《气压和风最全》PPT课件.ppt

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1、第五章 气压和风,1 气压和气压场2 大气的水平运动3 大气环流4 风与农业,气压：任一高度的气压就是在这个高度上 单位面积所承受的大气柱重量：P=Mg/A=Mg（A 单位面积1）,单位：百帕（hpa）或毫巴（mb）、mmHg、大气压 1百帕=3/4mmHg;1个大气压=1013.3hpa,温度的时空分布不均匀造成了空气密度分布的差异，并最终导致气压的时空分布不均匀，从而造成了大气的运动。,T（x，y，z，t）P（x，y，z，t）V（x，y）,温度的时空不均匀气压的时空分布不均匀空气的水平方向的流动（非垂直方向）,A,B,C,冷热不均引起的热力环流,高，低是同一水平上进行比较才有意义，垂直方向

2、无可比性,A,B,C,高,低,低,高,高,低,冷热不均引起的热力环流,A,B,C,高,低,低,高,高,低,冷热不均引起的热力环流,1 气压和气压场,一、气压及其变化：1、概念：,2、时空变化规律：,（1）气压随高度的变化：随Z而,两个原因：大气被地球引力吸引，Z高，密度小直接根据定义，下层空气柱高度更大,气压随高度Z而的定量关系可用压高方程表示，表示了气压和高度之间的定量关系。,t：（z2-z1）气层间的平均温度，=1/273P1是Z1高度的气压Z2-Z1气层的厚度常用于 海平面气压订正（以拉萨海拔3000米为例）,降低的幅度？,（2）气压随时间的变化：,各地气压的变化实际就是空气质量在地球上

3、重新分配的结果。（全球大气质量5130万亿吨，恒定）,气压的周期性变化：（由温度周期性变化引起）,地面气压的日变化：有单峰型、双峰型、三峰型。以双峰型最为常见。,气压影响因素：温度（潮汐引力）,气压和温度的日变化趋势一致纬度高，气温日变化小（如极地），所以气压日变化随维度的增加而减小 在低纬地区，平均日振幅可达34百帕，到纬度50附近日振幅不足1百帕了气温的年变化随维度的增加而增加，所以气压的年变化也是随着维度的增加而增加高温对应低压，低温对应高压（相反）,两个高值：910点（最高）；2122点（次高）两个低值：1516点（最低）；34点（次低）；滞后2-3小时次高 次低是由于潮汐作用引起的,

4、大气压日变化的原因有三点：一是大气的运动;二是大气温度的变化;三是大气湿度的变化。日出后地面升温，热量输送给大气，大气温度升高湿度增大，在1516时大气上升辐散运动的速度达最大值，同时大气的湿度也达较大值。受此二因素的影响，此时大气压最低。16时后，大气温度逐渐降低湿度减小，大气压开始升高。即最低温对应最高压，同时表现为滞后现象 进入夜晚，大气变冷开始向地面下降，在上午910时，大气辐散下降压缩到最大程度，此时的大气压是一天中的最高值。,日变化双峰型产生的原因：,海陆因素：气压年变化陆大海小 气压值陆地上是夏低冬高，海上冬低夏高纬度因素：随升高，气压年较差升高。,气压的年变化：,海洋,气压的非

5、周期性变化：由气压系统的活动造成的，活动频繁的地区，非周期性变化表现明显。（冷暖气团的频繁交流）随升高，气压的非周期性变化表现明显。在中、高纬度地区，气压非周期性变化的强度远大于周期性。,二、气压场,场：某一个物理量的空间分布 气压系统：对于同一平面，有的地方气压高，有的地方气压低，则呈现出不相同的气压形势，这些不同的气压形势统称为气压系统。,气压场：气压系统（高压系统和低压系统）的空间分布称为气压场。,（一）气压场的表示方法：等高面图、等压面图,等高面图：,等高面：空间高度处处相等点组成的面（如海平面）,等压线：在同一水平面上（等高面）气压相等点的连线,等高面图：等高面上等压线的分布图。其实

6、就是海 平面的气压分布图,表示方法：A、每间隔2.5hpa绘制一条等压线并构成气压 水平分布图。（以1000bpa为起点，海平面平均气压）B、等压线有平直和闭合二种。,等高面图：等压线分布图,先将全国各地的气象站的气压测定值订正到海平面上，然后将气压相等的点连接,等高面图上标记的是气压值。,2、等压面图：,形状：等压面并不是一个水平面，而像地表形 态一样是一个高低起伏的曲面。,1等压面及其形状：,等压面：空间气压相等的各点组成的面。,等压面图的投影方法：用一组间隔相等的水平面去切割等压面。水平面之间的高度相差4位势什米。,2对于一个等压面，其上各点高度并不全部相等，把高度相等的点连接起来的线为

7、等高线，等压面上等高线的分布图为等压面图。,等压面,等压面和等高线的关系,海平面的投影图等压面图,所以，等压面图上有等高线,实际的等压面图D是凹下去的，G是凸起的,等压面图上标记的是高度值。,等压面与等高面的关系,等压面 PAPBPCP HAHBHC 等高面 HaHbHcH ZAaZBbZCc PaPbPc,必须同一个水平面才能比较气压高低所以需要订正到等高面上,根据气压定义计算Pa=PA+PAa,空间等压面上高度最高的点对于其同一水平面上相邻各点气压最高。,空间等压面上高度最低的点对于其同一水平面上相邻各点气压最低。,等压面向上凸，则对应的是水平面上的高压区域，也即等压面图上等高线的高值区域

8、。等压面向下凹，则对应的是水平面上的低压区域，也即等压面图上等高线的低值区域。,总结：气象上常用的天气图：地面天气图（等高面图）：海平面气压分布图。高空天气图（等压面图），常见的有：850mb（平均高度：在1500m上下波动），700mb（3000m），500mb（5500m）,低气压：等压线闭合，中心气压低，向四周逐渐增高。,1 0 1 0,1 0 2 0,1 0 1 5,（二）气压场的基本型式：五种,高空形状：凹下去,低压槽：从低压区向外伸出的狭长部分，或未闭合等压线由低压向气压较高一方突出的部分。,槽线：有槽处，每一条等压线曲率最大点的连线。,3.高压：等压线闭合，中心气压 高，向四周逐

9、渐降低。,1 0 1 0,1 0 2 0,1 0 1 5,4.高压脊：从高压区向外伸出的狭长部分，或未闭合等压线向气压较低一方突出的部分。,脊线：有脊处，各等压线曲率最大点的连线。,5.鞍形场：两高压和两低压相对组成的气压场，其中间部分简称“鞍”。,高,高,低,低,鞍,等压面上有等高线等高面上有等压线不管是在地面图还是高空图，主要图上有高值区（高压或高卫位势），都反映了高压区域，对应形状高压都是凸起只要看到有低值，肯定指低压区（地面低压区，高空低压区），对应形状为凹型,总结,等压面与等压线 视频总结,2 空气的水平运动 风,内容：气压的分布不均匀导致空气的水平运动，也就是风,风：空气相对地面的

10、水平运动。,空气的任何方向运动，均可分解为水平和垂直方向的两个部分。气象学上把空气的水平运动称之为风。风是矢量，包括风向和风速。风向：指风的来向。风速：指单位时间内空气水平移动的距离，用ms-1表示。,风,一、作用于空气上的力（一）水平气压梯度力Gn（二）水平地转偏向力An（三）惯性离心力C（四）摩擦力R,n只考虑水平方向的（垂直方向上也有分量，但是不考虑）,牛顿第二定律：有力才会运动,（一）水平气压梯度力：,由于水平方向上气压分布不均匀而产生的力。,N1,N2,N1N2Gn1Gn2,方向：水平方向上垂直于等压线,由高压指向低压。,气压梯度（N距离）,等压线稀疏，单位距离内气压差异小(气压梯度

11、小),等压线密集，单位距离内气压差异大(气压梯度大),2、Gn的作用：空气作水平运动的最根本最直接的原因，运动方向是垂直于等压线，由G向D做加速运动。,（二）水平地转偏向力An（柯氏力）：,由于地球自转而产生的，从地球表面观测到的力。作用是与水平气压梯度力相抗衡，阻止风速越来越大,公式：,An=2Vsinj,：地球自转角速度（常数）：纬度 v：空气水平运动速度,An的最大值在两极：An=2vAn的最小值在赤道：An=0(赤道上从无台风产生),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，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)。

12、,方向：N.H.垂直指向空气运动方向的右侧，S.H.指向左侧。,性质：虚力（无施力者）、视力，不做功。只改变运动的方向，不改变运动的速度。,（三）惯性离心力C：,物体作曲线运动时，会感到一种由运动轨迹的中心沿曲率半径指向外沿的力。,方向：由曲率中心沿曲率半径指向外缘，垂直于运动方向。,公式：,r,C,=,V 2,性质：虚力（无施力者），不做功。只改变运动的方向，不改变运动的速度。,大气中做曲线运动的气团，C很小（因为半径大），但低纬地区或V很大（如龙卷风），C可能大于An,（四）摩擦力R：,两个相互接触的物体，在有相对运动时，产生的一种阻碍对方运动的力。,方向：和空气运动的方向相反。（实力）,

13、k：摩擦系数，取决于下垫面的粗糙程度。,作用：使空气运动速度减小。,摩擦层：空气运动受摩擦力影响的层次。只在摩擦层考虑(2KM),公式：,R,=,-k v,四力总结：,Gn,=,1,P,N,An,=,2,V,sin,j,r,C,=,V,2,R,=,-,k v,四力综述：,Gn为原动力，唯一的可使空气由静止转为运动的力，其他三力都是在空气运动后产生的。An与C只改变运动方向，不改变大小，而R既改变方向，又改变大小。An在高纬度地区、大尺度的运动中考虑，C在曲线运动中考虑（实际大气很少有直线运动），R在摩擦层中考虑(高层大气不考虑）。唯An有S.H.与N.H.之分，方向相反，其他三力均无区分。,上

14、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。,第五章 气压和风2 大气的水平运动,一、作用于空气上的力,二、自由大气中空气的水平运动,二、自由大气中空气的水平运动,（一）地转风：,概念：在自由大气中，在平直等压线 的情况下，Gn与An平衡时空 气的一种水平等速直线运动。,（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），,方向：,二力平衡的建立过程,Gn是处处相等的，因为等压线梯度,在给定气压场中，任意一点的气压场既定，Gn也定，An也可定（与Gn大小相等，方向相反），则Vg的方向也可定（An垂直指向V的右侧）。,地转风的风压定律：

15、地转风沿等压线吹，背风而立，在N.H.左侧为低压，右侧为高压，S.H.左高右低。,风压定律(风与气压场的相互判断)背风而立，低压在左，高压在右,练习：,考虑北半球,D,G,实际天气图上平直等压线很少（大部分是弯曲的）,（二）梯度风（空气做曲线运动）,概念：在自由大气中，在弯曲等压线的气压场中，空气做曲线运动时，Gn、An、C（惯性离心力）平衡时的风。,方向：简化成圆形等压线考虑,Gn,C,An,在低压中，N.H.的梯度风Vc沿等压线呈逆时针旋转,S.H.相反。,Gn=An+C,方向：简化成圆形等压线考虑,An,Gn+C=An,在高压中，N.H.的梯度风Vac沿等压线吹，呈顺时针旋转，S.H.相

16、反。,梯度风的风压定律：梯度风沿等压线吹，N.H.背风而立，左侧为低压，右侧为高压，S.H.相反。,不管是地转风还是梯度风，都遵循风压定律。,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,第五章 气压和风2 大气的水平运动,一、作用于空气上的力二、自由大气中空气的水平运动,三、摩擦层中空气的水平运动,气压梯度力,风向,摩擦力,地转偏向力,风向：斜穿等压线（低空风）左前方为低压，右后方为高压,摩擦力对近地面风的影响,1 平直等压线时：,2 弯曲等压线时：(斜穿等压线由高压到低压）,D,G,在N.H.低压系统的风

17、总是逆时针辐合（不仅仅是逆时针旋转还要逆时针辐合），高压系统的风总是顺时针辐散。高压永远是辐散，低压永远是辐合（NH SH),四力平衡寻找支点进行分析（作业）,在北半球等压线图中，近地面风向是-,高空风向是-,1010百帕,1005百帕,A,B,C,D,B,A,练习：,读北半球某地地面天气图，完成下列问题：,1、就气压状况而言，A点位于_系统;就气流状况而言，B点位于_系统。,2、A、B两处比较，A处风力_(大于或小于)B处，B处风向为_。,3、比较A、B两处天气状况，_处为晴天，_处为云雨天气。,D,G,小于,SE 因为还要考虑辐散,B,A,G,上面的内容是研究空气质点的运动，研究其与等压线

18、的关系 整个大气圈的运动时什么样的？,第五章 气压和风3 大气环流,概念：大气环流就是指具有全球规模的大气的瞬时的以及平均的运动状况。,一、大气环流形成的主要因素,（一）太阳辐射的作用（二）地球自转的作用（三）地表的作用,形成大气环流的主要因素：太阳辐射造成的赤道与极地之间的温度差异地球自转造成的对气流运动的偏转作用地球表面海陆分布和地形条件的影响,（一）太阳辐射的作用,赤道,极地,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。,结果是全球热量的平衡,单圈环流 视频总结,作用：在南北方向上进行热量交换，使其差异减小，达到全球热量平衡。太阳辐射是产生和维持大气环流的直接原动力。,极地

19、东风带,赤道低压带,极地高压带,东北信风带,副热带高压带,盛行西风带,副极地低压带,Haddly 环流圈,Ferrel环流圈,极地 环流圈,30,60,（二）地球的自转作用,三圈环流：只受太阳辐射和地球自转影响形 成的环流。,所有带副字的都是动力原因否则都是热力原因比如副热带高压并不是因为冷造成的冷高压，而是由于空气受重力原因下沉造成的。低压带是多雨带，因为低压是上升的，西风带是多雨带,三风四带合称为行星风系,结论：由于地转偏向力的作用，形成了南北方向上相间分布的高、低气压带及大范围的纬向环流，从而使单圈环流变成了三圈环流。,三圈环流 视频汇总,（三）地表的作用,主要表现在纬向海陆相间分布及各

20、种地形对大气环流的作用上。,（三）地表的作用,1、海陆的热力差异：,夏季：海洋为冷源，形成高压；陆地为热源，形成低压。冬季：海洋为热源，形成低压；陆地为冷源，形成高压。,2、海陆的热力差异形成了近地面层的 季风环流：,越往低纬度气温越高,3、海陆的热力差异对低层气压系统的影响：,N.H.：东西方向上海陆相间分布，使冷热源相间分布，这种分布使完整的纬向环流带分裂成一个个闭合的高、低压中心。,大气活动中心 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。,北半球的冬季：,加拿大G,阿留申D,西伯利亚G,冰岛D,亚速尔G,夏威夷G,大西洋,太平洋,

21、北美大陆,欧亚大陆,冬季时，陆地上出现了冷高压，冷高压的中心在副极地,冬季，副热带高压弱，因为他是暖高压。所以两个高压比较小，会向南退缩，所以副极地高压就会向南扩张，总体都向南移（因为此时太阳直射点在南半球）,全球1月份海平面平均气压图,全球1月份海平面平均气压图,北半球的夏季：,夏威夷G,南亚D,亚速尔G,北美西南部D,阿留申D,冰岛D,夏季，陆地上的两个冷高压消失，被两个热低气压取代，中心位置在副热带,暖高压会在夏季加强，往北移,全球 7月海平面平均气压图,北半球8个大气活动中心 夏威夷高压；亚速尔高压；冰岛低压；阿留申低压；蒙古高压或西伯利高压；加拿大高压；印度低压或南亚低亚；北美西南部

22、低压。,大气活动中心,大气环流的形成,A,B,C,二、海陆分布与周期性风系,由于海陆的冷热源作用造成了随季节变化的风，这里主要介绍以一天为周期的海陆风和以一年为周期的季风。,形成：,由海陆的热力差异及其日变化造成。,白天：海风；夜间：陆风,（一）海陆风,（一）海陆风,定义：白天近地面风由海洋吹向陆地，叫海风，夜晚近地面风由陆地吹向海洋，叫陆风，这种日夜变化的风称之为海陆风。海陆风相对较弱，只在沿海的小范围作用,（二）季风,1、定义：大范围地区的盛行风随季节明显转换的现象。,盛行风：风向出现频率401月份盛行风向和7月份盛行风向的夹角叫季风角，季风角120的转换称为季风转换。,2、季风形成原因：

23、,（1）海陆热力差异作用东亚季风（2）行星风系季节位移作用南亚季风（3）地形作用高原季风（青藏高原）,主导因子,4、东亚季风（形成原因，海陆的热力差异）,（1）形成过程：（最大的大陆和大洋之间）,蒙古西伯利亚冷G,冬季风：由北向南依次为西北风、北风、东北风,南亚热 D,夏季风：由南向北依次为西南风、东南风,下划线：东亚季风；非下划线：南亚季风,（2）东亚季风的形成原因：海陆的热力差异（欧亚大陆与太平洋）；高大地形的影响（青藏高原）：加强了季风的强度和厚度。（海拔高度高5km，所以高原顶部相当于茫茫气海来说就像一个岛屿，所以和周围的空气就会有冷热源差异，冬季时顶部形成冷高压，气流顺时针辐散，周围

24、大气成了低压。夏季变成青藏热低压，这和地面的方向一致）,（3）气候特点：,冬季盛行西北风，北风，夏季盛行东南风，风力冬强夏弱，因为冬季的南北温差大于夏季，所以冬季的气压梯度大于夏季。,冬季风盛行时，气候寒冷干燥、少雨（风从高纬到低纬，由陆地吹向海洋）。夏季风盛行时，气候高温潮湿多雨（相反）。,5、南亚季风,（1）形成过程：,行星风系的季节位移、海陆的热力差异及青藏高原的共同作用,冬季,夏季,澳大利亚冷高压,南亚热低压,西伯利亚冷高压,（2）南亚季风的形成原因：因为靠近赤道，所以受南半球的影像 行星风系的季节位移；海陆的热力差异：亚洲大陆与太平洋、印度洋的热力差异；青藏高原的作用：加强了季风的强

25、度和厚度。,（3）气候特点：,冬季盛行东北风，夏季盛行西南风，风力冬弱夏强（冬季风是从西伯利亚冷高压，经过漫长的距离到南亚，所以变弱。夏季从印度洋，受到的阻力小）,冬季低温干燥，夏季炎热潮湿多雨；干湿季明显，降水具有爆发性（夏半年西南风来自印度洋，冬半年东北风来自中纬度）。,亚洲季风,冬季风,夏季风,合并,总结：季风雨热同季 优势 夏季风来临能补偿高温缺水 现象，对自然生态环境起良 好调解作用。劣势雨量分配不均，易形成旱和 涝现象。,例：大陆东部副热带高压（30）控制下的我国黄河以南、长江流域等南部地区，东亚季风使夏季本应酷热奇旱的气候大为缓解，成为我国的粮仓。大陆内部没有季风调节，导致缺雨少

26、云、蒸发量大，许多地方是沙漠所在地，世界主要沙漠所在地（撒哈拉、印度西北沙漠）,第五章 气压和风3 大气环流,一、大气环流形成的主要因素二、海陆分布与周期性风系,三、地方性风的形成,形成：,（一）山谷风：,白天山坡温度升得更高，气压降低,夜晚山坡温度降得更高，气压升高,（一）山谷风：,概念：在山区，白天近地层风从山谷吹向山顶，叫谷风；夜间近地层风从山顶吹向山谷，叫山风。这种日夜变化的风叫山谷风。,（二）焚风：,概念：未饱和湿空气，受山地阻挡被迫作动力抬升后，沿背风坡下滑形成的干热风。,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。,焚风形成过程示例:,m=0.6/100m,2

27、0,15,0,30,高压区大范围气流下沉也会导致气温上升，此时的焚风被称为“干热风”。,世界著名的焚风区有欧洲的阿尔卑斯山，北美的落矶山，新疆北部的阿尔泰山，强大的焚风在冬季会引起雪崩，夏季会引起火灾。,（三）峡谷风：,概念:当气流从开阔地进入峡谷口时，谷口截面积小，但空气质量不可能在此堆积，于是气流必须加速前进，形成的强风 特点:风速大，强气流 著名分布区域:我国的台湾海峡，松辽平原等喇叭地形处。,（四）城市与郊区之间的热力环流,上升气流,市区,郊区,郊区,第五章 气压和风4 风与农业,风正好时能成为农业资源，过大或过小时就会成为灾害。,有利影响：1、改善作物层的环境条件,输送作物层的 热量

28、、水汽、CO2；2、促进蒸发与蒸腾作用，调节作物层的 高温现象，有利于作物层光合作用；3、风是异花授粉作物的天然传播媒介。,不利影响：1、风太大直接危害：落花、落果、折枝、倒伏；2、传播病菌、虫害，使病虫害大面积蔓延，如：水稻的白叶枯病；3、加重低温危害；4、在干旱地区加重风蚀。,二、防风措施,1、营造防风林，设置防风篱 2、选择背风点 3、选择抗风作物与品种 4、改善栽培措施 5、支撑等,复习重点：,1、压高方程；气压随时间的变化规律。温度的变 化最终引起了风的产生。等压线、等压面、等高线、等高面、等压面图、等高面图的概念，气压场的几种基本形式。等压 线、等高线的疏密度分别说明了什么问题？2

29、、作用于空气上的力，分别在何时起作用，自由大气及摩擦层中空气质点的受力分析，风压 定律及根据风压定律判断大气的运动方向（地转 风、梯度风的概念及用正确的字母表示，摩擦层 中的风向），根据风向判断温度平流的性质。,3、三圈环流模式图及高、低层风方向、气压带的 分布。一月及七月活动在陆上和海上各气压系 统的名称（八个）。永久性气压系统和非永久 性气压系统的区别。海陆分布与周期性风系（海陆风形成，季风的 概念、形成、气候特点及两种季风的比较）；三种地方性风的形成。4、风与农业的关系,思考题 1名词：气压场 水平气压梯度力 水平地转偏向力 高气压 高压脊 低气压 低压槽 地转风 梯度风 焚风 季风 大气活动中心 大气环流 1气压与高度的关系？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？3自由大气中的风和摩擦层中的风是怎样形成的？4三圈环流是在什么条件下形成的？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？6焚风、山谷风是怎样形成的？7风对农业生产有哪些影响？,