航空气象学 第四章 大气的水平运动-风解析
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1、方向：在气象上，风向是指风的来向。以方位或方位角表示。 2、风速：单位时间内空气运动的水平距离。速度单位。
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1、风向
风的方位
风向－－方位： 陆地 海上 空中风向，角度表示：圆周分成360°
Page 3
2、风速
风速单位： 米/秒（m/s）【MPS】 千米（公里）/小时（km /h）【KMH】 海里/小时（n mile /h）【KT】 节（knot）
Page 15
3、自由大气风随高度的变化－热成风
气温冷热－－气压高低： 热空气柱上方，单位气压高度差变大，气压高于低温区。
（冷气柱－－气压低） 两地间如果发生了冷热的差异，就会相应地引起气压的差异，冷热差异越大， 气压差异也越大。 两地间气压差加大－气压梯度力增加－风。 冷和热－－气压高低变化－－风的运动（热运动转化成为风的机械运动）
当空气在水平方向上相对于地球表面作曲线运动时，还要受到惯 性离心力的作用。惯性离心力的方向与速度V垂直，由曲率中心指向外 缘，其大小为
C = mV2/r m V 为空气运动的线速度， r为曲率半径， 为空气块质量。
惯性离心力
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2、风的形成－地转风
气压梯度力使空气由高压区流向低压区。 由气压梯度力和地转偏向力两力平衡所形成的风为地转风
第四章 大气水平运动－风
一、 风的概念 二、 风压定理 三、 地方性风
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
一、风的概念
较有规律的大范围空气运动 水平 – 风(wind) 升降 – 对流(convection)
不规则的小范围涡旋运动 – 乱流(turbulence)（或湍流）
一、 风的概念：
风是指空气相对于地面的水平运动。
换算关系： 1米/秒＝3.6千米/小时（km/h） 1海里/小时≈1.852公里/小时 ≈0.5米/秒 （m/s）
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3、风的测量
风的测量 仪器探测：
风向风速仪 测风气球 风袋 多普勒测风雷达 目视估计： 按《风力等级表》
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4、风力等级
风力等级
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
当空气在近地面运动时，地表对空气运动要产生阻碍作用，即产生 摩擦力。
R = - kV k 为摩擦系数，V 为空气运动速度。
摩擦力的作用可通过空气分子、微团的运动向上传递，一直到摩擦 层顶部。
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1、形成风的力－惯性离心力
（4） 惯性离心力C（inertial centrifugal force）
G= -
1 ρ
ΔP ΔN
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1、形成风的力－地转偏向力
（2）科氏力 Coriolis Force（地球自转偏向力） A 由于地球自转所引起的、使相对于地球运动的物体偏离原来运动方向 的力。 科氏力是一种惯性力－－不改变运动物体速度的大小，而只改变其方 向。它是虚力，但具有实力的作用。
转动的圆盘显示地球自转效应
11 12
陆地地面物体征象
静，烟直上。 烟能表示风向。 人面感觉有风，树叶微动。 树叶及微技摇动不息，旌旗展开。 能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动。
有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波。
大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难。 全树动摇，迎风步行感觉不便。
微枝折毁，人向前行感觉阻力甚大。 草房遭受破坏，大树枝可折断。
2. 气层等温线与等压线平行，暖区对应下层低压区，冷区对应高压区。气 层水平温度梯度与气压梯度方向相反，随高度增加，起初风向不变，风 速逐渐减小；某高度风速减小到0，再往上，风向相反，风速逐渐增大。
3. 气层等温线与等压线垂直，下层空气由暖区流向冷区。暖平流，随高度 增加，风向做顺时针偏转，风速逐渐增大；
（Geostrophic Wind）。其流向大约与等压线平行。
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2、风的形成－梯度风
梯度风是地转风在一定条件下，转化成另一种大尺度的系 统风。
圆形的气压场中，气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力 三力平衡时，风沿等压曲线作惯性等速曲线（圆周）运动，即 梯度风。
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2、风的形成－摩擦风
8．0一10．7
10．8～13.8 13．9～17．l 17．2～20．7 20．8～24．4 24．5～28．4
103～117 118～133
28．5～32．6 32．7～36．9
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二、风的形成
风－－－－气压
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1、形成风的力－水平气压梯度力
（1）水平气压梯度力（pressure gradient force）G 水平气压梯度引起的作用在单位质量空气上的压力差。 水平气压梯度力的方向与水平气压梯度方向一致，垂直于等压线， 从高压指向低压，它的大小与水平气压梯度成正比，与空气密度成反 比。即
地球自转对空气运动的作用
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1、形成风的力－地转偏向力
科氏力的大小为 A = 2Vωsinφ 即A的大小与风速及纬度的正弦成正比。
科氏力的方向垂直于物体运动的方向，在北半球指向 右，在南半球指向左。
北半球风与科氏力的关系
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1、形成风的力－摩擦力
（3）摩擦力R（friction）
树木可被吹倒，，一般建筑物遭破坏。 陆上少见，大树可被吹倒，一般建筑物遭
严重破坏。 陆上绝少，其催毁力极大。
公里／时 小于1 1－5 6～11 12～19 20～28
29～38
39～49 50～61 62～74 75～88 89～102
相当风速 米／秒 0～ 0．2
0．3～1．5 1．6～3．3 3．4～5．4 5．5～7．9
温度梯度：高温指向低温 热成风：由于水平温度梯度引起的上 下层风的向量差。 热成风与等温线平行，在北半球， 被热成风而立，暖在右，冷在左； 南半球相反。
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3、自由大气风随高度的变化－温度场与气压场配置
1. 气层等温线与等压线平行，暖区对应下层高压区，冷区对应低压区。气 层水平温度梯度与气压梯度方向一致，随高度增加，风速逐渐增大，风 向保持不变；
4. 气层等温线与等压线垂直，下层空气由冷区流向暖区。冷平流，随高度 增加，风向做逆时针偏转，风速逐渐增大；
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二、风压定律
风压定理－－ 白·贝罗定理(Buys Ballot’s Law)
自由大气中的风压定理
风沿着等压线吹，在北半球背风而立，高压在右，低压在 左。等压线越密，风速越大。南半球风的运动方向与北半球相 反。
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1、风向
风的方位
风向－－方位： 陆地 海上 空中风向，角度表示：圆周分成360°
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2、风速
风速单位： 米/秒（m/s）【MPS】 千米（公里）/小时（km /h）【KMH】 海里/小时（n mile /h）【KT】 节（knot）
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3、自由大气风随高度的变化－热成风
气温冷热－－气压高低： 热空气柱上方，单位气压高度差变大，气压高于低温区。
（冷气柱－－气压低） 两地间如果发生了冷热的差异，就会相应地引起气压的差异，冷热差异越大， 气压差异也越大。 两地间气压差加大－气压梯度力增加－风。 冷和热－－气压高低变化－－风的运动（热运动转化成为风的机械运动）
当空气在水平方向上相对于地球表面作曲线运动时，还要受到惯 性离心力的作用。惯性离心力的方向与速度V垂直，由曲率中心指向外 缘，其大小为
C = mV2/r m V 为空气运动的线速度， r为曲率半径， 为空气块质量。
惯性离心力
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2、风的形成－地转风
气压梯度力使空气由高压区流向低压区。 由气压梯度力和地转偏向力两力平衡所形成的风为地转风
第四章 大气水平运动－风
一、 风的概念 二、 风压定理 三、 地方性风
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一、风的概念
较有规律的大范围空气运动 水平 – 风(wind) 升降 – 对流(convection)
不规则的小范围涡旋运动 – 乱流(turbulence)（或湍流）
一、 风的概念：
风是指空气相对于地面的水平运动。
换算关系： 1米/秒＝3.6千米/小时（km/h） 1海里/小时≈1.852公里/小时 ≈0.5米/秒 （m/s）
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3、风的测量
风的测量 仪器探测：
风向风速仪 测风气球 风袋 多普勒测风雷达 目视估计： 按《风力等级表》
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4、风力等级
风力等级
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
当空气在近地面运动时，地表对空气运动要产生阻碍作用，即产生 摩擦力。
R = - kV k 为摩擦系数，V 为空气运动速度。
摩擦力的作用可通过空气分子、微团的运动向上传递，一直到摩擦 层顶部。
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1、形成风的力－惯性离心力
（4） 惯性离心力C（inertial centrifugal force）
G= -
1 ρ
ΔP ΔN
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1、形成风的力－地转偏向力
（2）科氏力 Coriolis Force（地球自转偏向力） A 由于地球自转所引起的、使相对于地球运动的物体偏离原来运动方向 的力。 科氏力是一种惯性力－－不改变运动物体速度的大小，而只改变其方 向。它是虚力，但具有实力的作用。
转动的圆盘显示地球自转效应
11 12
陆地地面物体征象
静，烟直上。 烟能表示风向。 人面感觉有风，树叶微动。 树叶及微技摇动不息，旌旗展开。 能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动。
有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波。
大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难。 全树动摇，迎风步行感觉不便。
微枝折毁，人向前行感觉阻力甚大。 草房遭受破坏，大树枝可折断。
2. 气层等温线与等压线平行，暖区对应下层低压区，冷区对应高压区。气 层水平温度梯度与气压梯度方向相反，随高度增加，起初风向不变，风 速逐渐减小；某高度风速减小到0，再往上，风向相反，风速逐渐增大。
3. 气层等温线与等压线垂直，下层空气由暖区流向冷区。暖平流，随高度 增加，风向做顺时针偏转，风速逐渐增大；
（Geostrophic Wind）。其流向大约与等压线平行。
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2、风的形成－梯度风
梯度风是地转风在一定条件下，转化成另一种大尺度的系 统风。
圆形的气压场中，气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力 三力平衡时，风沿等压曲线作惯性等速曲线（圆周）运动，即 梯度风。
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2、风的形成－摩擦风
8．0一10．7
10．8～13.8 13．9～17．l 17．2～20．7 20．8～24．4 24．5～28．4
103～117 118～133
28．5～32．6 32．7～36．9
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二、风的形成
风－－－－气压
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1、形成风的力－水平气压梯度力
（1）水平气压梯度力（pressure gradient force）G 水平气压梯度引起的作用在单位质量空气上的压力差。 水平气压梯度力的方向与水平气压梯度方向一致，垂直于等压线， 从高压指向低压，它的大小与水平气压梯度成正比，与空气密度成反 比。即
地球自转对空气运动的作用
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1、形成风的力－地转偏向力
科氏力的大小为 A = 2Vωsinφ 即A的大小与风速及纬度的正弦成正比。
科氏力的方向垂直于物体运动的方向，在北半球指向 右，在南半球指向左。
北半球风与科氏力的关系
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1、形成风的力－摩擦力
（3）摩擦力R（friction）
树木可被吹倒，，一般建筑物遭破坏。 陆上少见，大树可被吹倒，一般建筑物遭
严重破坏。 陆上绝少，其催毁力极大。
公里／时 小于1 1－5 6～11 12～19 20～28
29～38
39～49 50～61 62～74 75～88 89～102
相当风速 米／秒 0～ 0．2
0．3～1．5 1．6～3．3 3．4～5．4 5．5～7．9
温度梯度：高温指向低温 热成风：由于水平温度梯度引起的上 下层风的向量差。 热成风与等温线平行，在北半球， 被热成风而立，暖在右，冷在左； 南半球相反。
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3、自由大气风随高度的变化－温度场与气压场配置
1. 气层等温线与等压线平行，暖区对应下层高压区，冷区对应低压区。气 层水平温度梯度与气压梯度方向一致，随高度增加，风速逐渐增大，风 向保持不变；
4. 气层等温线与等压线垂直，下层空气由冷区流向暖区。冷平流，随高度 增加，风向做逆时针偏转，风速逐渐增大；
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二、风压定律
风压定理－－ 白·贝罗定理(Buys Ballot’s Law)
自由大气中的风压定理
风沿着等压线吹，在北半球背风而立，高压在右，低压在 左。等压线越密，风速越大。南半球风的运动方向与北半球相 反。