气象学与气候学第四章大气的运动
气象学与气候学第四章大气运动
第四章 大气的运动
第三节 大气的水平运动和垂直运动
一、力 气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力、摩擦力
1、气压梯度力 G ：由气压差产生的、垂直于等压面且由高
压指向低压的“力”，大小与气压梯度的数值成正比、与等压
面间距和空气密度成反比；可据等压（高）线疏密程度判断
气压梯度大小
气压梯度
水平气压梯度通常为 1～3 hPa/赤道度 垂直气压梯度通常为 11100 hPa/赤道度
1、静力学方程 垂直气压梯度或单位高度气压差 （hPa/m）
单位气压高度差 （m/hPa）
dP ＝ dZ
gP Rd T
h ＝ Rd T
gP
气压 P 相同，气温 T 越高，单位气压高度差 h 大 气温 T 相同，气压 P 越高，单位气压高度差 h 小
第四章 大气的运动
第一节 气压随高度和时间的变化 一、气压随高度变化 2、压高方程 1）通用压高方程
2、压高方程
海拔高度 （m） 30000
气压 （hPa）
12
高度
16000 11000 5500 3000 1500
0
100 250 500 700 850 1000
气压
第四章 大气的运动
第一节 气压随高度和时间的变化 二、气压随时间的变化
1、气压随时间变化的原因 ➢ 水平气流的辐合与辐散：空气是可压缩流体，密度有变化 ➢ 不同密度气团的移动 ：平流运动导致 ➢ 空气的垂直运动 ：气柱内某高度上密度变化
风向
（百帕） 1000 1005
摩擦力 R 在近地表 大气作用 高空省略
1010
（北半球）
重 力
地转偏向力 A 在高纬或大 尺度空气运
动时作用
最新第四章习题-气象学与气候学资料
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]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。
气象学与气候学思考题
气象学与气候学思考题第一章引论1．气候系统气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈、和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理体系。
2．大气圈可分为哪些层？对流层有何重要特征？大气圈可分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
对流层的特征：①气温随高度的增加而降低。
②垂直对流运动显著。
③气象要素水平分布不均。
3．什么叫露点、降水、降水量？①在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却到饱和时的温度，称为露点温度，简称露点（T d）。
其单位与气温相同。
②降水是指从天空降到地面的液态或固态水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等（但露不属于降水）。
③降雨量是指降水落到地面后（固态降水则经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水边面上积聚的深度，降水量以毫米为单位。
4．写出干空气状态方程并阐明其意义。
①干空气状态方程为P=pR d T,其中第二章大气的热能与温度1．什么叫太阳常数？就日地平均距离来说，在大气上界，垂直于太阳光线的1cm2面积内，1分钟内获得的太阳辐射能量，称太阳常数，用I0表示，多取I0=1370W/m2.2．什么叫太阳辐射光谱？其能量是如何分布的？①太阳辐射中辐射能按波长分布，称为太阳辐射光谱。
②太阳辐射能量主要分布在在可见光区，占太阳辐射总量的50%，其次是红外区，占总能量的43%，而紫外区的太阳辐射能很少，只占总能量的7%。
3．大气对太阳辐射的削弱方式有哪几种？为何雨后天晴时的天空特别蓝？①大气对太阳辐射的削弱方式有吸收、散射、反射三种。
②雨后天晴时的天空特别蓝是因为空气中杂质、水汽等凝结物少，基本上是属于分子反射，而太阳辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射。
4．为何有云的夜晚气温比较高？有云的夜晚气温比较高是因为云能强烈吸收地面辐射并且能反射回地面，也就是大气的逆辐射，因此，当天空有云，特别是浓密的低云时，逆辐射就更强了。
5．写出泊淞方程，并说明其物理意义。
大气运动知识点最全梳理
大气运动知识点最全梳理大气运动是指大气中气体的水平和垂直运动。
它是大气环流和气候变化的重要组成部分，对地球上的气候、天气和环境起着重要的影响。
下面是大气运动的一些知识点梳理。
1.水平风水平风是大气运动的基本形式之一，主要由动力平衡方程决定。
在赤道附近，由于地球自转的影响，形成赤道低压带和副热带高压带，水平风呈东北风的形式；在中纬度地区，冷空气向赤道方向移动，形成副热带低压带和温带高压带，水平风呈南西风的形式；在极地附近，形成极地低压带和极地高压带，水平风呈东北风的形式。
2.垂直风垂直风主要包括对流流动和大气稳定层流动两种形式。
对流流动是指由于地表受热不均匀所引起的垂直上升气流和下沉气流，形成云、降雨和对流环流；大气稳定层流动是指在平流层中，由于地表热量输入与输出之间的平衡导致的持续垂直上升气流和下沉气流。
3.热力学气候学热力学气候学是研究大气运动和气候系统中能量转换和平衡的学科。
它通过热力学定律和能量守恒定律，分析大气中的能量转换过程，揭示大气运动的机制和规律。
热力学气候学的核心概念包括辐射平衡、湿绝热位能、辐合和辐散等。
4.水汽运输水汽运输是大气运动中的重要过程之一、水汽通过蒸发、蒸散和蒸发凝结等途径进入大气中，然后在垂直和水平运动的作用下传输到其他地区。
水汽运输对地球上的水循环、气候和天气有着深远的影响。
5.热带气候环流系统热带气候环流系统是大气运动的重要组成部分。
它包括赤道季风环流、副热带高压带和副热带低压带、豪雨带和雨带等。
热带气候环流系统的形成和变化与太阳辐射、地球自转、地形和海洋热力结构等因素密切相关。
6.大尺度环流大尺度环流是指全球范围内的大气运动。
它主要包括大尺度风场、高压、低压以及它们所控制的气象系统，如暖锋、冷锋和锋面等。
大尺度环流对气候和天气的形成和发展有着重要的影响。
7.气旋和反气旋运动气旋和反气旋运动是大气中的一种特殊的环流形式。
它们是由于地转偏向力和水平温度梯度造成的，具有旋转风流和气象现象的特点。
气象学与气候学课件04大气的运动
第一节 气压随高度和时间的变化
一、气压随高度的变化
（一）定性的分析：
一个地方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。大气柱质量 的增减又是大气柱厚度和密度改变的反映。 当气柱增厚、密度增大时，空气质量增多， 气压就升高。反之，气压降低。
所以，任何地方的气压值总是随海拔高度的 增高而递减。（密度大气压高，密度小气 压低）
1、水平气流的辐合与辐散
水平气流的辐散，气压降低；
水平气流的辐合，气压升高。
水平气流的辐散
水平气流的辐合
2、不同密度气团的移动
如果移动到某地的气团的密度比原来 气团的密度大，则该地空气柱中质 量会增多，气压随之升高；反之， 气压降低。
3、空气垂直运动
❖当空气有垂直运动而气柱内质量没有外 流时，气柱中总质量没有改变，地面气 压不会发生变化。
（二）定量的分析： 确立空气密度大小与气压随高度变化的定
量关系（即气压与高度间的关系）
考虑两种情况： 一是静止大气中而且气层不太厚和要求精
度不太高的情况——用静力学方程； 二是研究气层的厚度较大，密度变化显著
的情况——用压高方程。
1、静力学方程
（1）气象上应用的大气静力学方程：
—dP = ρgdZ 方程说明：气压随高度递减的快慢取决于空
h = RdT/Pg =8000(1+t/273)/P
得出结论：表4-1
➢在同一气压下，气柱的温度愈高，密 度愈小，气压随高度递减得愈缓慢， 单位气压高度差愈大。
➢在同一温度下，气压值愈大的地方， 空气密度愈大，气压随高度递减得愈 快，单位气压高度差愈小。
2、压高方程
它表示了，气压随高度的增加而按指 数递减的规律。而且在大气低层 ， 气压递减得快，在高层递减得慢， 在温度低时，气压递减得快，在温 度高时，递减得慢
第气候学——四章 大气环流的长期变化
（4）平流层和中间层，冬夏风系几乎完全相反，冬季从平 流层到热层下部几乎全是西风，夏季平流层到中间岑顶全部转 为东风，仅在热层保持西风。
2、平均经向环流
三圈环流
3、平均水平环流
(1)海平面气压分场和风场 大气活动中心
永久性活动中心：一年四季都存在，只是强弱程度有所变 化的大气活动中心称之。
半永久性活动中心（季节性活动中心）：只在冬半年或夏 半年存在的活动中心。
每个大气活动中心均有季节变化，重要的是有明显的年际 变化，而这些年际变化，即成为广大地区气候变化的原因。
北半球大气活动中心
一月 七月
一月 七月
大洋
大陆
（永久性活动中心）（季节性活动中心）
决定大气环流的主要因子是：（1）太阳辐射能量随纬 度的不均匀分布；（2）地球自转；（3）海陆和大地形式的 分布；（4）基本环流的不稳定性；（5）地表的摩擦；（6） 太阳活动。
二、大气的平均环流
1、平均纬向环流
（1）平均纬向风场与经向温度分布的基本特征一致。
（2）无论冬夏在对流层中高纬度都是西风带，但冬季西风 急流中心强度比夏季大一倍。急流轴均在对流层顶附近，但其 纬度有明显的季节变化
阿留申低压
蒙古高压
）
冰岛低压
北美高压
北大西洋高压
北美低压
（大西洋）
（北美大陆）
一月海平面气压图
七月海平面气压图
（2）对流层中高层的平均水平环流 极涡：无论冬夏在极区都是一个气旋式涡旋，
但极涡中心不在极地，且冬季强于夏季。 中高纬是平均槽脊：冬季为三槽三脊，平均
气候学 第四章 大气环流的长期变化
气象学与气候学-大气的水平运动和垂直运动
1、形成：
12
2、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动称之 为地转风。 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。 4、 地转风风速的大小
13
公式的意义：
3
（二）水平地转偏向力
1、现象 园盘静止不动
园盘是逆时针转动
AB
AB
2、定义： 作用在转动地球上的运动空气上的惯性力。它是促使运动空气 偏离水平气压梯度方向的主要原因。
4
3、水平地转偏向力
5
任一纬度上的地转偏向力
6
7
4、水平地转偏向力的特点
8
（三）惯性离心力
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。 这个力是物体为保持作曲线运动而产生的，即惯性离心力。 2、方向： 与物体运动的方向相垂直，并指向曲率半径的外侧。 3、惯性离心力的大小： C=v2/r=ω2/r V是空气运动的线速度；r是空气运动的曲率半径； ω是空气运动 时的角速度。 4、特点
14
（二）梯度风
15
2、梯度风的风速
16
高压区中梯度风的风速
17
3、梯度风的特性
18
梯度风遵守的地转风的风压定律
注意：
19
（三）自由大气中风随高度的变化
1、热成 （风1）由于水平温度分布不均匀所形成的风随高度的改变量。 （2）公式：
V T V 上V 下
（3）特点：
20
2、风随高度的变化规律 （1）等温线与等压线平行
21
等压线与等温线相交而有冷平流，在北半球风向随高度逐渐左转， 而且越到高层，风向与热成风风向越接近。
《气象学与气候学》本科课程教学大纲
附件二《气象学与气候学》教学大纲佳木斯大学理学院——黄秀英一、课程基本信息：课程编号：课程中文名称：气象学与气候学课程英文名称：Meteorology and Climatology课程类别：专业基础课适用专业：地理科学专业、资源环境专业开课学期：秋季总学时：本科72学时（理论课66学时+实验6学时）专科64学时（理论课48学时+实验6学时）总学分：本科4分，专科3.5分教研室名称：地理系——自然地理教研室课程简介：气象学与气候学是师范地理科学专业必修的专业基础课程。
课程系统地讲述了气象学、天气学、气候学的基本原理和基本概念及各部分内容在实践中的应用实例。
课程内容主要包括大气热学、大气水分、大气运动、天气系统、气候形成、气候带和气候型、气候变化及人类影响等。
课程性质：气象学与气候学是地理科学专业的专业基础课和资源与环境专业的选修课。
教学任务：气象学与气候学的基本知识和基础理论；大气的热能、温度、水分变化；大气的运动规律；天气系统；气候的成因；气候带和气候类型；气候变化和人类活动对气候的影响。
教学目标：本课程是自然地理的一个重要组成部分，通过系统的学习，应使学生全面地掌握大气中的物理现象、物理过程和大气运动的基本原理；天气演变和气候的形成、分布、变化的基本原理；了解人类对天气的影响和改造的基本原理；使学生能胜任未来的工作需要。
<学时分配表>培养目标培养具有专业知识的合格的中学地理教学工作者。
选择教材的原则：•教材内容必须和教学大纲相接近，而且是近两年内新出版的，适合地理科学教学的特点•教材的知识量丰富，内容新、准确，结构清晰，并与中学教材相接近•知识的数量和难易程度符合地理科学专业的培养目标、要求，学生在学习中比较容易接受建议教材：《气象学与气候学》周淑贞主编——高等教育出版社1999.6年第三版1982年第一版国家优秀教材纪念奖1988年第二版国家教委优秀教材二等奖1998年在台湾以繁体字出版，供台湾高校地理系学生使用2001年获上海市高校教学成果奖三等奖参考教材文献：理论教学内容与要求：第一章引论重点：1、气象学、气候学、天气学的概念及研究对象2、本学科与部门地理、区域地理的关系3、干洁空气的概念、成分及作用4、对流层、平流层的特点及成因§1-1气象学与气候学的研究对象、任务要求：1.气象学、气候学、天气学的概念及所研究对象2.本学科与其他部门地理、区域地理学的关系一、气象学与气候学的研究对象和任务二、气象学与气候学在实际生活中的应用§1-2气候系统概述要求:1.熟练掌握干洁空气的概念、成分及作用2.掌握大气中的水汽、固体杂质的来源及分布3.理解固体杂质、液体微粒的作用4.熟练掌握大气垂直方向的五个分层，温度分布特点及原因5.理解大气高度的划分一、大气圈概述二、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述§1-3 大气的物理性状要求：1.熟练掌握各主要气象要素的定义、单位及公式2.掌握干空气、湿空气的状态方程3.能利用仪器准确测定主要的气象要素一、主要气象要素二、空气状态议程第二章大气的热能和温度重点：1、太阳辐射及太阳常数2、干绝热直减率和湿绝热直减率3、全球水平气温的分布特点4、如何判别大气的稳定度难点：1、大气稳定度的判别2、乱流逆温的形成过程§2－1太阳辐射要求：1、熟练掌握太阳辐射、太阳光谱、太阳常数的概念；大气对太阳辐射的特点；影响直接辐射的因素。
《气象学与气候学》本科课程教学大纲
附件二《气象学与气候学》教学大纲佳木斯大学理学院——黄秀英一、课程基本信息：课程编号：课程中文名称：气象学与气候学课程英文名称：Meteorology and Climatology课程类别：专业基础课适用专业：地理科学专业、资源环境专业开课学期：秋季总学时：本科72学时（理论课66学时+实验6学时）专科64学时（理论课48学时+实验6学时）总学分：本科4分，专科3.5分教研室名称：地理系——自然地理教研室课程简介：气象学与气候学是师范地理科学专业必修的专业基础课程。
课程系统地讲述了气象学、天气学、气候学的基本原理和基本概念及各部分内容在实践中的应用实例。
课程内容主要包括大气热学、大气水分、大气运动、天气系统、气候形成、气候带和气候型、气候变化及人类影响等。
课程性质：气象学与气候学是地理科学专业的专业基础课和资源与环境专业的选修课。
教学任务：气象学与气候学的基本知识和基础理论；大气的热能、温度、水分变化；大气的运动规律；天气系统；气候的成因；气候带和气候类型；气候变化和人类活动对气候的影响。
教学目标：本课程是自然地理的一个重要组成部分，通过系统的学习，应使学生全面地掌握大气中的物理现象、物理过程和大气运动的基本原理；天气演变和气候的形成、分布、变化的基本原理；了解人类对天气的影响和改造的基本原理；使学生能胜任未来的工作需要。
<学时分配表>培养目标培养具有专业知识的合格的中学地理教学工作者。
选择教材的原则：•教材内容必须和教学大纲相接近，而且是近两年内新出版的，适合地理科学教学的特点•教材的知识量丰富，内容新、准确，结构清晰，并与中学教材相接近•知识的数量和难易程度符合地理科学专业的培养目标、要求，学生在学习中比较容易接受建议教材：《气象学与气候学》周淑贞主编——高等教育出版社1999.6年第三版1982年第一版国家优秀教材纪念奖1988年第二版国家教委优秀教材二等奖1998年在台湾以繁体字出版，供台湾高校地理系学生使用2001年获上海市高校教学成果奖三等奖参考教材文献：理论教学内容与要求：第一章引论重点：1、气象学、气候学、天气学的概念及研究对象2、本学科与部门地理、区域地理的关系3、干洁空气的概念、成分及作用4、对流层、平流层的特点及成因§1-1气象学与气候学的研究对象、任务要求：1.气象学、气候学、天气学的概念及所研究对象2.本学科与其他部门地理、区域地理学的关系一、气象学与气候学的研究对象和任务二、气象学与气候学在实际生活中的应用§1-2气候系统概述要求:1.熟练掌握干洁空气的概念、成分及作用2.掌握大气中的水汽、固体杂质的来源及分布3.理解固体杂质、液体微粒的作用4.熟练掌握大气垂直方向的五个分层，温度分布特点及原因5.理解大气高度的划分一、大气圈概述二、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述§1-3 大气的物理性状要求：1.熟练掌握各主要气象要素的定义、单位及公式2.掌握干空气、湿空气的状态方程3.能利用仪器准确测定主要的气象要素一、主要气象要素二、空气状态议程第二章大气的热能和温度重点：1、太阳辐射及太阳常数2、干绝热直减率和湿绝热直减率3、全球水平气温的分布特点4、如何判别大气的稳定度难点：1、大气稳定度的判别2、乱流逆温的形成过程§2－1太阳辐射要求：1、熟练掌握太阳辐射、太阳光谱、太阳常数的概念；大气对太阳辐射的特点；影响直接辐射的因素。
农林气象学 4第四章大气的运动
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。
★风随高度的变化 摩擦层：风呈爱克曼（Ekman）螺线分布 摩擦层顶：风速接近地转风、风向与等压线平行 ★风的阵性 在观测中，风速时大时小、风向不停变化， 这种现象称为风的阵性。近地层的风，阵性显著
四、空气的垂直运动
大气运动经常满足静力学方程，基本上是准水平 的，因而空气的垂直运动速度很小，一般仅为水 平速度的百分之一，甚至千分之一或更小。然而 垂直运动却与大气中云雨的形成和发展及天气变 化有着密切关系。 对流运动是由于某团空气温度 与周围空气温度不等而引起的 （二）系统性垂直运动 （一）对流运动 是指由于水平气流的辐合、辐散、暖气流沿锋 面滑升以及气流受山脉的机械、阻滞等动力作用 所引起的大范围、较规则的上升或下降运动
双峰型：与一日间的增、降温交替所产生的大气半 日振动周期和日月引起的大气潮有关;其日变化规 律是一天中出现一个最高值（9-10点），一个次高 值（21-22点）；一个最低值（15-16点），一个次 低值（03-04点）如图（雅加达、莫斯科、南高）
气压日变幅随纬度增高而减小，低纬度为3～ 5hPa,在纬度50°附近小于1hPa。我国低纬度地 区为2.5～4hPa，中纬度地区为1～2.5hPa。 气压年变化是以一年为周期的波动，受气温的年变 化、纬度、海陆性质、海拔高度等地理因素影响。 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。高山区一年最高 值出现在夏季，最低值出现在冬季。
总结 ：气压梯度力是使空气产生运动的直接动力，
是最基本的力. 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
气候气象学第四章
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）—— 原动力，
可改变空气 运动状态
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
R（摩擦力）———————
A（地转偏向力）——
假想力
C（惯性离心力）——
（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：
P gZ Gz g Z Z
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：
第四章 大气的运动
§4.1 气压随高度和时间的变化 一．气压随高度的变化 二．气压随时间的变化
一、气压随高度的变化
（一）静力学方程：
dP = -ρg 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ρ
• 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
一．促使空气运动的力 二．自由大气中的空气运动
三．摩擦层中的空气运动
一、促使空气运动的力
（一）水平气压梯度力
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。
H：位势米 gφ：位势米 Z：几何高度
《气象与气候学》第六讲
大气运动方程
• 转化为各方向的分量，有（4.13）
du 1 P 2v sin R dt x
dv 1 P 2u sin R dt y
dw 1 P gR dt z
中山大学地理学院国土系 刘秋海
地转风
问
• 为什么地转风高
空大于低空？相 同气压梯度时中 低纬大于高纬？ 热带地区为什么 很小？
题
梯度风
问
• 为什么龙
卷风在北 半球能够 出现顺时 针旋转的 情况？
题
L/O/G/O
《气象与气候学》第六讲
第四章 大气的运动
1、气压随高度和时间的变化
2、气压场 3、大气的水平运动和垂直运动 4、大气环流
第四章 大气的运动
2、气压场
等压线与水平气压分布图
热成风
热成风
自由大气中风随高度的变化
自由大气中风随高度的变化
自 由 大 气 中 风 随 高 度 的 变 化
温 压 场 对 称 系 统
温压场不对称系统
问
题
• 不对称的温压场，高低压轴线到高空向那
一方偏离？为什么？
问
• 试从温度与单位气
压高度差的关系来
题
说明暖高压和冷低
压是深厚系统，暖
系统性垂直运动
第三次平时作业－编写课程论文提纲（
• 题目：自定，与气象要素/天气系统/气候特征/…有关 • 不用写摘要和关键词 • 数据来源 • 处理方法 • 可能得到的图表 • 可能分析的问题 • 11月17日提交电子版
中山大学地理学院国土系 刘秋海
地理科学《气象学与气候学》大气的运动课件
第二节 气压场
（一）等压线和等压面 1、两类气压场
1）海平面气压场 2）空间气压场
二、气压场的基本型式
在等高线闭合的区域，中 心气压数值最高，是高压 区，是与等压面凸起的地 方相对应的。
在等高线闭合的区域，中心气压数值最低，是低压区， 是与等压面凹下的地方相对应的。
三、气压场的空间结构
ATMOSPHERIC PRESSURE
Atmospheric pressure decreases rapidly with height. Climbing to an altitude of only 5.5 km, where the pressure is 500 hPa, would put you above one-half of the atmosphere's molecules.
水平方向与气压梯度有关：
dP 1 百帕
1 dPa 1000 达因/cm2
—— = ———— = ———— = —————— = 9×10-5达因/cm3
dN 赤道度 111 km 111×105 cm
（1达因=1 g.cm/s2 ，干空气质量为1293 g/m3 )
所以，G= 7×10-2 达因/克= 7×10-2 cm/s2 = 7×10-4 N/kg
x
ln
P2 P1
Z 2 g dZ Z1 RT
g RT
(Z2 Z1)
Z2
Z1
18400
(1 t / 273 ) log 10
p1 P2
等温大气压高方程
二、气压随时间的变化
1、地面气压的周期性和非周期 性变化 2、气压随时间变化的原因
大气运动 -完整版PPT课件
把空间气压值相同的各 点组合而成的面叫做等 压面。
海 拔 升 高
气 压 降 低
B
A
C
若地面受热均匀，等压面应该是平行的
低
等 压 面
（hpa)
高
高
低
1002
1004
1006
1008
低
高
等压面的判断
C·
D·
请比较下列位置的气压高低：
B·
A >D
A·
B >C
⑴对于同一地点而言，气压总是随高度的增加而递减。
于海洋。
热力环流的因果关系
根本
太
冷 原因 空气
阳
热
垂直
辐
不
运动
射
均
同一水 平面气 压差异
空气 水平 运动
热低压，冷高压
热力环流 ——大气运动最 简单形式
万能公式
•受热=气流上升=近地面低气压=阴雨天气
•受冷=气流下沉=近地面高压=晴燥天气
讨论 这场雨真的是天意吗
欲知此事详情，待会详解
1.大气运动最简单的形式————热力环流
什么是大气运动
大气的运动有垂直运动和水平运动之分。
大气的垂直运动 气流的上升
气流的下沉
大气的水平运动——风
（一）、热力环流 1、几个常用概念 A、 气压： 单位面积上空气柱的质量
高度升高，气压减小
1060hpa 1100hpa
形成高压。
高气冷压
低气压
陆地
冷高气压
陆风
夜晚陆地降温快、 气温低，形成高压。 海洋降温慢、气温
高，形成低压。
海洋
高气压
热 低气压
判断下面两幅图片，那副是正确的？
气象学与气候学_第四章
第四章 气候形成的下垫面因素
主要内容
4.1 海陆分布与气候 4.2 海气相互作用与气候 4.3 地形与气候 4.4 冰雪覆盖与气候 4.5 局地地面特性与气候
6
第四章 气候形成的下垫面因素
4.1 海陆分布与气候
海陆间通过热力和动力作用影响大气，改变大气 中的水、热状况，影响环流的性质、强弱，形成海陆 间的气候差异。
北半球：冬季（1月）大陆温度低于海洋；夏季（7月）， 大陆温度高于海洋，转变月份分别在5月和10月。如1月从海面
23
第四章 气候形成的下垫面因素
到对流层上层的气温，亚非大陆比太平洋低；7月相反，大陆 气温比海洋高。
3. 海陆温差因纬度和季节而异
冬季，45°N以北海陆气温差比以南大，最大差值出现在 50°N附近；夏季，45°N以南海陆温差比以北大，最大差值出 现在25°N附近。由于海陆温度时空分布不均匀，从而产生气压 梯度，形成周期性季风和海陆风，影响天气和气候。（课本 P152图4.40）
中高纬度东部＞西部
深水层（1500m）以下垂直变化很小
全球海平均水海温温（度17.4变℃）化＞＜海同洋增纬暖度期，的海水大把气热量和传大入深陆层
气温（14.3℃）
海洋减温期，深层热量上传
10
第四章 气候形成的下垫面因素
太
大
平
西
洋
洋
11
第四章 气候形成的下垫面因素
海水垂直溫度
0
10
20
200m
800m
• 洋流对东西两岸的气温差异有明显影响：暖流对沿岸增 温，而寒流对沿岸降温。
21
第四章 气候形成的下垫面因素
4.1.2 海陆分布与气候
➢ 海陆分布与气温 由于海陆热力性质不同，使其增温和冷却存在很大
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如果没有夏季风的影响，我国的江南鱼米之乡，气候将十分干 燥，将变成一片不毛之地。
夏季风不仅使酷热干旱的气候变得暖湿多雨，而且每年入春后， 从海洋上吹来的潮湿气流还带给华南，华中，华北及东北南部 地区大量雨水，使这些地区成为一年两熟或三熟的祖国大粮仓。
r
4、摩擦力 R
摩擦力
内摩擦力 外摩擦力
•特点
方向 永远与空气质点运动方向相反 使空气质点的运动速度减小
小结：
水平气压梯度力 水平地转偏向力 惯性离心力 摩擦力
1. 产生的原因 2. 作用 3. 特点
这四个力对空气运动的影响是不一样的。通 常G是使空气产生运动的直接动力，是最基 本的力；低纬地区不考虑A，直线运动不考 虑C，1～2公里以上，摩擦力R影响可以忽略 不计。
hpa
50 0
高 空 天 气 图
地 面 天 气 图
气压场的基本形式
低空气压系统
气压的空间分布不均匀而呈现出各种不同的气压形势， 概括起来可分为五种基本类型。
低气压 高气压 低压槽 高压脊 鞍形气压场
气压系统
低压和高压的空间等压面图示
2、低空气压场的基本形式
高空气压系统受地面影响较小，
3、惯性离心力C
• 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。 • 这个力是物体为保持沿惯性方向运动而产生的，因而称惯性
离心力。
产生条件 当空气作曲线运动时产生的
特点：
大小 方向 由运动轨迹的曲率中心，沿曲率半径指向外侧
V2 C
科学家认为，我国一年分成7个季节更恰当。 １） 初春——3月初～4月中，冬季风第一次明显减弱，夏季风 开始在华南出现。 ２）暮春——4月中～6月中，冬季风再度减弱，华南雨季开始， 华中开始受夏季风影响，雨量增多。 ３）初夏——6月中旬～7月中，华南夏季风极盛，降水量略减 少，东南丘陵地，南岭附近出现干季。 4） 盛夏——7月中～9月初，华中夏季风极盛，梅雨结束，相 对干季开始，华北、东北夏季风开始盛行，雨季开始。 5）秋季——9月初～10月中，冬季风迅速南下，我国大陆几乎 都受冬季风影响。 6）初冬10月中～12月初，夏季风完全退出我国大陆。 7） 隆冬——12月初～3月初；冬季风全盛期
2、梯度风
定义：在自由大气中，空气作曲线运动时，除 了受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用 外，还受惯性离心力的作用，这三个力达到平 衡时的风，称为梯度风
产生的条件： 在自由大气弯曲等压线气压场中产生的
空气质点所受的力： 水平气压梯度力 水平地转偏向力 惯性离心力
形成过程 风向与气压场的关系
形成条件:
地球自转 地表分布均匀 太阳直射赤道
在三圈环流形成的过程中，形成了四个气压 带和三个风带：
气压带
赤道低压带 副热带高压带 副极地低压带
风带
极地东风带 西风带
极地高压带
东北信风带
行星风带：
把全球范围内成纬向带状分布的气压带和风
带
大气活动中心
定义： 由于海陆热力差异的原因，把完整的纬 向带状分布的气压带，切割成范围很大 的、闭合的高压中心和低压中心，它们 主宰着大气的活动和水热的交换，对天 气变化和气候特性有重大的影响。
高气压、高压脊、低压槽、鞍形气压场） 4.在地转风和梯度风形成的过程中，作用在空气质点上的力分
别包括哪些？ 5.在摩擦层大气中，空气质点的运动方向是否仍然和等压线平
行（即沿着等压线方向）？并说明原因。 6.画图解释海陆风、山谷风、焚风形成的过程。
高空气压系统 相对较简单，大多呈纬向平直或 波状，有时也会出现闭合系统
第二节、空气运动
一、水平运动 二、大气环流运动 三、湍流运动
一、水平运动
风的定义： 大规模的空气质点的水平流动
风的表示方法 风向 风的来向 16方位 风速 单位时间内空气质点水平移动的距离 m/s
为什么空气质点会产生大规模的水平流动呢？
990 1000 1010 1020
A
990
1000 1010 1020
B
2 气压变化原因
• 热力因子使空气密度变化 • 大气运动引起气柱质量变化
➢ 水平气流的辐合与辐散 ➢ 空气的垂直运动 ➢ 不同密度气团的移动（冷暖气团的移动）
水平气流的辐合与辐散
辐合则空气质点 聚集，气压升高
辐散空气质点流 散，气压降低
产生的条件： 在自由大气平直等压线气压场中产生的
空气质点所受的力： 水平气压梯度力 水平地转偏向力
形成过程
A 2V sin
北 半 球
当水平地转偏向力增大到与水平气压梯度力大小相等方向 相反时，空气就沿着与等压线平行的方向作匀速直线运动， 这就形成了地转风。
1、地转风
地转风的风向和气压场的关系遵循白贝罗风压定 律： 背风而立，高压在右，低压在左（北半球）
V
低压
A
G
C
A 高
GC V
V
（三）、摩擦层中的风
摩擦层 距离地面1—2km以下的大气层
摩擦层中空气质点受到摩擦力的作用。 使得空气质点的运动方向不再与等压线平行 而是斜穿等压线并且指向低压方向
风速减小：中纬度地区陆地上55～65%，海洋上 30～40%
风向与等压线的交角：在陆地上约为25°～35°, 海洋上约为10°～20°
第四章 大气的运动
第一节 气压的变化
气压 单位面积上所承 受的垂直大气柱 重量。单位帕 （hPa）
1、气压的垂直变化
拉普拉斯压高公式
描述气压与高度之间的数量关系
z 18400 (1 t) lg P1
P2
气压随高度的变化程度
冷气团中空气密度大,气压随高度降 低速度比暖气团快
降低同样的气压，冷气团中上升的高 度小，而暖气团中上升的高度大
高气压：风沿等压线按顺时针方向吹，称反气旋。 反气旋风向是顺时针旋转的。空气从反气旋中心 向外扩散，冷空气从高处向下运动绝热增温，下 沉空气将使天气变得干燥、晴朗
低气压
高气压
高、低压中的空气运动
第四节 大气环流
大气环流
定义： 地球上各种规模的空气运动的综合表现， 由各种相互关联的气流（水平方向、垂直方 向、地面和高空）所构成的一个复杂整体。
（一）、作用在空气质点上的力
水平气压梯度力（ G ）
A 水平地转偏向力 （ ）
惯性离心力（ C ）
摩擦力 （ R）
同这 组些 合力 大，在 气构水 水成平 平了分 运不量 动同之 形间 式的 的不
1、水平气压梯度力G
定义 单位质量空气，在气压场中， 水平方向上，由于气压分布的 不均匀，而受到的力
冬季 海洋 陆地
热源 冷源
低压 高压
1、季风（季风形成的原因）
（2）由行星风带随季节移动而引起
夏季，赤道低 压北移，南半 球的东南信风 越过赤道形成 西南风
夏季
1、季风
我国盛行的季风
冬季
受蒙古高压控制，盛行西北风
夏季
受太平洋高压控制， 盛行偏南风
我国季风活动及影响
我国黄河流域以南，包括长江流域的大部分地区都处在副热带 高压带即30°N附近。
（二）、自由大气中的风
自由大气：
指距离地面1—2km 以上的大气层
种类：
地转风和梯度风
1-2km
1、地转风
定义：自由大气中，在平直等压线的气压场中，那么空气 只在水平气压梯度力和水平地转偏向力作用下运动。当这 两个力处于平衡时(大小相等，方向相反)，空气就沿着等 压线作匀速直线运动，这种风称为地转风
大气活动中心
形成原因： 由于海陆分布和地形条件的差异
对于下 垫面
暖的下垫面 易产生 低压 冷的下垫面 易产生 高压
大气活动中心
当对无于海副陆热带差高异压时 当有海陆差异时
是一个连续的高压带
夏季
海洋 陆地
高压 低压
冬季
海洋 陆地
低压 高压
对我国影响较大的高低压中心
夏季 冬季
低压在陆地 中心在印度 印度低压 高压在海洋 中心在夏威夷 夏威夷 高压
陆地为高压 中心在蒙古 蒙古高压
海洋为低压 中心在阿留申 阿留 申低压
（三）、季风和地方性环流
1、季风 大范围的低空盛行风，风向有显著改变
的现象，以年为周期
海陆热力差异产生
形成原因
行星风带随季节移动而引起
1、季风（季风形成的原因）
（1）海陆热力差异
夏季 陆地 海洋
热源 冷源
低压 高压
1020hpa
1010hpa
•特点：
•有方向，由高压指向低压
•垂直于等压线
•与水平气压梯度成正比 △P/△n
1、水平气压梯度力G
G
1
•
P
n
作用：使空气质点产生运动的原动 力
2、水平地转偏向力
问题的提出 如果空气只受水平气压梯度力的作用而产生风时，则风向 和水平气压梯度力方向一致，并且风速也应越来越大。 但实际上，风向和水平气压梯度力并不一致，风速也没有 无限加大，说明必然还有其它力作用在运动的空气上
2.在曲线等压线的气压场中：则受四个力作用G，A，C，R 在低压中心（气旋）中，气流斜穿等压线逆时针向中心辐合； 在高压中心（反气旋）中，气流斜
低气压：风沿等压线逆时针方向吹，称气旋。空 气在气旋中绝热上升冷却，形成云或者降水。气 旋和气压下降常伴随风暴和降水