航海气象学 4风

1Hale Waihona Puke 航海气象观测与分析1
4.2
作用于空气微团上的外力
一、水平气压梯度力Gn 1、水平气压梯度（－Δ P/Δ n） ――垂直于等压线，沿气压减小的方向，单位距离内 的气压差。 1）大小：在天气图上， 等压（高）线越密，水平气压梯度越大； 等压（高）线越疏，水平气压梯度越小。 单位：hPa/m，或，hPa/赤道度， 1赤道度＝60nm，约111km。 2）方向：垂直于等压线，由高压指向低压。
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1
地转风的形成过程
北
北半球
高压
1028hPa
东
高 压
南半球
An
1024hPa
1020hPa
Vg
1016hPa
地转风
Gn
低压
低 压
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3、Vg的大小，Vg＝－Δ P/（2ρ ω sinφ Δ n） 1）与水平气压梯度成正比， 在天气图上，等压（高）线越密，地转风越大； 等压（高）线越疏，地转风越小。 2）与空气密度ρ 成反比， 高空ρ 小，地转风增大；低空ρ 大，地转风小。 3）与sinφ 成反比，纬度越高，Vg越小； φ ＝ 0°（赤道上）， Vg 趋近无穷，说明地转风不存在。
二、水平地转偏向力An
1、大小：An＝2ω Vsinφ 1） 物体相对地表静止时，An＝0。 2） V越大，An越大。 3）φ ＝0°，sinφ ＝0，An＝0，赤道上没有地转偏向力。 4）φ 越大（纬度越高），An越大。
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2、方向：垂直于运动去向， 北半球：偏于右手一侧， 南半球：偏于左手一侧。 只改变运动方向，不改变速度大小。
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1
4.5
地形的动力作用
1、狭管效应 当气流从开阔地区进入峡谷地形时，风速加大， 风向被迫改变沿峡谷走向的现象。 台湾海峡：夏季西南大风；冬季东北大风。 2、岬角效应 当气流流经向海中突出的半岛或山脉尽头时，会 造成气流辐合、流线密集，使风力大大加强的现象。 山东半岛成山头、南美合恩角、南非好望角处风力 比周围海域大。
答案：C
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二、梯度风（Gradient Wind） 1、定义 ――自由大气中，空气的水平匀速曲线运动。 2、力的平衡 ――水平气压梯度力、水平地转偏向力和惯性离心力 达到平衡。 Gn＋An＋C＝0 高压中（反气旋）：Gn＋C＝－An，Gn＋C＝An 低压中 （气旋）： An＋C＝－Gn，An＋C＝Gn
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答案：A
例：在开阔洋面上，平直等压线水平气压梯度大小相等，若在较高纬 度出现大风时，则： A. 在低纬度海域一定无大风 B. 在低纬度海域一定有大风 C. 在低纬度海域可能有大风 D. 在低纬度海域风力不超过6级
答案：B 在开阔洋面上，平直等压线水平气压梯度大小相等，若在较低纬度海 域风力大于6级时，则: A. 在较高纬度海域一定小于6级 B. 在较高纬度海域一定有大风 C. 在较高纬度海域可能无大风 D. 在较高纬度海域风力不小于7级
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3、主要结论： 1）北半球，高压中的风顺时针吹，低压中的风逆时针吹； 南半球，高压中的风逆时针吹，低压中的风顺时针吹。 风向与气压场之间满足白贝罗风压定律。 2）梯度风风速与水平气压梯度、纬度的正弦、空气密度 和曲率半径有关。 3）低压（气旋）区中的水平气压梯度不受限制； 高压（反气旋）中的水平气压梯度不能超过某一临界值。 4）反气旋区内，边缘风速较大，中心附近微风或者静风； 曲率较小处，即等压线平直处，等压线密，风速大； 曲率较大处，即等压线弯曲较大处，等压线疏，风速较 小。 5）中高纬度反气旋的风速较大，低纬度反气旋内风速较小。 6）Va（反气旋中的风）〉Vg（地转风）〉Vc（气旋的风）
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高气压（反气旋）：北半球，顺时针由中心向外辐散； 南半球，逆时针由中心向外辐散。 低气压（气旋）：北半球，逆时针由外向中心辐合； 南半球，顺时针由外向中心辐合。 三、风随高度的变化 随高度的升高，风速增大，北半球风向逐渐右偏， 南半球 逐渐左偏， 摩擦层顶处，风速接近地转风，风向接近地转风向。 近地面层（30m～50m以下），风随高度的变化不明显。
总结： 只有水平气压梯度力与初始风速的有无无关，该力 是使空气产生运动的直接原动力。
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4.3
地转风和梯度风
一、地转风（Geostrophic Wind） 1、定义 ――自由大气中，空气的匀速水平直线运动。 2、力的平衡 ――水平气压梯度力与水平地转偏向力平衡。 Gn＝An，方向相反，作用在同一条直线上， 或：Gn＋An＝0 或 Gn＝－An
§4
空气的水平运动 －－风
1
目
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
录
概 述 作用在空气微团上的外力 地转风和梯度风 摩擦层中的风 地形的动力作用
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1
4.1
概
述
一、风(wind)的定义、单位和表示方法 1、风――空气相对海底所作的水平运动。 2、风速――单位时间内空气在水平方向上移 动的距离。 单位：m/s，km/h，kn（节，nm/h）。 1m/s≈2kn。 风级（Beaufort）：0～17级。 风速与风级的关系：V＝0.836B3/2。 3、风向――风的来向，用方位度数 （0°～360°）表示， 或方位表示。 航海气象观测与分析
航海气象观测与分析 1
相邻等压线间距小（密 集），水平气压梯度大， 地转风大。
相邻等压线间距大（稀 疏），水平气压梯度小， 地转风小。
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1
2、水平气压梯度力 Gn＝－Δ P/（ρ Δ n）
1）大小：与水平气压梯度成正比 在天气图上， 等压（高）线越密，水平气压梯度力越大； 等压（高）线越疏，水平气压梯度力越小。 与空气密度ρ 成反比， 高空ρ 小，Gn增大；低空ρ 大，Gn小。 2）方向：同水平气压梯度。
例：在开阔洋面上，平直等压线水平气压梯度大小相等，若在较高纬 度未出现大风时，则： A. 在低纬度海域一定无大风 B. 在低纬度海域一定有大风 C. 在低纬度海域可能有大风 D. 在低纬度海域风力不小于6级 答案：C 在开阔洋面上，平直等压线水平气压梯度大小相等，若在较低纬度海 域风力小于6级（未出现大风）时，则: A. 在较高纬度海域一定也小于6级 B. 在较高纬度海域一定有大风 C. 在较高纬度海域可能无大风 D. 在较高纬度海域风力不小于7级
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北半球
高压
1028hPa
An
R
An
1024hPa
Vg α V Gn
R
1020hPa
1016hPa
低 压
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4.4
摩擦层中的风
一、摩擦力对风速、风向的影响 1、对风速的影响――风速减小。 陆面上，实际风速/地转风速＝1/3～1/2； 海面上，实际风速/地转风速＝3/5～2/3。 海上经验公式：Vo＝65％Vg。 2、对风向的影响 ――风去向斜穿等压线偏向低压一侧， 与等压线的交角α ， 在中高纬陆上，为35°～45°； 海上， 10°～20°。 风压定律的修正：背风而立， 北半球，高压在右后方，低压在左前方； 南半球，高压在左后方，低压在右前方。 航海气象观测与分析
4、风向――白贝罗风压定律。 风沿等压线吹，背风而立， 北半球高压在右，低压在左； 南半球正好相反。
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5、地转风的计算――公式法 Vg＝－Δ P/（2ρ ω sinφ Δ n） 将ρ ＝1.293kg/m3和ω 值代入得 Vg＝－4.78Δ P/（sinφ Δ n） (水平气压梯度单位：hPa/赤道度，或hPa/纬距)
北
东
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三、惯性离心力C
1、大小：C＝V2/r 切向V越大，C越大；r越小，C越大。 2、方向：沿曲率半径由圆内指向圆外， 与切向速度垂直， 只改变运动方向，不改变切向速度大小。
四、摩擦力R
1、大小：R＝µ V 与摩擦系数µ 成正比，与风速V成正比。 有浪海面µ 比平静海面大。 2、方向：与运动方向相反，起到阻力作用。