改变显著改变：一月和：一月和7 7月盛行风向改变至少月盛行风向改变至少120120。季风的形成原因：季风的形成原因：海陆之间对热力反应发生差异所引起；海陆之间对热力反应发生差异所引起；行星风带季节性移动所致。行星风带季节性移动所致。二、季风环流二、季风环流我国的季风环流我国的季风环流 冬季：空气来之大陆高纬度地区（蒙古高压）冬季：空气来之大陆高纬度地区（蒙古高压）带来干冷空气带来干冷空气(西北风、北风和东北风西北风、北风和东北风)天气：晴朗、干冷。天气：晴朗、干冷。夏季：风从海洋吹向陆地（太平洋副热带高压）夏季：风从海洋吹向陆地（太平洋副热带高压）带来温暖湿润（西南风、南风、东南风）带来温暖湿润（西南风、南风、东南风）天气：多云、多雨天气：多云、多雨地方性风：与地形或地表性质有关的局部地区的风，称为地方性风。地方性风：与地形或地表性质有关的局部地区的风，称为地方性风。1.1.海陆风海陆风 在沿海地区发生的昼夜间有风向转换现象的风，称为海陆风。在沿海地区发生的昼夜间有风向转换现象的风，称为海陆风。白天风由海洋吹向陆地称为海风。白天风由海洋吹向陆地称为海风。夜间风由陆地吹向海洋称为陆风。夜间风由陆地吹向海洋称为陆风。三、地方性风三、地方性风2.2.山谷风山谷风 在山区出现的随昼夜交替而转换风向的风，称为山谷风。在山区出现的随昼夜交替而转换风向的风，称为山谷风。昼间风由山谷吹向山顶称为谷风。昼间风由山谷吹向山顶称为谷风。夜间风由山顶吹向山谷称为山风。夜间风由山顶吹向山谷称为山风。3.3.焚风焚风 气流翻越高大山岭时，在背风坡绝热下沉，形成又干又热的风称为焚风。气流翻越高大山岭时，在背风坡绝热下沉，形成又干又热的风称为焚风。4.4.峡谷风峡谷风当空气由开阔地区进入狭窄谷地时，谷口截面积小，但空气质量又不可能在当空气由开阔地区进入狭窄谷地时，谷口截面积小，但空气质量又不可能在这里堆积，于是气流就必须加速前进，因而形成了强风，这种风称为峡谷风。这里堆积，于是气流就必须加速前进，因而形成了强风，这种风称为峡谷风。1.1.风可以调节农田小气候状态风可以调节农田小气候状态 风能影响农田湍流交换强度：风能影响农田湍流交换强度：增强地面与空气的热量和水分等的交换增强地面与空气的热量和水分等的交换 增加土壤蒸发和作物蒸腾增加土壤蒸发和作物蒸腾 增加空气中增加空气中COCO2 2等成分的交换等成分的交换 作物群体内部的空气不断更新，对株间的温度、水汽、作物群体内部的空气不断更新，对株间的温度、水汽、COCO2 2等调节有重要作用等调节有重要作用影响作物的影响作物的光合作用光合作用和和蒸腾作用蒸腾作用。第四节第四节 风与农业生产风与农业生产2.2.风对花粉、种子传播的影响风对花粉、种子传播的影响 有些异花授粉植物是靠风来传播花粉，微风能提高授粉、受精，有利于高产。有些异花授粉植物是靠风来传播花粉，微风能提高授粉、受精，有利于高产。一些植物的果实种子靠风力传到很远的地方，扩大它们的繁殖。一些植物的果实种子靠风力传到很远的地方，扩大它们的繁殖。3.3.风害风害 大风引起的对农作物或树木造成的直接或间接的危害。大风引起的对农作物或树木造成的直接或间接的危害。（1 1）风对作物的危害风对作物的危害 强风对农作物的直接危害有：强风对农作物的直接危害有：使作物倒伏和折断，使作物遭受机械损害使作物倒伏和折断，使作物遭受机械损害 造成落花、落荚、落铃、落果造成落花、落荚、落铃、落果 可吹走表土，使植物根系暴露可吹走表土，使植物根系暴露 大风加速植物蒸腾，使耗水过多，造成叶片气孔关闭，光合强度降低。大风加速植物蒸腾，使耗水过多，造成叶片气孔关闭，光合强度降低。（2 2）风能加重土壤干旱，造成土壤风蚀风能加重土壤干旱，造成土壤风蚀 干旱地区、干旱季节的多风天气干旱地区、干旱季节的多风天气 增加土壤水分消耗，加重旱情。增加土壤水分消耗，加重旱情。大风吹走大量表土，造成风蚀。大风吹走大量表土，造成风蚀。沙漠化沙漠化 从地表面风蚀开始，经过风化、片状流沙发育和形成密集沙丘。从地表面风蚀开始，经过风化、片状流沙发育和形成密集沙丘。（3 3）风能传播病虫害、杂草风能传播病虫害、杂草 风能传播病原体，引起作物病害的蔓延。风能传播病原体，引起作物病害的蔓延。风能帮助一些害虫迁飞，扩大危害范围。风能帮助一些害虫迁飞，扩大危害范围。风能传播杂草种子，扩大繁殖区。风能传播杂草种子，扩大繁殖区。防御风沙害的措施和对策防御风沙害的措施和对策 a.a.增加地面植被覆盖增加地面植被覆盖 营造防风林，设置风障等。营造防风林，设置风障等。b.b.改进农业技术措施改进农业技术措施 选育矮秆、茎秆坚韧能抗风的优良品种选育矮秆、茎秆坚韧能抗风的优良品种 调整播种期，尽可能避开风沙害时期调整播种期，尽可能避开风沙害时期 高秆作物的培土防风高秆作物的培土防风 果树类的修剪、整形和立杆支撑果树类的修剪、整形和立杆支撑 作物种植行向与地区盛行风向一致作物种植行向与地区盛行风向一致 c.c.调整农业生产结构调整农业生产结构 思考题思考题 1 1名词：气压场名词：气压场 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 高气压高气压 高压脊高压脊 低气压低气压 低压槽低压槽 地转风地转风 梯度风梯度风 焚风焚风 季风季风 大气活动中心大气活动中心 大气环流大气环流 1 1气压与高度的关系？气压与高度的关系？2 2实际大气中风是在哪几种力的作用下形成的？各自所起的作用如何？实际大气中风是在哪几种力的作用下形成的？各自所起的作用如何？3 3自由大气中的风和摩擦层中的风是怎样形成的？自由大气中的风和摩擦层中的风是怎样形成的？4 4三圈环流是在什么条件下形成的？三圈环流是在什么条件下形成的？5 5地球上可分哪几种风带和气压带？为什么会出现高、低气压活动中心？地球上可分哪几种风带和气压带？为什么会出现高、低气压活动中心？6 6焚风、山谷风是怎样形成的？焚风、山谷风是怎样形成的？7 7风对农业生产有哪些影响？风对农业生产有哪些影响？