5.2.1-空气的水平运动

晚上吹陆风
冷
暖
海风
白天吹海风
暖
冷
白天陆地增温比水面块
白天山坡气温高于山 谷同高度气温，形成
热环流。形成谷风
暖
山谷风
白天吹谷风
冷 暖
白天，山坡气温高于山谷
山风
晚上山坡气温低 于山谷同高度气
温，形成山风
冷
暖
晚上吹山风
冷
峡谷风
在山口、河谷地区常产生风速较大的 风，称峡谷风。
山口、河谷就象流管。 由于空气的连续性，当空 气进入狭窄的地方时，风 速加大。
C
1、自由大气中风向平 行等压线
2、A– B顺风
3、B– C先左顺侧风 后右顺侧风
4、过槽线要向右修正 航向
高
风压定理判断飞机 飞向高压区 高压区内盛行下沉 运动少云，前方天 气通常较好
风
2.摩擦层中风的形成及风压定理
摩擦层是指从地面到1500米高度的气层
摩擦层中风的 形成
摩擦层中的风压定理
3.摩擦层中风的阵性
• 乱流涡旋随大范围基本气流一起运动，引起局地风向不 断改变，风速时大时小，形成风的阵性。
阵风的形成
（二）自由大气中风的变化
1.自由大气中风随高度变化的原因
由于水平方向上温度分布不均而造 成在一定高度上出现气压差，而形引起 风的变化
风随高度 的变化
p

1
R
z 0
g T
一、风的表示和测量
• 1.风的表示 气象上的风向是指风的来向， 常用360°或16个方位来表示
风 的
16
个 方 位 表 示
风速
• 风速是指单位时间内空气微团的水平位移，常用 的风速单位是：
米/秒（m/s）， 千米/小时（km/h） 海里/小时（nm/h）（Kn）也称为节（KT）
它们的换算关系：1米/秒=3·6千米/小时 1kn=1·852千米/小时
• 南半球风的运动方向与北半球相反。
简记：背风而立，左低右高
自由大气中低压区和高压区的风
结论
北半球低压区空气逆时针旋转 高压区空气顺时针旋转
应用
• 在北半球穿过低压区飞行，先碰到左侧风，后碰到右侧 风。
• 在北半球穿过高压区飞行，先碰到右侧风，后碰到左侧 风。
3000M空中气压形式图
A
B
高空顺风：会增大地速、缩短飞行时间、 减少燃油消耗、增加航程。
高空逆风：会减小地速、增加飞行时间、 缩短航程。
高空侧风：会产生偏流，需进行适当修 正以保持正确航向。
大气概述-空气的水平运动
教员：任天褀
主要内容
一、风的表示和测量 二、风的形成 三、风的变化 四、风对飞行的影响
空气的水平运动
•空气相对地面的水平运动，就是我们通常 说的风。 •空气的运动形态可分水平运动和垂直运动； 空气的垂直运动一般称为对流,但现在也 有的文献上叫垂直风. •航空上有时也把空气的运动称为气流。
（一）风对飞机起飞着陆的影响
飞机起降时所能承受的最大风速，取决于机型和 风与跑道的夹角
逆风起降时所能承受的风速最大，正侧风起降时所 能承受的风速最小。这是因为近地面风由于受地表的 影响，变化复杂，具有明显的阵性，风速越大，阵性 越强，使飞机受到无规律的影响，难以操纵。特别是 在侧风条件下起降的飞机，要保持正常的下滑道或滑 跑非常困难，为克服侧风的影响而采取大坡度接地可 能使飞机打地转或发生滚转，加上阵风的影响，就会 使飞机更加难以操纵。（见下表）
C mV 2 r
（二）风的形成及风压定理
• 1.自由大气中风的形成及风压定理 • 2.摩擦层中风的形成及风压定理
1.自由大气中风的形成
地转风
• 由气压梯度力与地转偏向力相平衡而形成的风，称为地转 风。
• 自由大气中的风，近似地转风。
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。
焚风
气流过山后沿着背风 坡向下吹的热而干的 风叫焚风。
焚风吹来时，气温迅速升高，湿度急剧减小。 当气流越过山后沿背风坡下降，通常按干绝
热直减率增温，所以到达背风坡山脚时，空气 温度比在山前时高，湿度比在山前时小。
焚风的形成
四、风对飞行的影响
• （一）风对飞机起飞着陆的影响 • （二）风对飞机航行的影响
相当风速
m/s
范围
中数
0.0~0.2 0.1
0.3~1.5 0.9
1.6~3.3 2.5
3.4~5.4 4.4
5.5~7.9 6.7
8.0~10.7 9.4
10.8~13.8 12.3
13.9~17.1 15.5
17.2~20.7 19.0
20.8~24.4 22.6
24.5~28.4 26.5
28.5~32.6 30.6
度成反比
• 方向：垂直于等压线由高压指向低压
2.地转偏向力（科氏力）
• 定义：由地球自转引起的使相对于 地球运动的物体偏离原来运 动方向的力
地球旋转的作用 （哥氏力）
O B B’
A’ A
地转偏向力的大小和方向
• 地转偏向力的大小：
A 2V sin
• 地转偏向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。
科氏力是由地球自转引起的一种效应，它是虚 力不是实力，但具有实力的作用。
3.摩擦力
• 空气在近地面运动时，地表对空气产生的阻碍作用即摩 擦力。
• 摩擦力可表示为：


R KV 式中K为摩擦系数，它取决于地表的粗糙程度；负号表
示R与V的方向总是相反的。
4.惯性离心力
• 空气在地球表面上作圆周运动时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。 • 惯性离心力的大小为
（一）摩擦层中风的变化
• 1.风随高度的变化 • 2.日变化 • 3.风的阵性
1.摩擦层中风随高度的变化
在北半球随高度增加，风速增大，风向右偏。南半球风向 变化相反。
北半球摩擦层中风随高度变化示意图
2.摩擦层中风的日变化
• 白天，近地面的风风速增大，风向向右偏转，上层风的变化 则相反。
• 晚上，下层风风速减小，风向向左偏转，上层风速增大，风 向右偏转。
32.7~36.9 34.8
km/h
小于1 1~5 6~11 12~19 20~28 29~38 39~49 50~61 62~74 75~88 89~102 103~117 118~133
二、风的形成
• （一）形成风的力 • （二）风的形成及风压定理
（一）形成风的力
• 1 水平气压梯度力 • 2 地转偏向力 • 3 摩擦力 • 4 惯性离心力
• 风斜穿等压线吹，在北半球背风而立，高压在右后方， 低压在左前方，等压线越密，风速越大。
• 南半球风的运动方向与北半球相反
摩擦层大气中作曲线运动的空气块
低压附近的风是沿逆时针方向向内吹 高压附近的风是沿顺时针方向向外吹
三、风 的 变 化
• （一）摩擦层中风的变化 • （二）自由大气中风的变化 • （三）地方性风
2.风的测量
（1）仪器测量 风向风速仪、 测风气球、 风袋、 多普勒测风雷达等。
风 向 风 速 仪
测 风 气 球
多 普 勒 测 风 雷 达
风袋
风向袋被风 吹平时，风 速10—12米， 风力5—6级
25kt
20kt
10kt
5kt
2.目视估计--风力等级表
风力 等级
陆地地物象征
0 静，烟直上 1 烟能表示风向 2 人面感觉有风，树叶有微响 3 树叶及微枝摇动不息，旌旗展开 4 能吹起地面灰尘及纸张，小树枝摇动 5 有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波 6 大树枝摇动，电线呼呼有声，张伞困难 7 全树摇动，大树枝下弯，迎风步行不便 8 可折坏树枝，迎风步行感觉阻力甚大 9 烟囱及平屋房顶受到破坏，小屋受破坏 10 陆上少见，可使树木拔起，建筑物吹坏 11 陆上很少，有则必有重大损毁 12 陆上绝少，其摧毁极大
（三）地方性风
一些特殊的地理条件也会对局地空气运动产生影响，形成与 地方性特点有关的局部地区的风，称为地方性风。
主要的地方性风有： 1.海陆风 2.山谷风 3.峡谷风 4.焚风
地方性 风 陆风
晚上海面比陆地降温慢，海面气温高 于陆地，海面上空气产生上升运动， 陆地空气产生下沉定运动，由于空气 运动的连续性，底层空气将从陆地吹 向海面。
1.水平气压梯度力
• 由水平气压梯度引起的作用在单位质量空气上的压力差就 是水平气压梯度力
水平气压梯度的意义
Gn

P N

P S N S

F V
水平气压梯度可以表示单位体 积的空气块受到的水平静压力
水平气压梯度力的大小和方向
G
1
P
N
• 大小：与水平气压梯度成正比，与空气密
几种机型起落时容许的最大风速
机型
运五
最大风速
侧风角
0°
15
45°
8
90°
6
TB-20 运七
20
30
17来自百度文库
17
12
12
波音 707747SP
25 18 12
• 地面顺风：使滑跑距离加长
• 地面逆风：使滑跑距离缩短
• 地面侧风使滑跑时飞机向风的来向偏，接地前或 离地后飞机 向风的去向偏。
高空风对飞行的影响
d
z
p e0
P在冷的地方随 高度降低的快, 所以到另一个水 平高度后,冷的 地方气压低.
热成风
• 定义：由气温的水平差异而形成的风称 为热成风。
• 规律：风沿着等温线吹，在北半球背热 成风而立，高温在右，低温在左 等温线越密，风速越大。
西风急流的形成
• 由于北半球南高北低的温度分布，热成风为西风，高度越 高，风速越大。上升到一定高度后，就可能形成西风急流。 （30m/s)