气象学之气压和风

气压和气压场第一节

第二节第三节空气的水平运动大气环流

退出

第五章气压和风第四节风与农业

一

二第一节气压和气压场气压及其变化气压场

一.气压及其变化

1.气压的概念

单位面积上受到的大气压力叫大气压强(Atmospheric pressure)，简称气压。

在重力平衡条件下，任何高度上的气压值都等于该高度的单位面积上所承受的大气柱的重量。

任何平面上的大气压强与平面的方向无关。

气压单位：百帕（hectopascal, hPa）

毫米汞柱mmHg

二者的换算关系：1 hPa=3/4 mmHg

标准大气压：在温度为0℃，在纬度45°N(S)的海平面上的大气压。其值为1013.2 hPa 。

2.气压的变化

(1)气压随时间的变化

a. 气压的周期性变化

日变化气压日变化的原因主要有:

气温的变化

大气潮汐

年变化气压年变化的原因主要受气温影响。b. 非周期变化原因是气压系统的移动和演变。

a. 气压的垂直变化

由右图可以直观

地看出，在高度为

z 处和高度为z+ △z

处相比，z 处上空

的大气柱的重量要

大一些。因此气压

是随高度降低的。

(2)气压随空间的变化

z Z+△z S W △P P P+ △p X

Y Z

右图为任一高度的一个

薄层空气块，其受力有：向上：PS

向下：重力W 和（P+ △P ）S

其中：W=S △z ρg

在静力平衡条件下，应有：

（P+ △P ）S+ S △z ρg= PS

即：△P= -△z ρg

或：△P/ △z = -ρg 大气静力学方程

z Z+△z S W P P+ △p X Y

Z ρg dz

dP -=微分形式

若气层的厚度不大，取气层的平均温度

并忽略水汽的影响：

将自然对数改为常用对数：ln=2.303lg 并取：Rd=287, g=9.80

=273(1+a

）a=1/237 以℃为单位

)/2T (T T 21+=T t 2

1d 12P P ln g T R z z =-t 2

112P P )lg t a 18400(1z z +=--------拉普拉斯压高方程

将气体状态方程ρ=P/（RT ）代入静力学方程：

变温大气的压高公式

令T=T(z)=T 0－γ△Z ，再将两边积分

g RT P dz dP -=dz RT g P dP -=dz ))

z -γ(z R(T

g

P dP 2121z z 11P P ⎰⎰--=得

当Z 1=0m 时, T 1=288K ，γ=0. 65 ℃/hm, R=287J/K·kg

P 1=1013.2hPa 。

⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣

⎡-=

-g

R γ

12

1

12

)P P (1γ

T z z

二.气压场(field of pressure)

气压在三维空间的分布叫做气压场。某一平面上的气压分布状况，叫做平面气压场。其表示方法有：

1. 气压场表示方法

(1)等压线(isobaric line)将同一水平面上气压相等的点连成的线。

绘制方法：在空白地图上各站点填上气压值，然后将气压相等的点相连，每隔2.5hPa绘一根等压线。

低

低

高

高

低鞍

槽

脊

槽

脊

等压线示意图

(2)等压面(isobaric surface) ：空中气

压相等的点所连成的面，它一般为

一不规则的曲面。类似起伏不平的

地表面。

等压面的高度与气压分布的关系：等压面上高度高的地方，其附近水平面上的气压也高，反之亦然。

所以只需表示出等压面的形状，就等于知道了气压的分布。

等压面高度的表示方法与地理上表示

地形的方法相同，都是用等高线表示。等压面的高度的表示方法

起伏不平的地形

地形与等高线图的对照

将等压面上高度相等的点连成线再投影到一个平面上，就是等压面上的等高线图。

(3)等压面上的等高线(isohypse)

海平面的投影图

等压面

高

低高

H 5 H 4 H 3 H 2 H 1

H 5 H 4 H 3 H 2 H 1

等压面上等高线的高度为位势高度(geopotential height) 。

位势高度：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(gpm)。10位势米也称位势什米。1gpm 为海平面上1kg 的物体上升1m 时克服重力作了9.8J 的功。

1gpm ＝9.8J/kg=9.8m 2/s 2

位势高度H 和几何高度Z 的换算关系：H=gZ/9.8

位势高度H 和几何高度Z 在数值上相近，但两者物理意义完全不同。

等高线上高度的单位

─位势米(geopotential meter)

2. 气压场的基本型式

气压场都可以划分为以下类型。

高压(high pressure)：是中心气压高、向四周气压逐渐降低的闭合等压线区。

低压(low pressure)：是中心气压低、向四周气压逐渐升高的闭合等压线区。

高压脊(pressure ridge)：是从高压区延伸出来的狭长区域。

低压槽(pressure trough) ：是从低压区延伸出来的狭长区域。

鞍形气压区(pressure saddle)：相对的两个高压和两个低压之间气压场。