大气运动

第四章大气的运动

第一节气压随高度和时间的变化

一、气压随高度的变化

气压——任一高度上单位面积上承受的空气柱的重量。hpa（百帕）

（一）静力学方程

dP =－ρgdz 方程说明：气压随高度递减的快慢取决于空气密度和重力加速度的变化。（二）单位高度气压差（Gz）

定义：在铅直气柱中，每改变单位高度（通常取100m）时所对应的气压差，以Gz示之。单位：hpa/100m

方向：由高压指向低压

意义：ρ大Gz大，气压降低得快。ρ小Gz小，气压降低得慢。

（三）单位气压高度差（气压阶h）

定义：在铅直气柱中，每改变单位气压（通常取1百帕）时所对应的高度差。

单位：m/hpa

表明：

1、在密度较大的气层中，只要上升较小的高度，气压就能降低1百帕。

2、在密度较小的气层中，则需要上升较大的高度，才能使气压降低1百帕。

因此，h的大小可表示气压随高度变化得快慢。

二、气压随时间的变化

（一）周期性变化

1、气压的日变化

2、气压的年变化

（二）气压的非周期性变化

（三）局地气压随时间变化的原因

影响局地气压变化的主要原因有：

1.空气的水平辐合、辐散

2.空气的铅直运动

3.热力作用

（1）非绝热增温及冷却作用

（2）冷暖平流的作用

暖平流与非绝热增温总是引起上层加压，低层减压。

冷平流与非绝热冷却总是引起上层减压，低层加压。

第二节气压场

一、气压场的表示方法

气压场——气压的空间分布称为气压场。

表示方法：海平面天气图和高空天气图（图示法）可以表示气压水平分布形势。

等高面图、等压面图：

等高面图是高度为零的等高面与一组等压面相交割而得到的曲线所组成的图。直接反映了某一等高面上的气压高低。

等压面图直接反映了等压面的起伏高低，间接反映了某一等高面上的气压高低。

二、气压场的基本型式

低气压（简称低压）

高气压（简称高压）

低压槽、高压脊

鞍形气压区

三、气压系统的空间结构

常见的气压系统的垂直结构可归纳为以下几类：

（1）深厚的对称的高压和低压（对称的冷低压和暖高压）

（2）浅薄的对称高压和低压（对称的冷高压和暖低压）

（3）温压场不对称系统

第三节 大气的水平运动和垂直运动

一、作用于空气上的力

主要作用力：定义、表达式、方向、对运动的贡献。

气压梯度力（G ）气压梯度存在时，单位质量空气受到的作用力。

地转偏向力（A ）由于地平面转动而产生的使空气偏离气压梯度力方向的力。

惯性离心力（C ）空气作圆周运动时，为保持沿惯性方向运动产生的力。

摩擦力（R ）两个作相对运动的物体，在相互接触的界面间产生的一种阻碍物体运动的力。 重力（g ）

这些力之间的不同组合构成了不同形式的大气运动。

二、自由大气中的空气水平运动

（一）直线运动－地转风

概念：自由大气中，无摩擦力作用时空气的水平等速直线运动，叫地转风。

方向：地转风沿等压线吹，在北半球，人背地转风而立，右侧为高压区，左侧为低压区。南半球相反。 大小： （二）曲线运动

概念：自由大气中，无摩擦力作用时空气的水平等速曲线运动。

方向：北半球梯度风沿等压线吹，人背梯度风而立，高压在右，低压在左。反气旋按顺时针方向沿等压线吹。 气旋按逆时针方向沿等压线吹。

大小：无论是高压和低压，梯度风速与梯度成正比；与纬度成反比。

（三）自由大气中风随高度的变化—热成风

概念：由于水平温度分布不均所引起的上下层风的向量差。

方向：在北半球，热成风与等温线平行，背热成风而立，高温在右，低温在左。

大小：热成风的大小与平均温度的水平梯度和气层的厚度成正比，而与纬度的正弦及平均温度呈反比。

形成、方向、大小。

三、摩擦层中空气的水平运动

（一）地面摩擦力对风的影响

风速减小，风向从高压向低压斜穿等压线。

摩擦层中风压关系为：在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方。

（二）摩擦层中风随高度的变化

由于摩擦力随高度不断减小，其风速将随高度增高逐渐增大，风向随高度增高不断向右偏转（北半球），到摩擦层顶部风将趋近于地转风，风向与等压线相平行。

（三）风的日变化和风的阵性

四、空气的垂直运动

（一）对流运动

由热力作用引起的垂直运动。因为气层不稳定，垂直运动较强。

（二）系统性垂直运动（动力作用）

n

P V g ∂∂-=ϕωρsin 21

a、空气的水平辐合、辐散运动

b、冷气团强迫抬升暖气团

c、地形抬升作用

由于气层稳定，所以垂直运动速度小。

第四节大气环流

大气环流—大范围的大气运行现象。

一、大气环流的主要特征

（一）平均纬向环流

大气环流最基本的状态是盛行以极地为中心而旋转着的纬向气流。也就是东西风带。

图示主要特点。

（二）平均水平环流

平均水平环流—指纬向气流受到扰动而发展起来的槽、脊和高低压系统。

由于高度不同，气流受到地面的影响也就不同。近地面易形成闭合的高低压系统，海平面图示主要特点。而高空则形成槽、脊。500hpa图示主要特点。

（三）平均经圈环流

平均经圈环流—指在南北方向上的垂直剖面图上，由风速的南北方向分量和垂直方向分量共同组成的环流。哈得莱环流、费利尔环流、极地环流圈。

（四）急流

二、大气环流的形成和维持

（一）太阳辐射作用－“单圈环流”模型

（二）地球自转作用－“三圈环流”模型

与三圈环流对应的地面气压带和风带、高层气流。

（三）地表性质作用

1、海陆分布对大气环流的影响

a、海洋和陆地由于它们的热力状况不同，产生了随季节而转换的环流。这个环流就是“季风环流”。

b、使全球呈带状分布的各气压带被分割成多个独立的高、低压单体（中心）。

c、海陆分布对于对流层中部西风带平均槽脊的形成起着重要作用。

2、地形影响（青藏高原为例）

（1）爬越作用在背风坡有利于气旋性涡度加强。

（2）绕行分支作用致使500百帕以下西风环流北支表现为地形脊，而南支表现为地形槽。（3）热力作用夏季在青藏高原和印度洋之间形成一个经圈环流。它与哈得莱环流相反。冬季则不同，与哈得莱环流相同，加强了哈得莱环流。

（四）地面摩擦作用东西风带得以长期维持。

三、大气环流的变化

（一）年内变化

1、冬季，中高纬度西风带上有三个槽、三个脊，而且槽脊的位置和强度基本稳定。

夏季，西风带上原有的三个槽已变为四个比较浅的槽，春秋季是短促的过渡阶段。

2、对流层上层（200hPa）的纬向环流形势也有季节性转换，主要表现在高空急流的变换上。

3、季节性移动随太阳直射点南北移动。

（二）中短期变化

这种变化主要表现在西风带纬向环流和经向环流的相互转换上。其交替周期大约2～6周。