第四章 大气的运动

Vr V2 V1
③ 特点：
VT与温度、气压有关，温度越高，压 差越大，热成风越大； 热成风风压定律：在北半球背热成风 而立，高温在右，低温在左，热成风与 等温线平行； 只要温度场不变，热成风的大小、方向 也不变
2、风随高度的变化规律
① 等温线与等压线平行
冷低压与暖高压
冷低压 Vg VT P1 Z2 VT T2 P2 Z3 V3＝V2＋VT VT V2＝Vg＋VT
暖高压
T1
Z1
Vg
V2＝V1＋VT
冷高压与暖低压
冷高压 Vg T2 P2
Z5 Z4 Z3 VT
VT
P1 暖低压
VT Z2 VT Vg Z1
T1
V2＝V1＋VT
② 等温线与等压线垂直
冷平流：低层风
从冷区吹向暖区。
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。
△P 压差
B:5赤道度
2、水平气压梯度力
①定义：当水平气压梯度存在时作用在单位质量 空气上的力。 ②公式：
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
（一）影响气压变化的因素： 1、热力因素：
空气受热膨 胀, ρ减小, P降低
空气受冷收 缩, ρ增大, P增高
2、动力因素：
(1)水平气流的辐合与辐散： 辐 合
辐 散
(2)不同密度气团的运动：
冬季: 冷空气南下, 流经之地空气 密度变大, 地 面气压上升
夏季: 暖湿气流北上, 流经之地空气 密度减小, 地面 气压下降
前提：设Gn一定，即纬度一致
低压中 A G C ac g 地转风中 A G 高压中 A G C
A＜ G V ＞V ＞ Vc A= G A＞ G
（三）自由大气中风随高度的变化
P3
P3 P3 G
A P2
P2
P2
P1
冷
暖
1、热成风
① 定义：
由于水平温度分布不均所形成的 地转风在铅直方向上的速度矢量差。 ② 公式：
1 P G n
③方向：垂直等压线，从高压指向低压 ④公式意义：
G与－△P/△n成正比，等压线密，水平气压梯度 力大；
－△P/△n一定时，G与ρ成反比，ρ 大，G小
（二）水平地转偏向力 1、现象 圆盘静止不动 圆盘逆时针旋转
A
A
2、定义：
作用在转动地球上的运动空气 上的惯性力。 它促使运动的空气偏离水平气 压梯度力方向的主要原因。
地面
地面
(3)空气的垂直运动：
（二）气压的周期性变化： 1、日变化：以双峰型最普遍
hPa
雅加达6°11’S 9月平均 莫斯科55°50’N 7月平均
6
12
18
h
2、年变化：
陆地上Pmax在冬季, Pmin在夏季;
海洋、高原上气压分布与陆地相反 hP a
北京 39°54’N 东沙岛 20°42’N
在北半球: 背风而立, 空气将偏向初始运动 的右方; 南半球反之;
V相同时, A∝φ(A=2Vωsinφ)
北半球: 逆时针旋转,空气将偏向初
始运动的右方
A
（三）惯性离心力
联想：当你坐公交车时，车转弯时你 曾有什么感觉？
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 保持作曲线运动而产生的，即惯性离心力 2、方向： 与物体运动的方向垂直，并指向曲率半 径的外侧。
>2000km 2000-200 200-2 km
例 子
一周
东风波、西风带
2 - 3天 季风、气旋、反气旋 1天 12小时
地方性风 （山谷风、海陆风）
<2km
二、影响大气环流的因素
1、太阳辐射
最基本的因子
2、地球自转产生的地转偏向力 3、海陆分布 4、地形
单一 ( 热力 ) 的环流圈 (一)太阳辐射—— 假设条件：
低
槽
脊 高
鞍
低
高空气压场
切断低压 阻塞高压
M A.1012 1012.5 C.1017.5 1015
2. 该地位 于亚欧大 陆东部， 则N处的盛 行风向不 可能是（ ） A. 南风 B. 西风 C. 西南风 D. 东北风
N
M
处 的 、气 、 压 值 可 能 为 （ ）
、
B.1017.5 1020 D.1015 1012.5
在赤道上： A=0，忽视A的作用; 空气作直线运动：r＝0，忽视C的作用； 在自由大气中：K＝0，忽视R的作用。
二、自由大气中的空气水平运动
（一）地转风
1、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
2、形成：北半球自由大气中的空气运动
hPa 990
995 1000 1005 1010
水平气压梯度力
空气运动方向
水平地转偏向力
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。
北半球
南半球
白贝罗风压定律
4、地转风风速的大小：
5、公式的意义：
（二）梯度风
1、定义：
在自由大气中，空气质点作曲 线运动 时，受到G、A、C三个力的共同作用，当 三个力达到平衡时的空气运动。
在北半球，风
V3
向随高度逐渐 左转，且越到
高层，风向与 热成风风向越 接近。
低 冷 VT Vg 高 暖
V2
V1
暖平流：低层风
从暖区吹向冷区。
在北半球，风
V3
向随高度逐渐 右转，且越到
高层，风向与 热成风风向越 接近。
冷 Vg 低 高 VT 暖
V2
V1
风随高度变化的总结：
在自由大气中，随着高度的增高， 不论风向如何变化，高层风总是越来 越趋向于热成风；
北半球对流层中，温度分布大致 南暖北冷，故对流层上层总是以西风 为主，并在纬度30 °形成西风急流。
三、摩擦层中的空气水平运动
1、摩擦对风的作用
2、特征： 风压定律： 在北半球背风而立，高压在 右后方，低压在左前方，风斜 穿等压线。 南半球相反。
气压系统中的摩擦风（气旋）
地转风 梯度风 旋衡风 偏差风 热成风 地面平衡风
4
7
10
月
第二节
气压场
一．气压场的表示方法
二．气压场的基本形式
三．气压场的空间结构
一、气压场的表示方法
（一）等高面图：
主要表示同一高度（位势高度）上气压水平分布状况。
（二）等压面图：
高值区
低ห้องสมุดไป่ตู้区
高值区
☼主要表示空间气压相等的点组成的面。
等 压 面 铅 直 剖 面 海 平 面 等 高 线 图
等压面的空间特点
温度场中的高、低中心
气压场中的高、低中心
1.暖高压
高压等压 面凸起程 度随高度 增大，即
高压的强 度愈向高 空愈增强
2.冷低压
低压等压 面凹陷程 度随高度 增大，即
低压的强 度愈向高 空愈增强
（二）浅薄的对称系统：
温度场中的高、低中心
气压场中的低、高中心
3.暖低压
◘低压等压面 凹陷程度随高 度升高逐渐减 小，最后趋于 消失 ◘如温压场结 构不变，随高 度继续增加暖 低压就会变成 暖高压系统
3、单位质量物体惯性离心力的大小：
C =ω2r = V2/r
4、特点：
V：空气运动的线速度
r：空气运动的曲率半径
ω ：空气运动的角速度
V r a c
惯性离心力也是假想力， 只能改变空气的运动方向， 不改变速度的大小
C值很小，只有在气旋 中才很大
（四）摩擦力
1、定义：
空气运动时，因受地面摩擦和气层间相 互摩擦作用，而减缓空气运动速度，此阻 力称为摩擦力。
任一纬度上的地转偏向力为：
A = 2Vω’
= 2Vωsinφ
ωsinφ
A = 2Vωsinφ
3、水平地转偏向力的特点
水平地转偏向力是解释在转动地球上产生 偏向而假想的力, 只有物体在相对地面作运 动时才产生, 物体静止时, 无偏向力; 水平地转偏向力的方向与空气运动方向始 终垂直, 只改变空气运动的方向, 不改变运动 的速度; 判断水平地转偏向力的方法:
复习题
1. 什么是白贝罗风压定律？ 2.在同一气压场中，Vc、Vg、Vac是什么关 系？请解释。 3.北半球暖高冷低区风随高度变化的规律？
4.随着纬度增高水平地转偏向力有什么变化？
5.赤道上空的空气会发生偏向吗？为什么？
6、请根据要求画图：
在北半球，画出气压场、受力、风 向、热成风、风随高度变化的平面图
低压中心 轴线随高 度升高不 断向冷区 倾斜
复习题
1. 冬季与夏季的气压有什么不同？
2. 请问右图说明什么？
3. 影响空气运动的因素有哪些？ • 用图解释暖高压、冷高压随高度的变化时，系 统是如何变化的？