第四章习题-气象学与气候学

第四章 大气的运动[主要内容]本章主要研究大气运动产生的原因，大气运动的形式、状况和大气环流。

大气运动是气压分布的不均匀所造成的气压梯度力和地转偏向力、惯性离心力、重力以及摩擦力共同作用的结果。

大范围的大气运动就是大气环流，气压带、全球的行星风带、平均经圈环流、平均纬向环流、平均水平环流、大气活动中心构成了大气环流的平均状况。

[名词解释]静力方程：gdZ dP ρ=-气压场：气压的空间分布称为气压场等压线：等压线是同一水平面上各气压相等点的连线等压面：指单位质量的物体从海平面（位势取为零）抬升到 Z 高度时，克服重力所作的功，又称重力位势，单位是位势米位势高度位势米：重力位势的单位，是表示能量的单位，1 位势米定义为1 kg 空气上升1 m 时，克服重力作了9.8 J 的功，也就是获得9.8 J/kg 的位势能，即1位势米= 9.8J/kg低压槽：是低压向外伸出的狭长部分，或一组未闭合的等压线向气压较高的方突出的部分 高压脊：是高压向外伸出的狭长部分，或一组未闭合的等压线向气压较低的方突出的部分 气压系统：在天气图上，用等压线表示的高、低气压或槽、脊系统气压梯度力：气压梯度是一个向量，它垂直于等压面，由高压指向低压，数值等于两等压面间的气压差 △P 除以其间的垂直距离 △N地转偏向力：空气是在转动着的地球上运动着，当运动的空气质点依其惯性沿着水平气压梯度力方向运动时，对于站在地球表面的观察者看来，空气质点却受着一个使其偏离气压梯度力方向的力的作用，这种因地球绕自身轴转动而产生的非惯性力称为水平地转偏向力或科里奥利力惯性离心力：是物体在作曲线运动时所产生的，由运动轨迹的曲率中心沿曲率半径向外作用在物体上的力地转风：地转风是气压梯度力和地转偏向力相平衡时，空气作等速、直线的水平运动梯度风：当空气质点作曲线运动时，除受气压梯度力和地转偏向力作用外，还受惯性离心力的作用，当这三个力达到平衡时的风，称为梯度风旋衡风：在低纬度地区或小尺度低压中，如果气压梯度力和惯性离心力都很大，而地转偏向力很小时，则可出现旋衡风大气活动中心：冬、夏季在平均气压图上出现的大型高、低压系统，称为大气活动中心。

哈德莱环流圈：低纬环流圈，直接热力环流圈（正环流圈），又称哈得莱环流圈费雷尔环流圈：中纬环流圈，是间接热力环流圈（逆环流圈），又称费雷尔环流圈极地环流圈：高纬环流圈，又称极地环流圈，也是一个直接热力环流圈，是三个环流圈中环流强度最弱的一个沃克环流圈：由于赤道地区存在着大尺度的东西向热力差异引起的急流：急流是指风速30 m/s 以上的狭窄强风带环流指数：经向环流型，即500hPa 西风带上发展出深槽大脊，能引起强烈的冷、暖空气活动。

纬向型和经向型环流经常交替出现，其交替周期大约2—6周。

这种交替演变规律一般用环流指数来表示。

环流指数分纬向环流指数（IZ ）和经向环流指数（IM ）两种1、大气运动的产生和变化直接决定于大气压力的空间分布和变化。

2、气压变化的根本原因是其上空大气柱中空气质量的增多或减少。

3、气象上应用的静力学方程可表示为-dP=ρgdZ。

4、标准大气中气压与高度具有一定的对应关系，气压为850hPa时，高度约为1500米，高度为5500米时，气压约为504.7 hPa。

5、位势高度又叫重力位势，单位是位势米。

位势高度与几何高度的换算关系为H=gψZ/9.8。

6、低空气压水平分布的基本类型有低气压、低压槽、高气压、高压脊和鞍形气压场等。

7、主要存在于对流层低空的气压系统被称为浅薄系统，如暖性低压和冷性高压；不但存在于对流层低层，还可伸展到对流层的高层，而且其强度随高度增加而增大的系统被称为深厚系统，如暖性高压和冷性低压。

8、气压梯度力是使空气产生运动的直接动力。

惯性离心力在空气作曲线运动时起作用。

地转偏向力、惯性离心力力、摩擦力虽然不能使空气由静止变为运动，却能影响运动的方向和速度。

气压梯度力、重力既可改变空气运动状态，又可使空气由静止变为运动。

9、地转风是气压梯度力和地转偏向力相平衡时，空气作匀速、直线的水平运动。

梯度风是气压梯度力、地砖偏向力和离心力相平衡时的风。

旋衡风是气压梯度力和惯性离心力相平衡时的风。

热成风是由水平温度梯度的存在而产生的地转风在铅直方向上的速度矢量差。

10、在北半球，低压中的梯度风绕低压中心作逆时针方向旋转，高压中相反。

11、白贝罗风压定律表明，在北半球的摩擦层中背风而立，高压在右后方，低压在左前方。

12、埃克曼螺线是各风矢量终点的连线。

13、在近地面层中，风速日变化的规律是白天风速增大。

午后增至最大，夜间风速减小，清晨减至最小。

14、风的阵性是由大气中的湍流运动引起的。

15、大气环流形成的主要因素有太阳辐射作用、地球自转作用、地表性质作用、地面摩擦作用。

16、大气环流的最基本状态是平均纬向环流，也就是东西风带。

高纬度地区为极地东风带，中纬度地区为盛行西风带，低纬度地区为信风带。

17、在北半球的对流层的高层，平均水平环流的形式是西风带上存在着大尺度的平均槽、脊，500hPa等压面图上，1月份有3个槽和3个脊，7月份有4个槽和4个脊。

18、常年存在，只是强度和范围随季节变化的气压系统被称为常年活动中心，如太平洋高压、大西洋高压、阿留申低压、冰岛低压等；季节性存在的气压系统被称为季节性活动中心，如印度低压、北美低压、西伯利亚高压、北美高压。

19、低纬度环流圈和高纬度环流圈都是直接热力环流圈，中纬度环流圈是间接热力环流圈。

20、急流是指风速大于30m/s的强风带，在对流层中已经发现的急流有温带急流、副热带急流和热带东风急流，其中以副热带急流的强度最大。

1、气压随时间变化的原因是什么？气压的变化有何规律？某地气压的变化，实质上是该地上空空气柱重量增加或减少的反映，而重量是其质量和重力加速度的乘积。

空气柱质量的变化主要是由热力和动力因子引起。

热力因子是指温度的升高或降低所引起的体积膨胀或收缩、密度的增大或减小，以及伴随的辐合或辐散所造成的质量增多或减少。

动力因子是指大气运动所引起的气柱质量的变化。

气压日变化：气压一日波（单峰型）同气温的日变化关系很大。

气温最高时，地面减压；气温最低时，气压升高。

气压极值出现的相时落后于气温。

同时，气压日变化的振幅，陆地大于海洋、夏季大于冬季、山谷大于平原。

①气压的半日波（双峰型）可能同一日间增温和降温的交替所产生的整个大气半日振动周期，以及由日月所引起的大气潮汐相关。

至于三峰型气压波似应与一日波、半日波以及局部地形条件等综合作用有关。

②气压年变化：在大陆上，一年中气压最高值出现在冬季，最低值出现在夏季，气压年变化值很大，并由低纬向高纬逐渐增大。

海洋上一年中气压最高值出现在夏季，最低值出现在冬季，年较差小于同纬度的陆地。

高山区一年中气压最高值出现在夏季，是空气受热，气柱膨胀、上升，质量增加所致，而最低值出现在冬季，是空气受冷，气柱收缩、空气下沉、高山质量减少的结果。

③气温非周期性变化：气压的非周期性变化是指气压变化不存在固定周期的波动，它是气压系统移动和演变的结果。

通常在中高纬度地区气压系统活动频繁，气团属性差异大，气压非周期性变化远较低纬度明显。

2、气压场如何表示？气压场的基本型式有哪些？气压的水平分布形势通常用等压线或等压面来表示。

等压线是同一水平面上各气压相等点的连线。

等压线按一定气压间隔绘出，构成一张气压水平分布图。

若绘制的是海平面的等压线，就是一张海平面气压分布图。

若绘制的是5000 m高空的等压线，就成为一张5000 m 高空的气压水平分布图--等高面图。

等压线的形状和疏密程度反映着水平方向上气压的分布形势。

气压场的基本形式有：①低气压：简称低压，是由闭合等压线构成的低气压区。

②低压槽：简称槽，是低气压延伸出来的狭长区域，在槽中各等压线弯曲最大处的连线称槽线，气压值延槽线向两边递增。

③高气压：简称高压，有闭合等压线构成，中心气压高，向四周逐渐降低，空间等压面类似寒秋，呈上凹状。

④高压脊：简称脊，是由高压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，气压值延脊线向两边递减。

3、大气运动受到哪些力的作用？它们对大气运动的作用如何？作用于空气的力除重力之外，尚有因气压分布不均而产生的气压梯度力，因地球自转而产生的地转偏向力，因空气层之间、空气与地面之间存在相对运动而产生的摩擦力，因空气作曲线运动时产生的惯性离心力。

这些力在水平分量之间的不同组合，构成了不同形式的大气水平运动。

一般来说，气压梯度力是使空气产生运动的直接动力，是最基本的力。

其它力是在空气开始运动后产生和起作用的，而且所起的作用视具体情况而有不同。

地转偏向力对高纬地区或大尺度的空气运动影响较大，而对低纬地区特别是赤道附近的空气运动，影响甚小。

惯性离心力是在空气作曲线运动时起作用，而在空气运动近于直线时，可以忽略不计。

摩擦力在摩擦层中起作用，而对自由大气中的空气运动也不予考虑。

地转偏向力、惯性离心力和摩擦力虽然不能使空气由静止状态转变为运动状态，但却能影响运动的方向和速度。

气压梯度力和重力既可改变空气运动状态，又可使空气由静止状态转变为运动状态。

4、风的日变化有何规律？近地面层中，风存在着有规律的日变化。

白天风速增大，午后增至最大，夜间风速减小，清晨减至最小。

而摩擦层上层则相反，白天风速小，夜间风速大。

5、大气环流形成的主要因素有哪些？它们对大气环流的形成和维持有何作用？①太阳辐射作用：净辐射梯度分布引起了地球上高、低纬度间的大气热量收支不平衡，使大气中出现了有效位能，形成了向极的温度梯度。

太阳辐射对大气系统加热不均是大气产生大规模运动的根本原因，而大气在高低纬间的热量收支不平衡是产生和维持大气环流的直接原动力。

②地球自转作用：大气是在自转的地球上运动着，地球自转产生的偏转力迫使运动空气的方向偏离气压梯度力方向。

地球自转是全球大气环流形成和维持的重要因子。

③地表性质作用：海陆之间热力性质的差异所造成的冷热源分布和山脉的机械阻滞作用，都是重要的热力和动力因素。

海陆和地形的共同作用，不仅使低层大气环流变得复杂化，而且也使中高层大气环流有在特定地区出现平均槽、脊的趋势。

④地面摩擦作用：相对运动产生着摩擦作用，而摩擦作用和山脉作用使空气与转动地球之间产生了转动力矩（即角动量）。

角动量在风带中的产生、损耗以及在风带间的输送、平衡，对大气环流的形成和维持具有重要作用。

地面摩擦作用是大气环流中纬向环流与经圈环流形成和维持的重要因素。

6、大气环流的平均状况如何？①平均纬向环流：大气环流最基本的状态是盛行着以极地为中心的旋转的纬向环流，也就是东、西风带。

近地面层的纬向环流分布的特征如下:高纬地区：冬夏季都是一层很浅薄的东风带，称极地东风带。

主要分布在北大西洋低压和北太平洋低压的向极一侧，其厚度、强度都是冬季大于夏季。