空气的水平运动解析.pptx

第四章第四章 气气 象象 空气的水平运动空气的水平运动第1页/共70页第2页/共70页 一、风的表示和测量 二、风的形成 三、风的变化 四、风对飞行的影响主要内容主要内容第3页/共70页一、风的表示和测量一、风的表示和测量1.风的表示气象上的风向是指 风的来向，常用360或16个方位来表示第4页/共70页气象台常用八个方位发布风向的预报，即东（E）、南（S）、西（W）、北（N）、东南（SE）、西南（SW）、西北（NW）和东北（NE）。风向观测是用十六个方位来表示的，即在上述八个方位中间再增加北东北（NNE）、东东北（ENE）、东东南（ESE）、南东南（SSE）、南西南（SSW）、西西南（WSW）、西西北（WNW）和北西北（NNW）。实际测风报告中还经常用0360范围内的数字表示风向，以0为北，90为东，180为南，270为西，余类推。在天气预报中有时还用偏北风、偏南风等名称，偏字表示风向围绕某个方位作小范围摆动。第5页/共70页风的风的1616个方位表示个方位表示第6页/共70页风速风速风速是指单位时间内空气微团的水平位移，常用的风速单位是：米/秒（m/s），千米/小时（km/h），海里/小时（nm/h）1海里/小时也称为节（KT）第7页/共70页2.2.风的测量风的测量n（1）仪器测量 风向风速仪、测风气球、风袋、多普勒测风雷达等。第8页/共70页风风向向风风速速仪仪第9页/共70页测风气球测风气球风袋第10页/共70页多多普普勒勒测测风风雷雷达达测风雷达是测风的专用雷达。气球携带回答器（或反射靶）升空，当雷达天线对准气球时，发出询问脉冲，能立即接收到回答脉冲（或反射脉冲）。根据回答脉冲和询问脉冲的时间间隔可确定气球距雷达的直线距离，加上天线的方位和仰角，即可确定气球的空间位置。由气球运动轨迹可计算得到各高度风向和风速。测风雷达的探测高度可达30km，且不受天气条件限制，但测角精度低于光学经纬仪，设备庞大。中国气象部门使用的是国产701测风雷达。第11页/共70页2.2.目视估计目视估计-风力等级表风力等级表第12页/共70页风力风力等级等级陆地地物象征陆地地物象征相当风速相当风速m/skm/h范围范围中数中数0静，烟直上静，烟直上0.00.2 0.1小于小于11烟能表示风向烟能表示风向0.31.5 0.9152人面感觉有风，树叶有微响人面感觉有风，树叶有微响1.63.3 2.56113树叶及微枝摇动不息，旌旗展开树叶及微枝摇动不息，旌旗展开3.45.4 4.412194能吹起地面灰尘及纸张，小树枝摇动能吹起地面灰尘及纸张，小树枝摇动5.57.96.720285有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波8.010.79.429386大树枝摇动，电线呼呼有声，张伞困难大树枝摇动，电线呼呼有声，张伞困难10.813.812.339497全树摇动，大树枝下弯，迎风步行不便全树摇动，大树枝下弯，迎风步行不便13.917.115.550618可折坏树枝，迎风步行感觉阻力甚大可折坏树枝，迎风步行感觉阻力甚大17.220.719.062749烟囱及平屋房顶受到破坏，小屋受破坏烟囱及平屋房顶受到破坏，小屋受破坏20.824.422.6758810陆上少见，可使树木拔起，建筑物吹坏陆上少见，可使树木拔起，建筑物吹坏24.528.426.58910211陆上很少，有则必有重大损毁陆上很少，有则必有重大损毁28.532.630.610311712陆上绝少，其摧毁极大陆上绝少，其摧毁极大32.736.934.8118133第13页/共70页二、风的形成二、风的形成（一）形成风的力（二）风的形成及风压定理 第14页/共70页（一）形成风的力（一）形成风的力1 水平气压梯度力2 地转偏向力 3 摩擦力4 惯性离心力第15页/共70页1.水平气压梯度力水平气压梯度力由水平气压梯度引起的作用在单位质量空气上的压力差就是水平气压梯度力水平气压梯度力第16页/共70页水平气压梯度的意义水平气压梯度的意义n水平气压梯度可以表示单位体积的空气块受到的水平静压力第17页/共70页水平气压梯度力的大小和方向水平气压梯度力的大小和方向大小：大小：与水平气压梯度成正比，与空气密度成反比方向：方向：垂直于等压线由高压指向低压第18页/共70页2.地转偏向力地转偏向力 定义：由地球自转引起的使相对于 地球运动的物体偏离原来运 动方向的力第19页/共70页地球旋转的作用地球旋转的作用水也一样第20页/共70页地转偏向力的大小和方向地转偏向力的大小和方向地转偏向力的大小：地转偏向力的方向垂直于物体运动的方向，在北半球指向右，在南半球指向左。第21页/共70页3.3.摩擦力摩擦力 空气在近地面运动时，地表对空气产生的阻碍作用即摩擦力。摩擦力可表示为：式中K为摩擦系数，它取决于地表的粗糙程度；负号表示R与V的方向总是相反的。第22页/共70页第23页/共70页三种力与风向的关系第24页/共70页4.惯性离心力惯性离心力 空气在地球表面上作圆周运动时要受到惯性离心力的作用。惯性离心力的方向与速度V垂直，由曲率中心指向外缘。惯性离心力的大小为 第25页/共70页（二）风的形成及风压定理（二）风的形成及风压定理 1.自由大气中风的形成及风压定理2.摩擦层中风的形成及风压定理 第26页/共70页1.1.自由大气中风的形成自由大气中风的形成第27页/共70页地转风地转风由气压梯度力与地转偏向力相平衡而形成的风，称为地转风。地转风是指自由大气中空气的水平等速直线运动，是指无加速度、惯性离心力不起作用情况下的运动。第28页/共70页自由大气中的风压定理自由大气中的风压定理风沿着等压线吹，在北半球背风而立，高压在右，低压在左，等压线越密，风速越大。南半球风的运动方向与北半球相反。第29页/共70页自由大气中低压区和高压区的自由大气中低压区和高压区的风风第30页/共70页结结 论论北半球低压区空气逆时针旋转 高压区空气顺时针旋转 第31页/共70页在北半球穿过低压区飞行，先碰到左侧风，后碰到右侧风。在北半球穿过高压区飞行，先碰到右侧风，后碰到左侧风。应应 用用第32页/共70页2.2.摩擦层中风的形成及风压定理摩擦层中风的形成及风压定理 摩擦层是指从地面到1500米高度的气层第33页/共70页图2-10 摩擦层中风的形成 第34页/共70页摩擦层中的风压定理摩擦层中的风压定理摩擦层中的风压定理：风斜穿等压线吹，在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方，等压线越密，风速越大。南半球风的运动方向与北半球相反第35页/共70页摩擦层大气中作曲线运动的空气摩擦层大气中作曲线运动的空气块块n低压附近的风是沿逆时针方向向内吹n高压附近的风是沿顺时针方向向外吹第36页/共70页已知气压场，判断风场（摩擦层）已知气压场，判断风场（摩擦层）风压定理的应用第37页/共70页已知气压场，判断风场（自由大气）已知气压场，判断风场（自由大气）第38页/共70页三、风三、风 的的 变变 化化（一）摩擦层中风的变化（二）自由大气中风的变化（三）地方性风第39页/共70页（一）摩擦层中风的变化（一）摩擦层中风的变化 1.风随高度的变化2.日变化3.风的阵性 第40页/共70页1.1.摩擦层中风随高度的变化摩擦层中风随高度的变化 在北半球随高度增加，风速增大，风向右偏。南半球风向变化相反。第41页/共70页北半球摩擦层中风随高度变化示意北半球摩擦层中风随高度变化示意图图 第42页/共70页2.2.摩擦层中风的日变化摩擦层中风的日变化白天，近地面的风风速增大，风向向右偏转，上层风的变化则相反。晚上，下层风风速减小，风向向左偏转，上层风速增大，风向右偏转。第43页/共70页3.3.摩擦层中风的阵性摩擦层中风的阵性乱流涡旋随大范围基本气流一起运动，引起局地风向不断改变，风速时大时小，形成风的阵性。第44页/共70页（二）自由大气中风的变化（二）自由大气中风的变化 1.自由大气中风随高度变化的原因 由于水平方向上温度分布不均而造成在一定高度上出现气压差，而形引起风的变化第45页/共70页风随高度的变化风随高度的变化第46页/共70页热成风热成风定义：由气温的水平差异而形成的风称 为热成风。规律：风沿着等温线吹，在北半球背热 成风而立，高温在右，低温在左 等温线越密，风速越大。第47页/共70页西风急流的形成西风急流的形成由于北半球南高北低的温度分布，热成风为西风，高度越高，风速越大。上升到一定高度后，就可能形成西风急流。由热成风的定义和性质可知，北半球中纬度地区的高空风为西风的原因正是热成风的存在。因为高空风遵循“准地转平衡”，即水平科氏力 和“水平气压梯度力”平衡，所以高空风几乎就是地转风。然而，因为自西向东的热成风的存在，使得地转风从底层到高层渐渐地也自西向东吹，这样北半球中纬度地区高空风吹的就是西风。这就是 北半球中纬度地区高空风是西风”的说法的由来。第48页/共70页 （三）地方性风（三）地方性风 一些特殊的地理条件也会对局地空气运动产生影响，形成与地方性特点有关的局部地区的风，称为地方性风。主要的地方性风有：1.海陆风 2.山谷风 3.峡谷风 4.焚风 第49页/共70页海陆风是因海洋和陆地受热不均匀而在海岸附近形成的一种有日变化的风系。在基本气流微弱时，白天风从海上吹向陆地，夜晚风从陆地吹向海洋。前者称为海风，后者称为陆风，合称为海陆风。海 风第50页/共70页由于山谷与其附近空气之间的热力差异而引起白天风从山谷吹向山坡，这种风称“谷风(valley breeze)”；到夜晚，风从山坡吹向山谷称“山风(mountain breeze)”。山风和谷风总称为山谷风。山谷风第51页/共70页峡谷风当气流从开阔地区向两山对峙的峡谷地带流入时，由于空气质量不能在峡谷内堆积，于是气流将加速流过峡谷，风速相应增大，这种比附近地区风速大得多的风叫做峡谷风（穿堂风）。第52页/共70页焚焚 风风第53页/共70页焚风往往以阵风形式出现，从山上沿山坡向下吹。焚风现象是由于湿空气越过山脉时，被迫抬升失去水分（一般形成地形雨），并在山脉背风坡一侧下沉时增温，形成高温并且干燥的气流。因而气团所经之地湿度明显下降，气温也会迅速升高。第54页/共70页四、地形与障碍物风的影响 第55页/共70页地表面的粗糙度 第56页/共70页地形和大的建筑物会分散风的流向，产生会快速改变方向和速度的阵风。第57页/共70页第58页/共70页第59页/共70页第60页/共70页第61页/共70页五、风对飞行的影响五、风对飞行的影响（一）风对飞机起飞着陆的影响（二）风对飞机航行的影响 第62页/共70页风对飞机起飞着陆的影响风对飞机起飞着陆的影响地面顺风地面逆风地面侧风第63页/共70页 逆风，迎面吹向飞机的风。由于逆风会增加升力，飞机大多在逆风情况下起飞或降落。顺风，从飞机后面吹来的风。顺风会减低升力，飞机通常会避免在顺风情况下起飞或降落。侧风，从侧面吹来的风。飞机降落时如遇到侧风剧变，或会偏离跑道中线风切变，是指逆风或顺风出现持续多于几秒的转变而引致浮力产生变化。浮力减少可导致飞机向下偏离，低于预定飞行路线。湍流，是由大气快速不规则的流动所引起的。它使飞机产生颠簸，严重时飞机可能会短暂失控。影响飞机飞行的5种风第64页/共70页地面侧风地面侧风第65页/共70页高空风对飞行的影响高空风对飞行的影响高空顺风：会增大地速、缩短飞行时间、减少燃油消耗、增加航程。高空逆风：会减小地速、增加飞行时间、缩短航程。高空侧风：会产生偏流，需进行适当修正以保持正确航向。第66页/共70页风与地速风与地速第67页/共70页高高空空侧侧风风第68页/共70页复习思考题复习思考题 1.形成风的力有哪些，北半球地转偏向力的方向如何？2.自由大气和摩擦层中的风压定理是如何表述的，区别在哪里？3.摩擦层中风的变化方式有哪些，变化原因是什么？第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页