第6章气压和风1教学教案.ppt

第六章第六章 气压和风气压和风 气压气压 作用于空气的力作用于空气的力 风风本章主要内容本章主要内容国际标准单位：帕（帕斯卡国际标准单位：帕（帕斯卡 Pa Pa）和）和百帕（百帕斯卡百帕（百帕斯卡 hPa hPa） 1hPa 1hPa100Pa100Pa100N100Nm m2 2 标准大气压标准大气压（00，45N45NS S，海平面上），海平面上） P P0 0760mm760mm汞柱汞柱1013.25hPa1013.25hPa第一节第一节 气气 压压 气压（大气压强）气压（大气压强）P P单位面积上所受到的大气压力单位面积上所受到的大气压力单位面积上空气柱的重量单位面积上空气柱的重量气压的单位气压的单位铅直气压梯度铅直气压梯度 g g z z P PdPdPd dz z气压气压高度高度海拔高度海拔高度（m m）气压气压（hPahPa） 30000 30000 12 12 16000 16000 100 100 11000 11000 250 250 5500 5500 500 500 3000 3000 700 700 1500 1500 850 850 0 0 1000 1000一、一、气压随高度的变化气压随高度的变化 海平面气压场的基本型式（气压系统）海平面气压场的基本型式（气压系统）低压低压（低气压、气旋）（低气压、气旋）高压高压（高气压、反气旋）（高气压、反气旋）D D逆时针旋转逆时针旋转向中心辐合向中心辐合绝热上升绝热上升多阴雨天气多阴雨天气G G顺时针旋转顺时针旋转向四周辐散向四周辐散绝热下沉绝热下沉多晴好天气多晴好天气槽槽（低压槽）（低压槽）脊脊（高压脊）（高压脊）DG高空天气形势图（高空天气图、高空图）高空天气形势图（高空天气图、高空图）等压面上的等高线（等压面上的等高线（每隔每隔4 4位势什米位势什米）图）图等高线的单位：位势高度等高线的单位：位势高度 位势米、位势什米位势米、位势什米 1 1位势什米位势什米1010位势米位势米 H Hzgzg9.8 H 9.8 H 位势高度（位势米）位势高度（位势米） z z 海拔高度（米）海拔高度（米） g g 重力加速度重力加速度 高空气压场高空气压场高空气压场的基本型式（气压系统）高空气压场的基本型式（气压系统）D D低压低压逆逆时时针针旋旋转转高压高压顺顺时时针针旋旋转转G G脊脊G G脊线脊线脊前脊前脊后脊后槽线槽线槽槽D D槽前槽前槽后槽后8500hpa(mb)等压面上的等高线地面的等压线9等压面和等高线三维显示等压面和等高线10立体显示等压面和等高线11等压面上的等高线就好比在山地表面画等高线12地面冷高压，高空低压地面暖低压，高空高压1314第二节第二节 作用于空气的力作用于空气的力 影响大气运动的影响大气运动的作用力作用力作用于空气的力作用于空气的力基本力（牛顿力）基本力（牛顿力）视示力（外观力）视示力（外观力）气压梯度力气压梯度力地心引力地心引力摩擦力摩擦力惯性离心力惯性离心力地转偏向力地转偏向力水平方向作用于空气的力水平方向作用于空气的力水平气压梯度力水平气压梯度力 G G水平地转偏向力水平地转偏向力 A A惯性离心力惯性离心力 C C摩擦力摩擦力 R R 气压梯度力气压梯度力 G G p p 气压梯度气压梯度p p 气压梯度的方向：由高压指向低压。

气压梯度的方向：由高压指向低压 气压梯度力的方向：气压梯度力的方向：由高压指向低压由高压指向低压 铅直气压梯度力铅直气压梯度力 G GZ Z 水平气压梯度力水平气压梯度力 G Gn n n nxixiyjyj 水平气压梯度力是形成风的原始动力水平气压梯度力是形成风的原始动力11pz1pn一、水平气压梯度力一、水平气压梯度力（G G）二、二、水平地转偏向力水平地转偏向力（科里奥利力、科氏力）（科里奥利力、科氏力） A A水平地转偏向力的方向：水平地转偏向力的方向：与运动方向垂直与运动方向垂直 北半球指向运动方向的右侧北半球指向运动方向的右侧 南半球指向运动方向的左侧南半球指向运动方向的左侧 F F2 2 V V 水平地转偏向力水平地转偏向力 A A A2 V sin 2 2 2424小时小时 7.29107.2910-5 -5 秒秒-1-1 静止静止 V V0 A0 A0 0 赤道赤道 0 A0 A0 0 北极北极 90 A90 A2 2 V V 作用于作用于单位质量单位质量物体上的物体上的科里奥利力科里奥利力 F F 三、惯性离心力三、惯性离心力（C C） 惯性离心力的方向：惯性离心力的方向： 与运动方向垂直与运动方向垂直 由曲率中心指向外缘由曲率中心指向外缘 作用于作用于单位质量单位质量物体上的物体上的惯性离心力惯性离心力 C C C C 静止静止 V V0 C0 C0 0 直线运动直线运动 r r C C0 0 V2r四、摩擦力四、摩擦力 （R R） 摩擦力的方向：摩擦力的方向： 与运动方向相反与运动方向相反 摩擦摩擦力力 R R R RK VK V K K 摩擦系数摩擦系数 摩擦层摩擦层 R R00 自由大气层自由大气层 R R0 0 第三节第三节 风风 平直等压线的气压场中的风平直等压线的气压场中的风 C C0 0 一、自由大气层中的风一、自由大气层中的风 （ R R0 0 ）空气所受的力：G G、A A 地转风地转风: A=G: A=G568568572572576576580580584584低压低压高压高压G GV VA AG GV VA AG GA AV V北半球北半球22气压梯度力和科氏力平衡下的气块运动气压梯度力和科氏力平衡驱动的空气运动称为地转风 弯曲等压线的气压场中的风弯曲等压线的气压场中的风 C0C0空气所受的力：G G、A A、C C 梯度风：梯度风： A+C+G=0 A+C+G=0G GA AV VD DC C逆逆时时针针旋旋转转A AG GV VG GC C顺顺时时针针旋旋转转 在自由大气层中，风沿着等压线吹。

在自由大气层中，风沿着等压线吹 自由大气层中的自由大气层中的白贝罗风压定律白贝罗风压定律：( (判断风压关系的定律判断风压关系的定律） 北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反二、摩擦层中的风二、摩擦层中的风 （ R0R0 ） 平直等压线的气压场中的风平直等压线的气压场中的风 C C0 0 空气所受的力：G G、A A、R R低压低压G GR RV V高压高压997.5997.51000.01000.01002.51002.51005.01005.0A A在摩擦层中，风穿越等压线，向低压偏转在摩擦层中，风穿越等压线，向低压偏转摩擦层中的摩擦层中的白贝罗白贝罗风压定律：风压定律：北半球：北半球： 背风而立，背风而立，低压在左前方，低压在左前方，高压在右后方高压在右后方南半球相反南半球相反25根据风向判断高压和低压风逆时针旋转，向中心辐合风逆时针旋转，向中心辐合绝热上升，多阴雨天气绝热上升，多阴雨天气G GA AV VD DR RC CA AG GV VG GC CR R顺时针旋转，向四周辐散顺时针旋转，向四周辐散绝热下沉，多晴好天气绝热下沉，多晴好天气 弯曲等压线的气压场中的风弯曲等压线的气压场中的风 C0C0 空气所受的力：G G、A A、C C、R R地面低压对应着辅合上升运动，地面高压对应着辅散下沉运动2728北半球和南半球的气旋运动北半球南半球二、摩擦层中风的变化二、摩擦层中风的变化 日变化日变化 近地层近地层白天午后最大，夜间和清晨最小；白天午后最大，夜间和清晨最小；上层上层白天午后风小，夜间风大白天午后风小，夜间风大晴天晴天 阴天，陆地阴天，陆地 海洋海洋 年变化年变化 我国大部份地区春季是冷暖空气交替时期，所以春季风我国大部份地区春季是冷暖空气交替时期，所以春季风最大。

最大 一般北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小；一般北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小； 垂直变化垂直变化 摩擦层：摩擦层：风呈爱克曼（风呈爱克曼（EkmanEkman）螺线分布）螺线分布摩擦层顶：摩擦层顶：风速接近地转风、风向与等压线平行风速接近地转风、风向与等压线平行30由于地表的摩擦力，在紧接地面的地方，大气运动速度为零随着高度的升高，摩擦力减小，风速迅速加大摩擦层内水平风的风向和风速随高度的变化摩擦层内水平风的风向和风速随高度的变化31在摩擦层中，风速随高度的升高递增，风向随高度的升高向右偏转，形成螺旋状由于是Ekman首先发现这一规律，所以，边界曾风速和风向的变化曲线称为Ekman 螺线（Ekman spiral）Ekman 螺线上的数字表示距离地面高度uv垂直风速切变过大会产生动力不稳定垂直风速切变过大会产生动力不稳定32右图红线风速廓线代表不稳定的风速垂直分布；蓝线表是稳定的风速分布；绿色表示稳定和不稳定之间的分界线33大气运动的尺度划分:34小尺度运动：空间尺度以米为量级持续时间：以分钟为量级大漠孤烟直长河落日圆35小尺度运动造成的沙丘和雪丘36高地上被风吹向一边的树风欲静，而树不止中尺度，雷暴空间尺度：几十公里；时间尺度：小时3738海陆风中尺度运动: 几十公里，小时白天，陆面气温高气压低，水面相反，气压梯度方向由水面指向陆面。

观测者感觉到的是向岸风高层风向相反陆面一侧形成上升气流，水面一侧形成下沉气流陆面与水面温差的结果形成了一个区域环流如空气中水汽较多，可在陆面一侧形成对流云39海陆风造成的天气现象季风，千公里、半年4041山谷风，中尺度42大尺度运动: 气旋风暴，千公里，几天43大尺度：中高纬度的西风带急流和Rossby波动。