《气压与风》PPT课件.ppt

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1、第七章第七章 气压和风气压和风 气压气压 作用于空气的力作用于空气的力 风风本本章章主主要要内内容容国际标准单位：帕（帕斯卡国际标准单位：帕（帕斯卡国际标准单位：帕（帕斯卡国际标准单位：帕（帕斯卡 Pa Pa Pa Pa）和）和）和）和百帕（百帕斯卡百帕（百帕斯卡百帕（百帕斯卡百帕（百帕斯卡 hPahPahPahPa）1hPa 1hPa 1hPa 1hPa100Pa100Pa100Pa100Pa100N100N100N100Nm m m m2 2 2 2 标准大气压标准大气压标准大气压标准大气压（0000，45N45N45N45NS S S S，海平面上），海平面上），海平面上），海平面上）P

2、 P P P0 0 0 0760mmhPa760mmhPa760mmhPa760mmhPa第一节第一节 气气 压压 气压（大气压强）气压（大气压强）气压（大气压强）气压（大气压强）P P P P单位面积上所受到的大气压力。单位面积上所受到的大气压力。单位面积上空气柱的重量。单位面积上空气柱的重量。气压的单位气压的单位气压的单位气压的单位一、一、一、一、气压随高度的变化气压随高度的变化气压随高度的变化气压随高度的变化单位截面单位截面单位截面单位截面大气上界大气上界大气上界大气上界P P P P1 1 1 1P P P P2 2 2 2G G G Gz z z z2 2 2 2z z z z1 1

3、 1 1 P P P PP1P1P1P1P2P2P2P2GGGG gVgVgVgV g g g g（z z z z2 2 2 2z z z z1 1 1 1）g g g gz z z z 取取取取z0z0z0z0 大气静力学方程大气静力学方程大气静力学方程大气静力学方程 dPdPdPdP g g g gd d d dz z z z g g g g 铅直气压梯度铅直气压梯度铅直气压梯度铅直气压梯度 （单位高度气压差）（单位高度气压差）（单位高度气压差）（单位高度气压差）dPdPdPdPd d d dz z z zdPdPdPdPd d d dz z z z 大气静力学方程大气静力学方程大气静力学

4、方程大气静力学方程铅直气压梯度铅直气压梯度铅直气压梯度铅直气压梯度 g g g g z z z z P P P PdPdPdPdPd d d dz z z z气压气压气压气压高度高度高度高度海拔高度海拔高度海拔高度海拔高度（m m m m）气压气压气压气压（hPahPahPahPa）30000 30000 30000 30000 12 12 12 12 16000 16000 16000 16000 100 100 100 100 11000 11000 11000 11000 250 250 250 250 5500 5500 5500 5500 500 500 500 500 3000 3

5、000 3000 3000 700 700 700 700 1500 1500 1500 1500 850 850 850 850 0 0 0 0 1000 1000 1000 1000 zzzzz z z z2 2 2 2z z z z1 1 1 118400184001840018400（1 1 1 1 t t t tm m m m）loglogloglog z z z z 两点之间的高度差两点之间的高度差两点之间的高度差两点之间的高度差 z z z z1 1 1 1 较低点的海拔高度较低点的海拔高度较低点的海拔高度较低点的海拔高度 z z z z2 2 2 2 较高点的海拔高度较高点的海

6、拔高度较高点的海拔高度较高点的海拔高度 P P P P1 1 1 1 较低点的气压较低点的气压较低点的气压较低点的气压 P P P P2 2 2 2 较高点的气压较高点的气压较高点的气压较高点的气压 1 1 1 1273273273273 t t t tm m m m 两点的平均温度，取两点的平均温度，取两点的平均温度，取两点的平均温度，取t t t tm m m m（t t t t1 1 1 1t t t t2 2 2 2）2 2 2 2 t t t t1 1 1 1 较低点的气温较低点的气温较低点的气温较低点的气温 t t t t2 2 2 2 较高点的气温较高点的气温较高点的气温较高点的

7、气温P P P P1 1 1 1P P P P2 2 2 2 压高公式压高公式压高公式压高公式 地面天气形势图（地面天气图、地面图）地面天气形势图（地面天气图、地面图）地面天气形势图（地面天气图、地面图）地面天气形势图（地面天气图、地面图）本站气压本站气压本站气压本站气压 海平面气压海平面气压海平面气压海平面气压 等高面（海拔高度为等高面（海拔高度为等高面（海拔高度为等高面（海拔高度为0 0 0 0）上的等压线（）上的等压线（）上的等压线（）上的等压线（hPahPahPahPa）图）图）图）图二、二、气压的水平分布气压的水平分布气压订正气压订正气压订正气压订正 海平面气压场海平面气压场海平面气

8、压场海平面气压场 海平面气压场的基本型式（气压系统）海平面气压场的基本型式（气压系统）海平面气压场的基本型式（气压系统）海平面气压场的基本型式（气压系统）低压低压低压低压（低气压、气旋）（低气压、气旋）（低气压、气旋）（低气压、气旋）高压高压高压高压（高气压、反气旋）（高气压、反气旋）（高气压、反气旋）（高气压、反气旋）D D D D逆时针旋转逆时针旋转逆时针旋转逆时针旋转向中心辐合向中心辐合向中心辐合向中心辐合绝热上升绝热上升绝热上升绝热上升多阴雨天气多阴雨天气多阴雨天气多阴雨天气G G G G顺时针旋转顺时针旋转顺时针旋转顺时针旋转向四周辐散向四周辐散向四周辐散向四周辐散绝热下沉绝热下沉绝

9、热下沉绝热下沉多晴好天气多晴好天气多晴好天气多晴好天气槽槽槽槽（低压槽）（低压槽）（低压槽）（低压槽）脊脊脊脊（高压脊）（高压脊）（高压脊）（高压脊）D DG G高空天气形势图（高空天气图、高空图）高空天气形势图（高空天气图、高空图）高空天气形势图（高空天气图、高空图）高空天气形势图（高空天气图、高空图）等压面上的等高线（等压面上的等高线（等压面上的等高线（等压面上的等高线（每隔每隔每隔每隔4 4 4 4位势什米位势什米位势什米位势什米）图）图）图）图等高线的单位：位势高度等高线的单位：位势高度等高线的单位：位势高度等高线的单位：位势高度 位势米、位势什米位势米、位势什米位势米、位势什米位势米

10、、位势什米 1 1 1 1位势什米位势什米位势什米位势什米10101010位势米位势米位势米位势米 H H H Hzgzgzgzg9.8 H 9.8 H 9.8 H 9.8 H 位势高度（位势米）位势高度（位势米）位势高度（位势米）位势高度（位势米）z z z z 海拔高度（米）海拔高度（米）海拔高度（米）海拔高度（米）g g g g 重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度 高空气压场高空气压场高空气压场高空气压场 等压面与等高面的关系等压面与等高面的关系等压面与等高面的关系等压面与等高面的关系等压面等压面等压面等压面 P P P PA A A AP P P PB B B BP P P PC

11、 C C CP P P P H H H HA A A AH H H HB B B BH H H HC C C C 等高面等高面等高面等高面 H H H Ha a a aH H H Hb b b bH H H Hc c c cH H H H Z Z Z ZAaAaAaAaZ Z Z ZBbBbBbBbZ Z Z ZCcCcCcCc P P P Pa a a aP P P Pb b b bP P P Pc c c cA A A AB B B BC C C Ca a a ab b b bc c c cZ Z Z ZAaAaAaAaZ Z Z ZBbBbBbBbZ Z Z ZCcCcCcCc等压面等压

12、面等压面等压面H H H HP P P P等高面等高面等高面等高面高空气压场的基本型式（气压系统）高空气压场的基本型式（气压系统）高空气压场的基本型式（气压系统）高空气压场的基本型式（气压系统）D D D D低压低压低压低压逆逆逆逆时时时时针针针针旋旋旋旋转转转转高压高压高压高压顺顺顺顺时时时时针针针针旋旋旋旋转转转转G G G G脊脊脊脊G G G G脊线脊线脊线脊线脊前脊前脊前脊前脊后脊后脊后脊后槽线槽线槽线槽线槽槽槽槽D D D D槽前槽前槽前槽前槽后槽后槽后槽后第二节第二节 作用于空气的力作用于空气的力 影响大气运动的影响大气运动的影响大气运动的影响大气运动的作用力作用力作用力作用力作

13、用于空气的力作用于空气的力作用于空气的力作用于空气的力基本力（牛顿力）基本力（牛顿力）基本力（牛顿力）基本力（牛顿力）视示力（外观力）视示力（外观力）视示力（外观力）视示力（外观力）气压梯度力气压梯度力气压梯度力气压梯度力地心引力地心引力地心引力地心引力摩擦力摩擦力摩擦力摩擦力惯性离心力惯性离心力惯性离心力惯性离心力地转偏向力地转偏向力地转偏向力地转偏向力水平方向作用于空气的力水平方向作用于空气的力水平方向作用于空气的力水平方向作用于空气的力水平气压梯度力水平气压梯度力水平气压梯度力水平气压梯度力 G G G G水平地转偏向力水平地转偏向力水平地转偏向力水平地转偏向力 A A A A惯性离心力

14、惯性离心力惯性离心力惯性离心力 C C C C摩擦力摩擦力摩擦力摩擦力 R R R R一、水平气压梯度力一、水平气压梯度力一、水平气压梯度力一、水平气压梯度力（G G G G）x x x x方向上：气压梯度方向上：气压梯度方向上：气压梯度方向上：气压梯度 气压差气压差气压差气压差 dxdxdxdx A A A A：气压气压气压气压 p p p p 压力压力压力压力 pdydzpdydzpdydzpdydz B B B B：气压气压气压气压（p p p p dxdxdxdx）压力压力压力压力（p p p p dxdxdxdx）dydzdydzdydzdydz x x x x方向上的净压力：方向上

15、的净压力：方向上的净压力：方向上的净压力：pdydzpdydzpdydzpdydz（p p p p dxdxdxdx）dydzdydzdydzdydz dxdydzdxdydzdxdydzdxdydz p p x x p p x x p p x x p p x x p p x x p p x x x x x xy y y yz z z zdxdxdxdxdydydydydzdzdzdzA A A AB B B Bp p p p（p p p p dxdxdxdx）p p p p x x x x0 0 0 0 x x x x方向上的净压力方向上的净压力方向上的净压力方向上的净压力 dxdydzdx

16、dydzdxdydzdxdydz p p x x y y y y方向上的净压力方向上的净压力方向上的净压力方向上的净压力 dxdydzdxdydz p p y y z z z z方向上的净压力方向上的净压力方向上的净压力方向上的净压力 dxdydzdxdydz p p z z 总的净压力总的净压力总的净压力总的净压力（i i j j k k）dxdydzdxdydz p dxdydzp dxdydz 由于由于由于由于 dxdydzdxdydzdxdydzdxdydzV V V Vm m m m 因此因此因此因此 作用于作用于作用于作用于单位质量单位质量单位质量单位质量空气块上的净压力（气压梯度

17、力）空气块上的净压力（气压梯度力）空气块上的净压力（气压梯度力）空气块上的净压力（气压梯度力）G G G G G G G G p p p p p p x x p p y y p p z z1 1 气压梯度力气压梯度力气压梯度力气压梯度力 G G G G p p p p 气压梯度气压梯度气压梯度气压梯度p p p p 气压梯度的方向：由高压指向低压。气压梯度的方向：由高压指向低压。气压梯度的方向：由高压指向低压。气压梯度的方向：由高压指向低压。气压梯度力的方向：气压梯度力的方向：气压梯度力的方向：气压梯度力的方向：由高压指向低压。由高压指向低压。由高压指向低压。由高压指向低压。铅直气压梯度力铅直

18、气压梯度力铅直气压梯度力铅直气压梯度力 G G G GZ Z Z Z 水平气压梯度力水平气压梯度力水平气压梯度力水平气压梯度力 G G G Gn n n n n n n nxixixixiyjyjyjyj 水平气压梯度力是形成风的原始动力。水平气压梯度力是形成风的原始动力。水平气压梯度力是形成风的原始动力。水平气压梯度力是形成风的原始动力。1 1 1 1 p p z z1 1 p p n n 二、二、二、二、水平地转偏向力水平地转偏向力水平地转偏向力水平地转偏向力（科里奥利力、科氏力）（科里奥利力、科氏力）（科里奥利力、科氏力）（科里奥利力、科氏力）A A A AO O O OA A A AB

19、 B B B O O O OB B B Bx x x xy y y yO O O OA A A AxxxxyyyyB B B B以圆盘外为参照系以圆盘外为参照系以圆盘外为参照系以圆盘外为参照系以圆盘为参照系以圆盘为参照系以圆盘为参照系以圆盘为参照系 地转偏向力的方向：地转偏向力的方向：地转偏向力的方向：地转偏向力的方向：与运动方向垂直与运动方向垂直与运动方向垂直与运动方向垂直 北半球指向运动方向的右侧北半球指向运动方向的右侧北半球指向运动方向的右侧北半球指向运动方向的右侧 南半球指向运动方向的左侧南半球指向运动方向的左侧南半球指向运动方向的左侧南半球指向运动方向的左侧 F F F F2 2 2

20、 2 V V V V 水平地转偏向力水平地转偏向力水平地转偏向力水平地转偏向力 A A A A A A2 2 V sin V sin 2 2 2 2 24242424小时小时小时小时 7.29107.29107.29107.2910-5-5-5-5 秒秒秒秒-1-1-1-1 静止静止静止静止 V V V V0 A0 A0 A0 A0 0 0 0 赤道赤道赤道赤道 0 A0 A0 A0 A0 0 0 0 北极北极北极北极 90 A90 A90 A90 A2 2 2 2 V V V V 作用于作用于作用于作用于单位质量单位质量单位质量单位质量物体上的物体上的物体上的物体上的科里奥利力科里奥利力科里

21、奥利力科里奥利力 F F F F coscoscoscos sinsinsinsin 三、惯性离心力三、惯性离心力三、惯性离心力三、惯性离心力（C C C C）曲率中心曲率中心曲率中心曲率中心曲率半径曲率半径曲率半径曲率半径r r r rC C C CV V V V 惯性离心力的方向：惯性离心力的方向：惯性离心力的方向：惯性离心力的方向：与运动方向垂直与运动方向垂直与运动方向垂直与运动方向垂直 由曲率中心指向外缘由曲率中心指向外缘由曲率中心指向外缘由曲率中心指向外缘 作用于作用于作用于作用于单位质量单位质量单位质量单位质量物体上的物体上的物体上的物体上的惯性离心力惯性离心力惯性离心力惯性离心力

22、 C C C C C C C C 静止静止静止静止 V V V V0 C0 C0 C0 C0 0 0 0 直线运动直线运动直线运动直线运动 r r r r C C C C0 0 0 0 V V2 2r r四、摩擦力四、摩擦力四、摩擦力四、摩擦力 （R R R R）摩擦力的方向：摩擦力的方向：摩擦力的方向：摩擦力的方向：与运动方向相反与运动方向相反与运动方向相反与运动方向相反 摩擦摩擦摩擦摩擦力力力力 R R R R R R R RK VK VK VK V K K K K 摩擦系数摩擦系数摩擦系数摩擦系数 摩擦层摩擦层摩擦层摩擦层 R R R R0000 自由大气层自由大气层自由大气层自由大气层

23、 R R R R0 0 0 0 第三节第三节 风风 平直等压线的气压场中的风平直等压线的气压场中的风平直等压线的气压场中的风平直等压线的气压场中的风 C C C C0 0 0 0 一、自由大气层中的风一、自由大气层中的风一、自由大气层中的风一、自由大气层中的风 （R R R R0 0 0 0 ）空气所受的力：空气所受的力：G G、A A 地转风地转风地转风地转风:A=G:A=G:A=G:A=G568568568568572572572572576576576576580580580580584584584584低压低压低压低压高压高压高压高压G G G GV V V VA A A AG G G

24、 GV V V VA A A AG G G GA A A AV V V V北北北北半半半半球球球球 弯曲等压线的气压场中的风弯曲等压线的气压场中的风弯曲等压线的气压场中的风弯曲等压线的气压场中的风 C0C0C0C0空气所受的力：空气所受的力：G G、A A、C C 梯度风：梯度风：梯度风：梯度风：A+C+G=0 A+C+G=0 A+C+G=0 A+C+G=0G G G GA A A AV V V VD D D DC C C C逆逆逆逆时时时时针针针针旋旋旋旋转转转转A A A AG G G GV V V VG G G GC C C C顺顺顺顺时时时时针针针针旋旋旋旋转转转转 在自由大气层中，风

25、沿着等压线吹。在自由大气层中，风沿着等压线吹。在自由大气层中，风沿着等压线吹。在自由大气层中，风沿着等压线吹。自由大气层中的自由大气层中的自由大气层中的自由大气层中的白贝罗风压定律白贝罗风压定律白贝罗风压定律白贝罗风压定律：(判断风压关系的定律判断风压关系的定律判断风压关系的定律判断风压关系的定律）北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反。北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反。北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反。北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反。二、摩擦层中的风二、摩擦层中的风二、摩擦层中的风二、摩擦层中的风 （R0R0R0R0 ）平直等压线的

26、气压场中的风平直等压线的气压场中的风平直等压线的气压场中的风平直等压线的气压场中的风 C C C C0 0 0 0 空气所受的力：空气所受的力：G G、A A、R R低压低压低压低压G G G GR R R RV V V V高压高压高压高压997.5997.5997.5997.51000.01000.01000.01000.01002.51002.51002.51002.51005.01005.01005.01005.0A A A A在摩擦层中，风穿越等压线，向低压偏转。在摩擦层中，风穿越等压线，向低压偏转。在摩擦层中，风穿越等压线，向低压偏转。在摩擦层中，风穿越等压线，向低压偏转。摩擦层中的

27、摩擦层中的摩擦层中的摩擦层中的白贝罗白贝罗白贝罗白贝罗风压定律：风压定律：风压定律：风压定律：北半球：北半球：北半球：北半球：背风而立，背风而立，背风而立，背风而立，低压在左前方，低压在左前方，低压在左前方，低压在左前方，高压在右后方。高压在右后方。高压在右后方。高压在右后方。南半球相反。南半球相反。南半球相反。南半球相反。风逆时针旋转，向中心辐合。风逆时针旋转，向中心辐合。风逆时针旋转，向中心辐合。风逆时针旋转，向中心辐合。绝热上升，多阴雨天气绝热上升，多阴雨天气绝热上升，多阴雨天气绝热上升，多阴雨天气G G G GA A A AV V V VD D D DR R R RC C C CA A

28、 A AG G G GV V V VG G G GC C C CR R R R顺时针旋转，向四周辐散顺时针旋转，向四周辐散顺时针旋转，向四周辐散顺时针旋转，向四周辐散绝热下沉，多晴好天气绝热下沉，多晴好天气绝热下沉，多晴好天气绝热下沉，多晴好天气 弯曲等压线的气压场中的风弯曲等压线的气压场中的风弯曲等压线的气压场中的风弯曲等压线的气压场中的风 C0C0C0C0 空气所受的力：空气所受的力：G G、A A、C C、R R二、摩擦层中风的变化二、摩擦层中风的变化二、摩擦层中风的变化二、摩擦层中风的变化 日变化日变化日变化日变化 近地层近地层近地层近地层白天午后最大，夜间和清晨最小；白天午后最大，夜

29、间和清晨最小；白天午后最大，夜间和清晨最小；白天午后最大，夜间和清晨最小；上层上层上层上层白天午后风小，夜间风大白天午后风小，夜间风大白天午后风小，夜间风大白天午后风小，夜间风大晴天晴天晴天晴天 阴天，陆地阴天，陆地阴天，陆地阴天，陆地 海洋海洋海洋海洋 年变化年变化年变化年变化 我国大部份地区春季是冷暖空气交替时期，所以春季风我国大部份地区春季是冷暖空气交替时期，所以春季风我国大部份地区春季是冷暖空气交替时期，所以春季风我国大部份地区春季是冷暖空气交替时期，所以春季风最大。最大。最大。最大。一般北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小；一般北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小；一般北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小；一般北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小；垂直变化垂直变化垂直变化垂直变化 摩擦层：摩擦层：摩擦层：摩擦层：风呈爱克曼（风呈爱克曼（风呈爱克曼（风呈爱克曼（EkmanEkmanEkmanEkman）螺线分布）螺线分布）螺线分布）螺线分布摩擦层顶：摩擦层顶：摩擦层顶：摩擦层顶：风速接近地转风、风向与等压线平行。风速接近地转风、风向与等压线平行。风速接近地转风、风向与等压线平行。风速接近地转风、风向与等压线平行。