大气运动规律
大气运动规律
大气运动规律
大气运动规律是指大气层里的风、气压、温度等气象要素在时间和空间上展现出的规律性分布和演变。
1. 每个地球区域大气运动都遵循气压与温度的垂直剖面。
即大气压力水平面上气压随高度（海拔）上升而不断降低，气温随高度上升而不断降低。
2. 利用大气循环与地球自转的相互作用，气压梯度力、地转偏向力和离心作用三力所构成的地球大气环流，形成3个气圈，即赤道低压带、副热带高压带和极地低压带。
3. 大气循环中的热带降雨带、风带、反气旋和台风等都有周期性规律，可以预测和掌握。
4. 大气的运动过程中形成的气压、冷暖空气和湿度等逐渐向高空扩散，形成大气层的物理结构。
5. 温度反演、地形障碍和海陆切变等大气环境因素对大气的物理和化学过程都产生很大的影响。
大气运动知识点
大气运动知识点大气运动是地球上最常见的自然现象之一，它对我们的日常生活、气候和生态系统都有着深远的影响。
接下来，让我们一起深入了解大气运动的相关知识点。
首先，我们要明白大气运动的根本原因是太阳辐射在地球表面的分布不均。
由于地球是一个球体，不同纬度地区接收到的太阳辐射能量存在差异。
赤道地区接收到的太阳辐射多，气温高，空气受热膨胀上升；而两极地区接收到的太阳辐射少，气温低，空气冷却收缩下沉。
这种温度差异导致了大气的垂直运动。
大气的垂直运动又会引起水平方向的气压差异。
空气上升的地区，地面气压降低，形成低气压区；空气下沉的地区，地面气压升高，形成高气压区。
水平方向上，空气总是从高气压区流向低气压区，从而形成了风。
风是大气运动的主要表现形式之一。
在近地面，风受到摩擦力、地转偏向力和水平气压梯度力的共同作用。
水平气压梯度力是促使空气流动的直接原因，它的方向是由高压指向低压，并且垂直于等压线。
地转偏向力则会使风向在北半球向右偏，在南半球向左偏。
摩擦力会减小风速，并使风向与等压线之间形成一定的夹角。
大气环流是全球性的有规律的大气运动。
最基本的大气环流模式是三圈环流。
由于赤道地区的受热上升和极地地区的冷却下沉，在赤道和 30°N/S 之间形成了低纬环流圈；在 30°N/S 和 60°N/S 之间形成了中纬环流圈；在 60°N/S 和极地之间形成了高纬环流圈。
季风也是一种重要的大气运动现象。
季风主要出现在亚洲、非洲和澳大利亚等地区。
以亚洲季风为例，冬季，大陆冷却快，形成高压，海洋相对温暖，形成低压，风从大陆吹向海洋；夏季，大陆受热快，形成低压，海洋相对凉爽，形成高压，风从海洋吹向大陆。
海陆风是由于海陆热力性质差异产生的一种局部大气运动。
白天，陆地升温快，气温高于海洋，风从海洋吹向陆地，形成海风；夜晚，陆地降温快，气温低于海洋，风从陆地吹向海洋，形成陆风。
山谷风则是在山区出现的一种特殊的大气运动。
大气运动规律
地球上的大气【知识归纳】一、大气运动的基本规律分析掌握大气运动的基本规律是分析天气、气候现象的基础，此部分内容涉及知识点很多，在这里我们应重点突破以下知识：1．热力环流的形成原理与应用(1)热力环流的形成原理(2)等压面的判读与应用:热力环流形成过程中，因地面冷热不均，等压面发生弯曲，其特点为：高压区的等压面向上凸，低压区向下凹；近地面气压与高空气压高低值相反，呈轴对称分布，如下图所示：依据上图所示的等压面的弯曲状况，我们可以得出：①判断近地面的冷热分布及气温高低状况：近地面等压面上凸的为受冷地区，气温较低，等压面下凹的为受热地区，气温较高。
②判断水平气流运动方向：气流由等压面上凸的地方流向等压面下凹的地方。
③判断近地面的天气状况：近地面等压面上凸的地方多晴朗天气，等压面下凹的地方多阴雨天气。
常见的热力环流：城郊风由于城市人们的生产、生活释放出大量人为热，使城市气温升高，空气上升，与郊区下沉气流形成城市热力环流，下沉气流又从近地面把郊区污染物带入城市中心，严重污染了城市环境。
因此，为了减轻城市污染，如何减少化石燃料的使用量及如何布局郊区工业及卫星城市，成为人们普遍关心的问题。
一般将绿化带布局于气流下沉处及下沉距离以内，而将卫星城或污染较重的工厂布局于下沉距离之外。
海陆风白天在太阳照射下，陆地增温快，气温比海上高，空气膨胀上升，高空气压比原来气压升高，空气由大陆流人海洋；近地面陆地形成低气压，而海洋上因气温低，形成高气压，使下层空气由海洋流人大陆，形成海风。
夜间与白天大气的热力作用相反而形成陆风。
山谷风白天因山坡上的空气增温强烈，于是暖空气沿坡上升，形成谷风(如图a)。
夜间山坡上的空气迅速冷却，密度增大，因而沿坡下滑，流人谷地，形成山风(如图b)。
特别说明：城市风环流的方向不随时间而变化，因为市区的气温总是高于郊区。
而海陆风环流和山谷风环流的流向则随昼夜的变化而向相反的方向变化，因为海与陆、山与谷的气压高低随昼夜改变而改变。
大气运动规律
摩擦层中的白贝罗 风压定律：
G
V
北半球：
R A
高压
背风而立， 低压在左前方， 高压在右后方。 南半球相反。
在摩擦层中，风穿越等压线，向低压偏转。
弯曲等压线的气压场中的风 C≠0
空气所受的力：G、A、C、RGA NhomakorabeaD
C R
G
V R V G C
A
风逆时针旋转，向中心辐合。 绝热上升，多阴雨天气
顺时针旋转，向四周辐散 绝热下沉，多晴好天气
三 大气连续方程
大气运动不仅遵循牛顿运动定律， 而且还受质量守衡定律的约束。表 示大气质量守恒定律的数学表达式 称为连续方程。在一个固定的几何 空间内，根据质量守恒原理，其中 流体质量变化取决于流体从四周流 入与流出量之差。
图示 X方向流体净流入量
连续方程 可写为：
V 0 t
北 半 球
地转风的方向与等压线平行，在北
半球，背风而立，高压在右低压在 左；在南半球，背风而立，高压在 左低压在右。 地转风的大小与水平气压梯度成正 比。
地转风大小还与地转参数和空气
密度成反比，因此，赤道地区由 于科氏力为零，地转关系不成立。 地转风抓住了自由大气中风压场 之间的基本关系。除了极地和赤 道附近地区以外，自由大气中的 实际风与地转风相当近似，因此 常用地转风代替实际风。
Frim V
2
湍流应力是由流速不同的流体之 间湍流运动引起的湍流动量交换 而作用在流体界面上的应力 ：
Frit K V
2
大气中分子粘性力很小，通常可 以不考虑。但在行星边界层（以 下），大气经常处于湍流状态， 湍流摩擦力不能忽略。
二 视示力有哪些？
视示力包括同地球旋转有关的惯 性离心力和地转偏向力。
高一地理大气受热过程与运动规律与日常生活现象
高一地理大气，受热过程与运动规律与日常生活现象
大气受热过程和运动规律与日常生活现象有着密切的关系，下面是一些例子：
1. 温度变化：太阳辐射能量加热地球表面，导致大气温度的变化。
白天，太阳直射地表，地表受热后散发热量，使地表温度升高，周围的空气也受热，形成热底层。
晚上，太阳不再照射地表，地表不再受到热辐射，逐渐散发掉热量，温度下降，形成冷底层。
这种温度变化引起了大气中的对流运动和风的形成。
2. 气压变化：气压是指大气某一层单位面积上气体的重量。
由于地表受热不均，不同地区的气温不同，会导致该地区的气压升高或下降。
例如，白天，太阳光垂直照射赤道附近的地区，地表温度高，空气被加热膨胀，形成低气压区。
而高纬度地区，则因太阳光斜射辐射，温度较低，气压相对较高。
这种气压差引起了气流的运动，形成风。
3. 季节变化：地球的自转和公转使得不同季节地区接受到的太阳辐射量不同。
例如，在北半球的夏季，北半球太阳直射区域向北部倾斜，导致太阳辐射更集中，气温升高，形成夏季；而冬季则相反。
这种季节变化影响了大气温度和压力的分布，进而影响了风向和风速的变化。
4. 错觉现象：大气折射和散射现象会影响光线的传播路径，使我们在日常生活中产生一些错觉现象。
例如，夕阳的颜色变红是因为光线在大气散射时，较短的波长（蓝色和绿色）更容易被散射，而较长的波长（红色和橙色）则相对较少被散射，因此夕阳的颜色偏向红色。
总之，大气受热过程和运动规律以及与之相关的自然现象深刻地影响着我们的日常生活，使我们感受到了风、温度和季节的变化，同时也给我们带来了一些视觉上的错觉。
高一地理大气受热过程与运动规律与日常生活现象
高一地理大气受热过程与运动规律与日常生活现象全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：大气是地球上非常重要的一部分，它直接影响着我们的日常生活。
在地理学中，大气受热过程与运动规律是一个非常重要的概念，它影响着气候、天气、甚至自然灾害的发生。
在日常生活中，我们也可以通过一些现象来理解大气的运动规律和受热过程。
让我们来了解一下大气受热过程。
大气受热过程是指太阳辐射的能量照射到地球上的大气层，使得大气层受热并形成热空气团。
这种热空气团会产生气流，形成气流运动，进而影响着气候和天气。
大气的受热过程是由太阳辐射的短波能量经过大气层的吸收和散射所产生的，这个过程是地球上气候和天气变化的基础。
接下来，让我们来谈谈大气的运动规律。
大气的运动规律是非常复杂的，但也是非常有规律可循的。
大气通过气压差异和气温差异来实现水平和垂直的运动。
在大气层内部，气流会形成不同的环流系统，如赤道低压带、副热带高压带、中等纬度低压带和极地高压带。
这些环流系统会形成风、云、降水等现象，直接影响着地球上的生态环境和农业生产。
在日常生活中，我们可以通过一些现象来理解大气的受热过程和运动规律。
比如我们经常感受到的季节变化，冬天寒冷，夏天炎热，春秋交替，这些都是由大气层受热过程和运动规律所造成的。
大气中的风和云也是我们生活中经常能感受到的现象，它们都是大气的运动规律在行动。
受热过程和运动规律也直接影响着我们的日常生活。
比如气温的升降会影响我们选择穿着衣物的厚薄，风向的变化会影响我们的出行和航空运输，降水量的多少会影响我们的农业生产和自然灾害的发生。
了解大气受热过程和运动规律对我们的生活是非常重要的。
第二篇示例：大气受热过程与运动规律是地理学中一个重要的概念，它们是我们了解和预测气候和天气现象的关键。
在日常生活中，我们经常能够观察到这些现象的影响，比如昼夜温差、季节变化、风和降水等等。
在本文中，我们将深入探讨高一地理大气受热过程与运动规律与日常生活现象的关系。
大气运动的基本规律
地面冷高压，高空低压 地面暖低压，高空高压
36
37
万有引力 摩擦力
气压梯度力
施力对象 受力对象
真实力
非惯性坐标系下，情况如何？？
4、惯性离心力 非惯性坐标系下静止的物体：
A点有一小球，随圆盘一起逆 时针旋转. 小球相对转盘静止.
r
A
惯性坐标系（圆盘外的人）：
小球是旋转的，有向心力 2R
垂直于地球自转角速度 和速度 V ；
So，地转偏向力不做功，只改变运动方向。
背风而立，地转偏向力指向运动方向的右边（北半球） 地转偏向力指向运动方向的左边（南半球）
V A
A V
北半球 向右偏
南半球 向左偏
伟大的发现
科里奥利（Gaspard-Gustave de Coriolis）
生平简介：
主要贡献
空间上的一个点，既有质量又有体积； 每个质点具有稳定的物理量。
流点是一个物理上的点，与数学上的点有区别。
将离散分子构成的实际流体看成由无数个上述流体质点没有 空隙连续分布而构成，这就是连续 介质假设。
二、作用于 “流点” 的力
1、万有引力
Fg
GMm r2
r r
r
M
m
2、摩擦力 外摩擦力：空气与地表之间的摩擦力 内摩擦力：空气之间的相对运动产生的摩擦力
• 1792年5月21日出生于法国巴黎军官家庭 • 1816年，跟随著名数学家柯西在巴黎工艺学校进行数学
辅导 • 1829年成为巴黎中央艺术和制造学校力学教授 • 1830年后接替了柯西的所有工作 • 1836年当选为法兰西科学院力学部院士 • 1843年9月19日在巴黎病逝，享年51岁
• 研究领域：力学、工程数学、摩擦水力学 • 首先提出“功”和“动能”等科学概念 • 1835年，提出了科氏力，解决牛顿第二定律在旋转系的应用问题
大气运动规律---大气垂直分层、受热过程
一、大气的垂直分层、 对流层大气的受热过程
1
高考考点：
理解大气的受热过程,说明大气保温作用的主 要原理.
2/16
探究一、大气圈的组成与结构（同桌互动）
高度（千米）
宇宙火箭 人造卫星
流星
极光
思考
高
层 1.对流层平流层气温随海拔升高， 是如何变化的？
大 对流层：气温随高度增加而递减
2、图中3种辐射，短波辐射和长波辐射各有哪些?
3、描述大气的受热过程。短长波波辐辐射射：：太地阳面辐辐射射 大气辐射（大气逆辐射）9/16
(3)昼夜温差大小的分析方法 分析昼夜温差的大小要结合大气受热过程原理，主要从 地势高低、天气状况、下垫面性质几方面分析。 ①地势高低：地势高→大气稀薄→白天大气的削弱作用 和夜晚大气的保温作用都弱→昼夜温差大。 ②天气状况：晴朗的天气条件下，白天大气的削弱作用 和夜晚大气的保温作用都弱→昼夜温差大。 ③下垫面性质：下垫面的比热容大→地面增温和降温速 度都慢→昼夜温差小，如海洋的昼夜温差一般小于陆地。
C．b代表的辐射主要被大气中的臭氧吸收
D．c代表的辐射与天气状况无关
2的．做朱法开，山有一利家于燃烧C柴草防御霜冻
A．增强a辐射
B．增强b辐射
C．增强c辐射
D．改变b的辐射方向
（2010.山东文综）图2为
北半球中纬度某地某日5次 观测到的近地面气温垂直分 布示意图。当日天气晴朗， 日出时间为5时。读图回答 下题。
（2009广东）地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差称为有效辐 射。读图4并结合所学知识，回答12—13题。
12．关于甲、乙、丙三地多年平均年有效辐射总量的空间分布， 下列叙述正确的是
A．由甲地向乙地急剧增加 C
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一 基本作用力
基本力是大气与地球或大气之间 的相互作用而产生的真实力，它 们的存在与参考系无关。
气压梯度力,地心引力,摩擦力
1. 什么是气压梯度力
气压梯度: 由于大气中气压分布不 均匀所造成的作用于单位体积空 气上的的力．
描述气压场不均匀程度的物理量
气压梯度力: 由于大气中气压分布 不均匀所造成的作用于单位质量 空气上的的力。
dVa 1 p G F
dt
2. 相对运动方程
在相对坐标系中的相对运动方程为： g为重力
dV 1 p 2Ω V g F
dt
对于中纬度大尺度运动，可取主 要项，得到简化方程组：
f
v
1
p x
f
u
1
p y
p
z
g
三 大气连续方程
大气运动不仅遵循牛顿运动定律， 而且还受质量守衡定律的约束。表 示大气质量守恒定律的数学表达式 称为连续方程。在一个固定的几何 空间内，根据质量守恒原理，其中 流体质量变化取决于流体从四周流 入与流出量之差。
-dp=p-(p+dp)
p+dp
dz dz
p
ρgdz
图 3.10 静止大气中垂直方向力的平衡
在静力平衡条件下，薄气柱受的净 压力应与重力相等，于是有：
dp gdz
大气运动方程
在惯性坐标系中，大气运动满足 动量守衡定律其方程可直接用牛 顿第二定律来描述.
1. 绝对运动方程
若不考虑地球的旋转运动，大气 运动方程可直接用牛顿第二定律 来描述，其绝对运动方程可写为： G 为地心引力
三 旋转坐标系中的重力
在随地球一起旋转的坐标系中， 相对地球静止的物体或空气块， 同时受到地心引力和惯性离心力 的作用,二力之和为重力 。
g g* Ω2R
重力
重力除在极地和赤道外，并不指向地
球中心。如果地球是一个正球体，在 平行地面指向赤道方向上会有重力的 分量,地球是椭球体重力始终垂直于水 平面(XY平面没有重力分量)。
g
*
GM (a z)2
r r
GM a2
(1
1 z
a)
2
r r
(1
g0* z a)
2
海平面地心引力
在气象应用范围内，Z 值一般仅 为数十公里，而地球半径竟达六 千多公里，故ｇ可作为常数处理。
3. 摩擦力
外摩擦
摩擦力
内摩擦
分子摩擦 湍流摩擦
外摩擦力是指空气与地表之间的 摩擦力（也称地面摩擦力） ：
大气运动的基本规律
研究大气运动的主要坐标系
为了观测地球上的大气运动， 理论研究大气运动的规律及其 演变特征，我们需要选取合适 的坐标系作为参照系
气象上常用的坐标系有哪些：
（1）坐标轴的方向与气流的流向无 关，如直角(x,y,z)Z坐标、球坐标等；
（2）坐标轴的方向决定于流向，如 自然坐标系 ；
（3）垂直坐标用气象要素表示。如 （x,y,p）P坐标系 。
局地直角坐标系
自然坐标系
n s
n
p
s
球坐标系 P点的单位矢量I,j,k
第二节 决定大气运动的主要因子 和作用力
和所有运动一样，大气运动受质量 守恒（连续性方程）、动量守恒（运动方程） 和能量守恒（热流量方程）等基本物理 定律所支配。
牛顿第二定律适用于惯性坐标系， 即静止或匀速运动的坐标系，而 地球是一旋转球体，对于站在地 球上的人们来说，大气在做非惯 性运动，为了在非惯性坐标系中 描述大气运动，必须引进视示力， 它包括同地球旋转有关的惯性离 心力和地转偏向力。
作用于空气微元上的气压梯度力 分析
P
dz
( p p dx)
x
dy
dx
气压梯度力的大小与气压梯度成 正比，方向与气压梯度一致，由 高压指向低压。在大气中，垂直 方向气压梯度力通常与重力相平 衡，因此，水平方向的气压梯度 力可以说是空气水平运动的原动 力。
2. 地心引力
牛顿万有引力定律说明，宇宙间
Fro k FV
分子粘性力是由流速不同的流体 （液体气体）之间，分子不规则 运动引起分子动量交换而作用在 流体界面上的粘性力 ：
Frim 2V
湍流应力是由流速不同的流体之 间湍流运动引起的湍流动量交换 而作用在流体界面上的应力 ：
Frit K 2V
大气中分子粘性力很小，通常可 以不考虑。但在行星边界层（以 下），大气经常处于湍流状态， 湍流摩擦力不能忽略。
图示 X方向流体净流入量
连续方程 可写为：
V 0
t
四 热力学能量方程
按照热力学观点，大气是热机 系 统，冷热源汇的不均匀会引起 大气运动, 并遵循能量守衡与转换 定律。
假设
（1）将大气看作理想气体；
任何两个物体之间都具有引力，
其大小与两物体的质量乘积成正
比，与两物体之间的距离平方成
反比。
Hale Waihona Puke FgGMm r2r r
G为引力常数
地心引力
M
r
m
地球对单位质量空气的引力（称 地心引力）为：
Fg m
GM ru2
r r
g*
设地球平均半径为（即中心至海
平面的距离）a ，z为海拔高度，
则上式可写成：
二 视示力有哪些？
视示力包括同地球旋转有关的惯 性离心力和地转偏向力。
1. 惯性离心力
C 2R
惯性离心力不是真实存在的，而
只是由于我们站在非惯性坐标系 (旋转地球上)内观察到的运动，并 企图运用牛顿第二定律来解释它 的结果。
2. 什么是地转偏向力
当空气块相对旋转坐标系运动时， 除了需要引入惯性离心力外，还 需要引入另一种视示力，即科里 奥利力（气象上一般称为地转偏 向力），才能应用牛顿第二定运 动律描述旋转坐标系中的相对运 动。
但是，由于地球是近似椭球体， 调整得平行地面指向赤道上没有 重力分量，因而在任何地方重力 都垂直于水平面。重力在赤道上 最小，随纬度而增大，至极地达 最大。
第三节 大气运动的若干规律
大气静力学方程 运动学方程 连续性方程 热流量方程 状态方程 大气辐射方程 水汽方程
一 大气静力方程
假设大气处于静力平衡状态，考虑 面积为1平方米的垂直气柱中厚度 为dz的薄气柱在垂直方向的受力情 况。
地转偏向力是影响旋转坐标系中 大尺度运动特征的一个很重要的 力。
A 2ΩV
地转偏向力有以下重要特点：
地转偏向力对运动气块不作功， 它只能改变气块的运动方向，而 不能改变其速度大小；
对于水平运动而言，在北半球科 氏力使运动向右偏；在南半球使 运动向左偏；
地转偏向力的大小与相对速度的 大小成比例。