3空气的水平运动详解

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。
三种力与风向的关系
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。
风的形成是空气流动的结果，常指空气相对地面 的水平运动，是一个矢量,用风向和风速表示。
在北半球，气流向右偏转，在南半球使气流向左 偏转。所以，地球大气的运动，除受到气压梯度 力的作用外，还受地转偏向力的影响。
第四章 气 象
空气的水平运动
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
在北半球穿过高压区飞行，先碰 到右侧风，后碰到左侧风。
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
图2-10 摩擦层中风的形成
摩擦层中的风压定理
摩擦层中的风压定理： 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
方向：垂直于等压线由高压指向低压
2.地转偏向力
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
水也一样
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。
3.摩擦力
风 向 风 速 仪
测风气球
ห้องสมุดไป่ตู้
风袋
多
普
勒
测 风 测风雷达是测风的专用雷达。气球携带回答器（或反射靶）
升空，当雷达天线对准气球时，发出询问脉冲，能立即接收 到回答脉冲（或反射脉冲）。根据回答脉冲和询问脉冲的时
雷 间间隔可确定气球距雷达的直线距离，加上天线的方位和仰
角，即可确定气球的空间位置。由气球运动轨迹可计算得到
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
风压定理的应用
已知气压场，判断风场（摩擦层）
已知气压场，判断风场（自由大气）
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
惯性离心力的大小为
V2 Cm
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。
地转风是指自由大气中空气的水平等速直线运动， 是指无加速度、惯性离心力不起作用情况下的运动。
达 各高度风向和风速。测风雷达的探测高度可达30km，且不
受天气条件限制，但测角精度低于光学经纬仪，设备庞大。 中国气象部门使用的是国产701测风雷达。
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
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
气象台常用八个方位发布风向的预报，即东（E）、 南（S）、西（W）、北（N）、东南（SE）、西 南（SW）、西北（NW）和东北（NE）。风向观
测是用十六个方位来表示的，即在上述八个方位 中间再增加北东北（NNE）、东东北（ENE）、 东东南（ESE）、南东南（SSE）、南西南 （SSW）、西西南（WSW）、西西北（WNW） 和北西北（NNW）。 实际测风报告中还经常用0－360°范围内的数字 表示风向，以0°为北，90°为东，180°为南， 270°为西，余类推。
相当风速
m/s
范围
中数
km/h
0.0~0.2
0.1
小于1
0.3~1.5 0.9
1~5
1.6~3.3 2.5
6~11
3.4~5.4 4.4 12~19
5.5~7.9 6.7
20~28
8.0~10.7 9.4
29~38
10.8~13.8 12.3 39~49
13.9~17.1 15.5 50~61
17.2~20.7 19.0 62~74
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。
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。
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 密度成反比
在天气预报中有时还用偏北风、偏南风等名称， 偏字表示风向围绕某个方位作小范围摆动。
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） 1海里/小时也称为节（KT）
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。
20.8~24.4 22.6 75~88
24.5~28.4 26.5 89~102
28.5~32.6 30.6 103~117
32.7~36.9 34.8 118~133
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