气候气象学第四章.ppt

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1、第四章 大气的运动,4.1 气压随高度和时间的变化,气压随高度的变化气压随时间的变化,一、气压随高度的变化,（一）静力学方程：,dP=-g dZ,1、条件：大气是静止的，无水平和垂直方向上的运动。并且垂直方向上受力为零。,2、公式的意义：负号：P随Z升高而减小 因g在垂直方向变化小，故P在垂直方向上减小的快慢程度主要决定于密度,（二）单位高度气压差（Gz）：,1、定义：每改变一个单位高度时气压的改变量。,2、单位：mb/100m,hPa/100m,3、表达式：,意义：Gz愈大，气压随高度降得愈快。,（三）单位气压高度差（h）：,1、定义：气压每改变1个单位时所对应的高度变化值。,2、单位：m/

2、mb,m/hPa,3、表达式：,意义：h与1/P成正比;低层大h小,P降得快;高层小h大,P降得慢.,二、气压随时间的变化,大气具有流动性和连续性,因此气压变化的实质就是空气柱内大气质量的增多或减少.,（一）影响气压变化的因素：,1、热力因素：,空气受热膨胀,减小,P降低,空气受冷收缩,增大,P增高,2、动力因素：,(1)水平气流的辐合与辐散：,辐 合,辐 散,(2)不同密度气团的运动：,冬季:冷空气南下,流经之地空气密度变大,地面气压上升,夏季:暖湿气流北上,流经之地空气密度减小,地面气压下降,地面,地面,(3)空气的垂直运动：,（二）气压的周期性变化：,1、日变化：以双峰型最普遍,h,12

3、,18,6,莫斯科5550N 7月平均,hPa,雅加达611S 9月平均,2、年变化：,陆地上Pmax在冬季,Pmin在夏季;海洋、高原上气压分布与陆地相反,第二节 气压场,气压场的表示方法气压场的基本形式气压场的空间结构,一、气压场的表示方法,主要表示同一高度（位势高度）上气压水平分布状况。,（一）等高面图：,位势高度：单位质量（1千克）物体从海平面（位势高度定为0）抬升到Z高度时克服重力作的功。1位势米9.8J/kg,位势米与几何高度的换算：,HgZ/9.8,H：位势米,g：位势米,Z：几何高度,等高面图的由来,等压面铅直剖面,海平面等高线图,（三）空间气压场的分布：,1000hPa 海平

4、面,850hPa（1500m）,700hPa（3000m）,500hPa（5500m）,300hPa（9000m）,100hPa（16000m）,世界1月海平面平均气压图,世界7月海平面平均气压图,（二）等压面图：,主要表示空间气压相等的点组成的面。,高值区,低值区,高值区,等压面的空间特点,由于下垫面性质的不同，空间等压面不是一个平面，而是一个曲面或倾斜的面等压面的起伏形势同它附近水平面上的气压分布相对应：上凸高压 下凹低压,低压,高压,二、气压场的基本形式,1.低气压、低压槽,2.高气压、高压脊,3.鞍形气压场,低,高,低,高,低,高,槽,槽,脊,脊,鞍,气压场：气压的空间分布,气压系统：

5、在气压场中呈现出的不同的气压形势，如高压、低压、高压脊、低压槽、鞍型气压场等，统称为气压系统。,高空气压场,切断低压阻塞高压,M,M处的气压值可能为（）A.1012、1015 D.1015、1012.5,N,2.该地位于亚欧大陆东部，则N处的盛行风向不可能是（）A.南风B.西风C.西南风D.东北风,(1)在气压场中，D是 气压中心，M是 气压中心，B处于 上。(2)此时，E处吹 风，F处吹 风(3)按风力强弱，E较F处，依据是。,三、气压场的空间结构,回顾：什么是气压高度差？,（一）深厚的对称系统：,温度场中的高、低中心,气压场中的高、低中心,1.暖高压,高压等压面凸起程度随高度增大，即高压的

6、强度愈向高空愈增强,2.冷低压,低压等压面凹陷程度随高度增大，即低压的强度愈向高空愈增强,（二）浅薄的对称系统：,温度场中的高、低中心,气压场中的低、高中心,3.暖低压,低压等压面凹陷程度随高度升高逐渐减小，最后趋于消失如温压场结构不变，随高度继续增加暖低压就会变成暖高压系统,4.冷高压,高压等压面凸起程度随高度减小，最后趋于消失如温压场结构不变，随高度继续增加，冷高压会变成冷低压系统,（三）温压场不对称系统：,温度场的冷暖中心与气压场中的高低压中心不重合，气压中心轴线是倾斜的,1.高压区,高压中心轴线随高度升高不断向暖区倾斜,冷,2.低压区,低压中心轴线随高度升高不断向冷区倾斜,复习题,冬季

7、与夏季的气压有什么不同？请问右图说明什么？影响空气运动的因素有哪些？,用图解释暖高压、冷高压随高度的变化时，系统是如何变化的？在北半球高压区或低压区的中心轴线向什么方向倾斜？,第三节 大气的水平运动,促使空气运动的力自由大气中的空气运动摩擦层中的空气运动,（一）水平气压梯度力,一、促使空气运动的力,B:5赤道度,A:2.5赤道度,1、水平气压梯度 P/n（hPa/赤道度）,特点：P一定时，等压面疏，水平气压梯度小；等压面密，水平气压梯度大。,2、水平气压梯度力,定义：当水平气压梯度存在时作用在单位质量空气上的力。,公式：,方向：垂直等压线，从高压指向低压,公式意义：G与P/n成正比，等压线密，

8、水平气压梯度力大；P/n一定时，G与成反比，大，G小,（二）水平地转偏向力,A,A,1、现象,圆盘静止不动,圆盘逆时针旋转,2、定义：作用在转动地球上的运动空气上的惯性力。它促使运动的空气偏离水平气压梯度力方向的主要原因。,任一纬度上的地转偏向力为：,A=2V=2Vsin,A=2Vsin,sin,3、水平地转偏向力的特点,水平地转偏向力是解释在转动地球上产生偏向而假想的力,只有物体在相对地面作运动时才产生,物体静止时,无偏向力;水平地转偏向力的方向与空气运动方向始终垂直,只改变空气运动的方向,不改变运动的速度;判断水平地转偏向力的方法:在北半球:背风而立,空气将偏向初始运动的右方;南半球反之;

9、V相同时,A(A=2Vsin),A,北半球:逆时针旋转,空气将偏向初始运动的右方,（三）惯性离心力,联想：当你坐公交车时，车转弯时你曾有什么感觉？,1、定义：在作曲线运动的物体，时刻受到一个离开曲率半径向外的作用力。这个力是物体保持作曲线运动而产生的，即惯性离心力,2、方向：与物体运动的方向垂直，并指向曲率半径的外侧。,3、单位质量物体惯性离心力的大小：,C=2r=V2/r,V：空气运动的线速度,r：空气运动的曲率半径,：空气运动的角速度,4、特点：惯性离心力也是假想力，只能改变空气的运动方向，不改变速度的大小 C值很小，只有在气旋中才很大,a,r,c,V,（四）摩擦力,1、定义：空气运动时，

10、因受地面摩擦和气层间相互摩擦作用，而减缓空气运动速度，此阻力称为摩擦力。,2、公式：,R=-KV,R:摩擦力,K:摩擦系数,V:空气运动速度,:表R与V方向相反,（五）影响空气水平运动的力,G（气压梯度力）R（摩擦力）A（地转偏向力）C（惯性离心力）,实力,不能使空气由静止变为运动，但可影响运动方向和速度,在赤道上：A=0，忽视A的作用;空气作直线运动：r0，忽视C的作用；在自由大气中：K0，忽视R的作用。,假想力,原动力，可改变空气运动状态,（一）地转风,二、自由大气中的空气水平运动,1、定义：在自由大气中，因气压场是平直的，空气仅受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用，当二力相等时的空气运

11、动称之为地转风,水平气压梯度力,空气运动方向,水平地转偏向力,1010,1005,1000,995,990,hPa,2、形成：北半球自由大气中的空气运动,3、白贝罗风压定律：在北半球，风是顺着等压线吹的。背风而立，低压在左手边，高压在右手边；南半球相反。,白贝罗风压定律,北半球,南半球,4、地转风风速的大小：,5、公式的意义：,（二）梯度风,1、定义：在自由大气中，空气质点作曲 线运动时，受到G、A、C三个力的共同作用，当三个力达到平衡时的空气运动。,2、梯度风的风向与风速：,低压区：,在北半球：,风向：绕低压中心逆时针旋转,高压区：,在北半球：,风向：绕高压中心顺时针旋转,3、梯度风的特性：

12、,V受G、r的影响,当G、在同一气压场中时，存在着如下的关系：Vac Vg Vc,自由大气中，空气近似梯度风。但A、G、C的平衡只是暂时的。,前提：设Gn一定，即纬度一致,低压中,地转风中,高压中,A=G,A G,A G,Vac Vg Vc,（三）自由大气中风随高度的变化,1、热成风,定义：由于水平温度分布不均所形成的地转风在铅直方向上的速度矢量差。,公式：,特点：,VT与温度、气压有关，温度越高，压差越大，热成风越大；热成风风压定律：在北半球背热成风而立，高温在右，低温在左，热成风与等温线平行；只要温度场不变，热成风的大小、方向也不变,2、风随高度的变化规律,等温线与等压线平行,V2V1VT

13、,冷低压与暖高压,冷高压与暖低压,V2V1VT,等温线与等压线垂直,冷平流：低层风从冷区吹向暖区。,在北半球，风向随高度逐渐左转，且越到高层，风向与热成风风向越接近。,暖平流：低层风从暖区吹向冷区。,在北半球，风向随高度逐渐右转，且越到高层，风向与热成风风向越接近。,风随高度变化的总结：在自由大气中，随着高度的增高，不论风向如何变化，高层风总是越来越趋向于热成风；北半球对流层中，温度分布大致南暖北冷，故对流层上层总是以西风为主，并在纬度30 形成西风急流。,三、摩擦层中的空气水平运动,1、摩擦对风的作用,2、特征：,风压定律：在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方，风斜穿等压线。南半球相

14、反。,气压系统中的摩擦风（气旋）,地转风梯度风旋衡风偏差风热成风地面平衡风,复 习 题,什么是白贝罗风压定律？在同一气压场中，Vc、Vg、Vac是什么关系？请解释。北半球暖高冷低区风随高度变化的规律？随着纬度增高水平地转偏向力有什么变化？赤道上空的空气会发生偏向吗？为什么？,6、请根据要求画图：在北半球，画出气压场、受力、风向、热成风、风随高度变化的平面图,4-4 大气环流,一、大气环流的概述二、影响大气环流的因素三、实际大气环流的基本特征四、锋区和急流五、大气环流的变化,一、大气环流的概述,（一）大气环流：具有行星尺度、规模比较大的空气运动。即有平均状况也有瞬时状况，并代表全球大 气的基本运

15、动状况,（二）大气环流的尺度：,名 称 水平尺度 活动时间 例 子,大环流 2000km 一周 东风波、西风带,中间环流 2000-200 2-3天 季风、气旋、反气旋,中环流 200-2 km 1 天 地方性风（山谷风、海陆风）,小环流 2km 12小时,二、影响大气环流的因素,1、太阳辐射,2、地球自转产生的地转偏向力,3、海陆分布,4、地形,最基本的因子,(一)太阳辐射,假设条件：1、地表是均匀的 2、忽略地球自转所产生的地转偏向力 对大气运动的影响,单一(热力)的环流圈,消除海陆及地形的影响,赤道,南极,北极,赤道,北极,南极,赤道,赤道,（二）地球自转产生的地转偏向力,假设条件：地表

16、是均匀的 消除海陆分布及地形的影响,三圈环流及气压带风带,全球大气环流示意图,气压带的成因及属性,赤道低压带,热力,热低压,上升,湿热,副热带高压带,动力,暖高压,下沉,干热,副极地低压带,动力,冷低压,上升,湿冷,极地高压带,热力,冷高压,下沉,干冷,低压控制降水多高压控制降水少,全球降水量随纬度的分布曲线,行星风系的季节性移动,节气：春分,节气：夏至,节气：秋分,节气：冬至,节气：春分,7月份海平面气压分布图,1月海平面气压分布图,小结,假设,地表是均匀的,无地偏力作用,条件1：太阳辐射不均,水平气压梯度力,单一环流圈,条件2：地球自转,地转偏向力的作用,三圈环流和风带气压带,条件3：地球

17、公转,太阳直射点的移动,气压带风带的移动,问:为什么在2025处沙漠的面积广大,鲁卜哈利沙漠内夫得沙漠,塔尔沙漠,纳米布沙漠,澳大利亚西部大沙漠,阿塔卡马沙漠,撒哈拉沙漠,问题2：南极上空怎么会有人类释放的破坏臭氧的物质？,2、行星风系,由于三圈环流的形成，产生了近地面上相应的气压带和风带，即三风四带。赤道低压带：5N5S 成因：空气受热上升而致知。因A小，气流基本不发生偏转。特点：因对流强烈，云多，降水多，多对流雨。,副热带高压带：30N(S),成因：赤道上空流动的空气在此堆积而致 特点：气流下沉，多晴天，空气干燥，沙漠多。副极地低压带：60N(S)成因：中纬来的西风与极地流来的偏东风 相遇

18、，形成锋面而致。特点：气旋多。,极地高压带：90N(S),成因：空气冷却下沉而致。特点：气温低，空气层结稳定信风带:0 30N(S)成因：从副热带高压带吹向赤道低压带 的风，受到地球地转偏向力的影 响，北半球偏成东北风，南半球 则偏成东南风。特点：风向、风速基本是稳定的,西风带：30N(S)60N(S),成因：从副热带高压带吹向极地的气流在地转偏向力的作用下，北半球形成西南风，南半球而形成西北风。特点：暖湿气流北上或南下，多锋面和气旋。极地东风带：60N(S)90N(S)成因：空气从极地高压带吹向副极地低压带，受地转偏向力的作用，北半球偏成东北风，南北半球则偏成东南风。特点：空气温度极低,总之

19、：,三风四带和三圈环流是一致的，冬夏南北移动扩大影响范围，同时出现许多过渡带，因此同一地区、不同季节有不同的风向和天气特征。大气环流以三风四带（纬向环流）为主，同时也存在着经向环流，但比纬向环流弱，这是大气环流的基本规律。,（三）海陆分布与大气环流,由于海陆本身的物理性质的不同，使得同一纬度 的海陆间存在着热力差异，冬季陆地是冷源，海洋是热源；夏季相反。进而在海陆之间形成压力差，导致空气在海陆间出现季节性的流动 季风。,1、海陆差异产生的地面环流及气压分布,陆 地,海 洋,夏季,热,低气压,冷,高气压,高气压,低气压,夏季风,夏季,东南季风,西南季风,地面环流 冬季,陆 地,冷,热,低气压,高

20、气压,低气压,高气压,冬季风,海 洋,冬季,西北季风,世界季风区,分布：约在 30W 170E，20S 35N的范围，其中以东亚和南亚的季风最显著。东亚季风范围广、强度大，冬季风强于夏季风。南亚季风（印度季风），夏季风强于东季风。,亚洲季风区,非洲季风区,澳洲季风区,2、高空环流波状环流（槽脊）,大西洋,欧亚大陆,太平洋,冬季三槽三脊,温度脊,气压脊,温度槽,气压 槽,大陆西岸,大陆东岸,东亚大槽,夏季四槽四脊,欧亚大陆,大陆西岸,大陆东岸,大西洋,太平洋,温度脊,气压脊,温度槽,气压 槽,（四）地形对大气环流的影响,1、动力作用：抬升作用：,空气堆积高压脊,空气辐散 低压槽,迎风坡,背风坡,

21、气流,绕行作用,气流,暖平流,冷平流,冷平流,暖平流,高空形成高压脊,高空形成低压槽,高大地形,2、热力作用,冬季,高大地形 冷源,热,高气压,低气压,低气压,自由大气,自由大气,夏季,高大地形热源,冷,低气压,高气压,高气压,自由大气,自由大气,三、实际大气环流的基本特征,由于受海陆和地形的影响，破坏了理想的三风四带的大气环流。（一）地面环流状况：特点：1、北半球因海陆相间分布，纬向 分布的气压带被分成几个闭合 的高低压系统，并随季节而变 动。,冬季,蒙古高压,阿留申低压,北美高压,冰岛低压,夏季,印度低压,北美低压,夏威夷高压,亚速尔高压,大气活动中心,冬夏在海陆出现的闭合的高低压中心永久

22、性的：常年存在的（海上四个）太平洋:阿留申低压、夏威夷高压 大西洋:冰岛低压、亚速尔高压半永久性的：随季节出现的（陆地上的四个）亚洲:蒙古高压、印度低压 美洲:北美高压、北美低压,2、南半球40S附近，无论冬夏，等压线基 本上呈纬向分布：冬季高压带环绕全球 夏季陆地是低压、海洋是高压,冬季,环 绕 全 球 的 高 压 带,40S,全年带状分布的等压线,夏季,40S,陆地低压,海洋高压,纬 向 的 气 压 带,四、锋区和急流,（一）锋区：1、定义：在高空等压面图上，经常出现水平温度梯度很大的环绕半球的带状区域，属于大气的热力现象。2、分布：极锋锋区（北支、温带锋区）副热带锋区（南支锋区）,（二）

23、急流,1、定义：是指高空风速大于30m/s的狭窄 强风带，其位置和范围基本与锋 区相对应。2、分布：温带（极锋、北支）急流 亚热带（南支）急流 热带东风急流,五、大气环流的变化,（一）长期变化：主要通过西风带的槽脊及副热带高压的强度、位置的季节变化而体现的 1、冬季环流 特征：风带、气压带南移 高空：西风带、南北急流 低空：地面：蒙古高压、北美高压 海洋：阿留申低压、冰岛低压 副热带高压：南移、强度弱,2、夏季环流,特征：风带、气压带北移 高空：西风带北移、两支急流 低空：地面：印度低压、北美低压 海洋：亚速尔高压、西太平洋高压 副高：北移、强度大,（二）短期变化,高空西风带中经向环流和纬向环

24、流的交替变化 经向环流：西风带中槽脊南北振幅大，冷暖空气交换强 纬向环流：西风带平直，冷暖空气交换弱 经向转向纬向：天气稳定，西风平直 纬向转向经向：冷空气南下，产生大规 模的天气系统,复 习 题,1、用图简述只有太阳辐射一个因素下大气环流 的特点2、天空中的云为什么总是从西向东移动呢？3、为什么南极的冰雪样中会出现DDT的化学成 分呢？4、简述三圈环流和三风四带的形成过程（要求结合示意图进行说明）。5、非洲的撒哈拉沙漠为什么是世界最大的沙漠？6、赤道地区常年多雨，为什么？,7、欧洲西海岸降水量从西向东减少，什么原 因？8、海陆分布对地面的大气环流有何影响？9、以北半球中纬度冬季为例，说明海陆分布 对高空大气环流的影响？10、高大地形对地面上的环流有何影响？11、大气环流的长期变化有哪些方面？,