大气运动和天气系统

原因： 地面受热不均
低
高
低
高
低
高
冷切
受热
冷切
（一）大气的水平运动
作用于空气的力：水平气压梯度力、地转偏向力、地面摩擦力、惯性离心力。
水平气压梯度力 水平气压梯度力使空气从高压区流向低压区，是大气
水平运动的原动力，其表达式为：
G 1 p n
G — 水平气压梯度力；ρ— 空气密度； Δp —两条等压线之间的气压差； Δn — 两条等压线之间的垂直距离； Δp ／Δn — 为水平气压梯度； “ － ” 负号表示方向由高压指向低压。
风相应的随高度发生变化。由水平温度梯度引起的上 下层风的向量差，称为热成风。
摩擦层中风随高度的变化
摩擦层中，风随高度的变 化受摩擦力和气压梯度随高度 变化的影响。在气压梯度不随 高度变化的情况下，离地面愈 远，风速愈大，风向与等压线 的交角愈小。把北半球摩擦层 中不同高度上风的向量投影到 同一水平面上，可得到一条风 向风速随高度变化的螺旋曲线， 称为埃克曼螺线。
Vg


1p
2 sin n
1000
1010
1020 hPa
梯度风 自由大气中的空气作曲线运动时，作用于空气的气压梯度 力、地转偏向力、惯性离心力达到平衡时的风称为梯度风。
北半球
V
V
G A、C
L
G、C A
H
Vg
逆时针
GA
顺时针
L 地转风 H
风随高度的变化
地转风随高度的变化——热成风 水平温度分布不均导致气压梯度随高度发生变化，
局地环流
定义：由局部环境如地形起伏、地表受热不均等引起 的小范围气流。
类型 海陆风 山谷风 焚风
海陆风
晴稳天气时，海岸附近，白天由海洋吹向陆地，夜间由陆 地吹向海洋，这种风向昼夜交替的地方性风称为海陆风。
山谷风
在山区，白天，风从山谷吹向山上，叫做谷风，夜间风从 山上向山下吹，叫做山风。这种风向昼夜交替的地方性风称 为山谷风。
二、 大气环流
定义 大范围内具有稳定性的各种气流运行的综合现象。
形成
高低纬间 热量差异
地转 偏向力
太阳直射点 海陆热力 的南北移动 性质差异
单圈环流 三圈环流
气压带和风带
气压带、风带南北移动
气压带断裂成块状，形成季风
全球环流 60°N
90°N
30°N
0°
30°S
60°S
90°S
全球环流
季风环流
第三节 大气运动和天气系统
一、大气的运动 二、大气环流 三、主要天气系统
一、 大气的运动
大气运动 能量来源：太阳辐射 类型：垂直运动——热力环流 水平运动——风
气压（同一水平面） 气压与海拔的关系
气压与空气密度的关系
水平面上风总是从高 压吹向低压
海拔 气压 密度 气压
（一）大气垂直运动的最简单形式——热力环流
摩擦力
•摩擦力指地面与空气之间，不同运动状况的空气层之间相互作用而
产生的阻力。气层之间的阻力，称为内摩擦力；地面对空气的阻力， 称为外摩擦力。
•摩擦力方向与风向相反，使风速减小，导致地转偏向力也相应减弱。
陆地表面摩擦力总是大于海洋表面。
•摩擦力以近地面层最显著，随高度增加而迅速减弱，一般到 1-2
km 以上就可以忽略不计了，此高度以上气层称为自由大气。
自由大气中的空气运动
在自由大气中，空气运动规律比在摩擦层中简单 得多。当空气作直线运动时，只须考虑G和A的 作用；当空气作曲线运动时，则考虑G、A、C三 者之间的关系。
地转风 指自由大气中空气作等速、直线水平运动。
气 压
地转偏向力
梯
度
力
——地转风出现时，A=G
◆在北半球，它使风向右偏；它的 大小与风速和纬度成正比，在赤道 为零，随纬度而增大，在两极达最 大。
惯性离心力
离心力是指空气作曲线运动时，受到一个离开曲 率中心而沿曲率半径向外的作用力。这是空气为了保 持惯性方向运动而产生的，所以称为惯性离心力。它 的方向与空气运动方向垂直。
C V2 r
C — 离心力；V — 空气运动度； r — 曲率半径。
定义：大范围地区盛行的、以一年为周期随季节改变风向的风。
冬季风：冬季，大陆冷却比海洋剧烈，大陆上形成高压，海洋 上形成低压，于是，风从大陆吹向海洋，称为大陆风或冬季风。
夏季风：夏季，大陆増热比海洋剧烈，大陆上形成低气压，海 洋上形成高气压，于是，风由海洋吹向大陆，称为海洋风或夏季 风。
分布
约在 30°W — 170°E， 20°S — 35°N的范围。
等压 线疏 密与 气压 梯度 大小
1001 气压梯度小 1003
p 气压梯度
n
1005 1007
地转偏向力
指由于地球的自转而使地表上运动的物体发生方向偏转的力。 它包括水平和垂直两个分力。水平地转偏向力为：
A 2 m v sin
m ：空气质量； v ：风速； ω ：地球自转角速度； j ：地理纬度。
按其热力性质可分为冷气团和暖气团。气团向比它暖的下 垫面移动，称为冷气团；向比它冷的下垫面移动，称为暖气 团。
温度 密度 压强 天气
冷气团
比下垫面气温低 大 大
晴朗
暖气团
比下垫面气温高 小
小 晴朗
锋面系统 定义：冷暖气团的交界面叫锋面；锋与地面的交线叫锋线。
锋面附近常伴有云、雨、大风等天气。
类型
冷锋 暖锋 准静止锋 锢囚锋
Байду номын сангаас
冷暖锋与天气
冷锋：冷气团主动向暖气团靠近，冷气团长驱直入，暖 气团被迫抬升。
暖锋：暖气团主动向冷气团靠近，冷气团被迫回转，暖 气团徐徐爬升。
冷气团
冷锋
暖气团 暖气团
冷气团
暖锋
冷锋过境前的 天气情况？
焚风
是由于空气下沉运动，而使空气温度升高，湿度降低的 一种干而热的风。通常指气流越过山顶后由山上吹下来的热 而干燥的风。
三、主要的天气系统
定义 大气中引起天气变化的各种尺度的运动系统。 一般多指温压场和风场中的大气长波、气旋、反气旋、锋
面、台风、龙卷风等。
气团
气团指在广大区域内水平方向上温度、湿度、铅直稳定度 等物理属性较均匀的大块空气团。
非洲季风区
亚洲季风区
澳洲季风区
其中以东亚和南亚的季风最显著。 东亚季风范围广、强度大，冬季风强于夏季风。 南亚季风（印度季风），夏季风强于东季风。
亚洲季风
南亚和东南亚是世界最 著名的季风区，其环流 特征主要表现为冬季盛 行东北季风，夏季盛行 西南季风，且两者的转 换有暴发性突变过程。 冬季，南亚和东南亚的 东北季风，是陆地吹向 海洋的分量，是亚洲大 陆冷高压南部的气流。 降水稀少。