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1、12/17/202212/17/2022 第四章第四章 大气的运动大气的运动第一节第一节 气压随高度和时间的变化气压随高度和时间的变化第二节第二节 气压场气压场第三节第三节 大气的水平运动和垂直运动大气的水平运动和垂直运动第四节第四节 大气环流大气环流12/17/202212/17/2022第一节第一节 气压随高度和时间的变化气压随高度和时间的变化一、气压随高度的变化一、气压随高度的变化二、气压随时间的变化二、气压随时间的变化12/17/202212/17/20221、静力学方程、静力学方程：气压气压-静止大气中，任一观静止大气中，任一观测高度单位面积上所承受的测高度单位面积上所承受的空气柱重
2、量。空气柱重量。dpdp=-=-dzdz-随高度的升高而降低。随高度的升高而降低。1000M2000M3000M12/17/202212/17/2022P2pWu气压随高度递减的快慢主要决定于空气密度。气压随高度递减的快慢主要决定于空气密度。Z1ZZ2P1p p=-W p=-z dp=-dz12/17/202212/17/2022 高度变化（米）高度变化（米）气压变化气压变化（百帕）（百帕）气压实际改变量气压实际改变量1500上升到上升到3000850下降到下降到700150（百帕）（百帕）9000上升到上升到12000 300下降到下降到200100（百帕）（百帕）气压随高度的变化气压随高度
3、的变化12/17/202212/17/20222、垂直气压梯度（单位高度气压差）垂直气压梯度（单位高度气压差）用有限增量代替微分用有限增量代替微分 P=-P=-z zP/P/z=z=-令令 GzGz=-P/=-P/z zG Gz z=根据干空根据干空气状气状态态方程方程 P=P=R Rd dT TG Gz z=0.000342P/T=0.000342P/T 百帕百帕/厘米厘米G Gz z=3.42P/T=3.42P/T 百帕百帕/100/100米米Gz=3.42 hPa/100mPT12/17/202212/17/20223、单位气压高度差、单位气压高度差用有限增量代替微分用有限增量代替微分P
4、=-zP/z=-令令 h=-z/Ph=1/根据干空气状态方程根据干空气状态方程 P=RdTh=（1+t t）8000P12/17/202212/17/20224、压高公式、压高公式Z 2-Z1=18400（1+t t）log-二、二、气压随时间的变化气压随时间的变化1、气压变化的原因、气压变化的原因（1）水平气流的辐合与辐散）水平气流的辐合与辐散（2）不同密度气团的移动）不同密度气团的移动（3）空气的垂直运动）空气的垂直运动2、气压的周期性变化、气压的周期性变化3、气压的非周期性变化、气压的非周期性变化P1P2Back12/17/202212/17/2022 第二节第二节 气压场气压场一、等压
5、线和等压面一、等压线和等压面等压线等压线-某一某一 水平面上气压相等各点的连线。水平面上气压相等各点的连线。等压面等压面-空间气压相等各点所组成的面。空间气压相等各点所组成的面。3000M12/17/202212/17/2022等压面图等压面图n如何把空间等压面的高低形势反映在一张海平面图如何把空间等压面的高低形势反映在一张海平面图上呢上呢?n等压面和等高面（水平面）的关系：等压面和等高面（水平面）的关系：等高面等高面等压面等压面海平面海平面CCBBAA12/17/202212/17/202212/17/202212/17/2022-在实际工作中，常常把同一时刻不同测站在实际工作中，常常把同一
6、时刻不同测站的某一高空等压面的高度填在一张特制的空的某一高空等压面的高度填在一张特制的空白地图上，将高度相等的各点连成光滑的曲白地图上，将高度相等的各点连成光滑的曲线，这种图叫等压面图。线，这种图叫等压面图。q等压面图上的等高线的单位：等压面图上的等高线的单位：-不是几何高度（不是几何高度（M），而是），而是位势高度位势高度12/17/202212/17/2022q 位势高度位势高度-单位质量（单位质量（M）的物体从海的物体从海平面上升到高度（平面上升到高度（Z）时克服重力所作的功。时克服重力所作的功。单位：单位：位势米（能量单位）位势米（能量单位）q（位势米（位势米）=g z=9.8 Z（焦
7、耳焦耳/千克）千克）q 位势高度和几何高度的差异：位势高度和几何高度的差异：ABC几何高度几何高度克服重力作的功克服重力作的功位势米位势米3 m2 m1 m3 H2 H1 H=3 9.8 =2 9.8 =1 9.812/17/202212/17/2022二、气压场的基本类型二、气压场的基本类型n气压场气压场-气压的空间分布。气压的空间分布。n水平气压场水平气压场-气压在水平面上的分布。气压在水平面上的分布。n空间气压场空间气压场-气压在三度空间上的分布。气压在三度空间上的分布。n气压系统气压系统-气压场呈现各种不同的气压形势，这些气压场呈现各种不同的气压形势，这些不同的气压形势叫之。不同的气压
8、形势叫之。12/17/202212/17/20221、低气压（低压）、低气压（低压）2、高气压（高压）高气压（高压）3、低压槽、低压槽 4、高压脊、高压脊 5、鞍型气压场（鞍）、鞍型气压场（鞍）12/17/202212/17/202212/17/202212/17/202212/17/202212/17/2022三、气压系统的空间结构三、气压系统的空间结构1、温压场对称系统、温压场对称系统（1）暖性高压）暖性高压（2）冷性低压）冷性低压（3）暖性低压）暖性低压（4）冷性高压）冷性高压12/17/202212/17/202212/17/202212/17/202212/17/202212/17/
9、202212/17/202212/17/202212/17/202212/17/20222、温压场不对称系统、温压场不对称系统Back12/17/202212/17/2022 第三节第三节 大气的水平运动和垂直运动大气的水平运动和垂直运动一、作用于空气的力一、作用于空气的力1、气压梯度力（气压梯度力（G）气压梯度气压梯度-指垂直等压面方向的单位距离内气压的改变量。指垂直等压面方向的单位距离内气压的改变量。1007.51005.01002.51000.0hPaAB5赤道度赤道度2.5赤道度赤道度PPNN-12/17/202212/17/2022n单位：单位：hPa/赤道度赤道度n气压梯度的物理意
10、义气压梯度的物理意义表示了气压分布的不均匀程度；表示了气压分布的不均匀程度；表示了由于气压分布不均匀而作用于单位体积空表示了由于气压分布不均匀而作用于单位体积空气上的力。气上的力。气压梯度力气压梯度力-由于气压分布不均匀而作用在单位质量空气上由于气压分布不均匀而作用在单位质量空气上的力。的力。G=-1 P P N NG Z=-1 P P Z ZG n=-1 P P n n12/17/202212/17/2022n气压梯度力是使空气作水平运气压梯度力是使空气作水平运动的直接原因和原始动力。动的直接原因和原始动力。12/17/202212/17/2022SSWESENENWNE水平运动的偏转水平运
11、动的偏转12/17/202212/17/20222、地转偏向力（、地转偏向力（A）概念概念-由于地球转动而产生作用于空气运动的由于地球转动而产生作用于空气运动的惯性力。惯性力。12/17/202212/17/2022 A A的大小的大小n对单位质量的空气：对单位质量的空气：A=2VA=2Vsinsin n对质量的空气：对质量的空气：A=2mVA=2mVsinsin 特征特征n物体运动时才产生；物体运动时才产生；n垂直指向物体运动右方，北半球：垂直指向物体运动右方，北半球：南半球：南半球：n改变运动方向，不改变速度。改变运动方向，不改变速度。n与与成正比；赤道成正比；赤道 A=0A=012/17
12、/202212/17/20223、惯性离心力（惯性离心力（C）概念概念-物体在作曲线运动时所物体在作曲线运动时所产生的，由运动物体轨产生的，由运动物体轨迹的曲率中心沿曲率半迹的曲率中心沿曲率半径向外作用的力。径向外作用的力。n大小大小:C=V 2/r 特征特征n作曲线运动时才产生；作曲线运动时才产生；n与运动方向垂直，改变与运动方向垂直，改变方向，不改变速度；方向，不改变速度；OCAV12/17/202212/17/20224、摩擦力（摩擦力（R）概念概念n内摩擦力（速度不同、方向不同的两空气内摩擦力（速度不同、方向不同的两空气层）层）n外摩擦力（下垫面与贴近气层）外摩擦力（下垫面与贴近气层）
13、大小大小R=-K V 特征特征-改变速度和方向。改变速度和方向。n小结：小结：12/17/202212/17/2022二、自由大气中的空气水平运动二、自由大气中的空气水平运动1、地转风（、地转风（Vg）概念概念-在自由大气中，在自由大气中，G与与A相平衡时的空气水相平衡时的空气水平运动（风）。平运动（风）。形成过程形成过程n风压定律（白贝罗风压定律）风压定律（白贝罗风压定律）-风沿等压线吹，北半球背风而立，高压风沿等压线吹，北半球背风而立，高压在右，低压在左；南半球相反。在右，低压在左；南半球相反。12/17/202212/17/20222、梯度风、梯度风 概念概念-自由大气中，空气作曲线运动
14、时，自由大气中，空气作曲线运动时，A、G、C三力达到平衡时的风。三力达到平衡时的风。低压中的梯度风低压中的梯度风(Vt)高压中的梯度风（高压中的梯度风（Vat）12/17/202212/17/2022低低高高VcVgVacGACGACGA高压、低压中的梯度风与地转风的比较高压、低压中的梯度风与地转风的比较梯度风遵守白贝罗风压定律梯度风遵守白贝罗风压定律12/17/202212/17/20223、自由大气中风随高度的变化、自由大气中风随高度的变化-热成风热成风（VT）概念概念-由于水平温度分布不均匀所形成的风随高由于水平温度分布不均匀所形成的风随高度的变量（上下层风的向量差）。度的变量（上下层风
15、的向量差）。12/17/202212/17/2022VT=V上上-V下下h =（1+at at）8000p12/17/202212/17/2022 VT=V上上-V下下 V上上=VT+V下下 特点特点n其大小决定于水平温度梯度的大小。其大小决定于水平温度梯度的大小。n北半球，背热成风而立，高温在右，北半球，背热成风而立，高温在右，低温在左。南半球相反。低温在左。南半球相反。n思考：思考：北半球中纬度地区对流层上部盛行西北半球中纬度地区对流层上部盛行西风，为什么？风，为什么？12/17/202212/17/2022V上上=VT+V下下12/17/202212/17/2022V上上=VT+V下下1
16、2/17/202212/17/2022V上上=VT+V下下12/17/202212/17/2022V上上=VT+V下下12/17/202212/17/2022三、摩擦层中空气的水平运动三、摩擦层中空气的水平运动（1）摩擦风）摩擦风-当当G、A、R三力达到平衡时的风。三力达到平衡时的风。（2）摩擦力对风的影响摩擦力对风的影响 平直等压线气压场中平直等压线气压场中RAGVP0P1高高低低12/17/202212/17/2022白贝罗风压定律：白贝罗风压定律：-摩擦层中，北半球，背风而立，高压在摩擦层中，北半球，背风而立，高压在右后方，低压在左前方；南半球相反。右后方，低压在左前方；南半球相反。在弯
17、曲等压线气压场中在弯曲等压线气压场中低低高高12/17/202212/17/2022低低1005.01002.51000低压与气旋低压与气旋1005.01002.5.51000.0高高高压与反气旋高压与反气旋12/17/202212/17/2022 摩擦层中风随高度的变化摩擦层中风随高度的变化 风的日变化风的日变化n近地面层：午后风速大，夜间、清晨风速近地面层：午后风速大，夜间、清晨风速小。小。-50米米100米（分界线）米（分界线）-n摩擦层上层：午后风速小，夜间、清晨风摩擦层上层：午后风速小，夜间、清晨风速大。速大。n思考：这是为什么？思考：这是为什么？风的阵性风的阵性四、空气的垂直运动四
18、、空气的垂直运动Back12/17/202212/17/2022ACDB12/17/202212/17/2022 第四节第四节 大气环流大气环流 一、大气环流形成的主要因素一、大气环流形成的主要因素 二、大气环流平均状况二、大气环流平均状况 三、大气环流的变化三、大气环流的变化12/17/202212/17/2022n n大气环流大气环流-地球上各种规模和形式的空气运动综合情况。地球上各种规模和形式的空气运动综合情况。特特 征征 名名 称称水水 平平 距距 离离 时时 间间大尺度大尺度环环流流2000KM以上以上1周周中中间间尺度尺度环环流流200020023天天中尺度中尺度环环流流20021
19、天左右天左右小尺度小尺度环环流流2以下以下几小几小时时12/17/202212/17/2022一、大气环流形成的主要因素一、大气环流形成的主要因素1、太阳辐射、太阳辐射2、地球自转、地球自转3、地表性质、地表性质4、地面摩擦、地面摩擦12/17/202212/17/2022二、大气环流平均状况二、大气环流平均状况1、平均纬向环流（见图）、平均纬向环流（见图）2、平均水平环流、平均水平环流-槽和脊（见图）槽和脊（见图）表现为三槽三脊表现为三槽三脊-东亚大槽、北美大槽、欧洲浅槽（夏东亚大槽、北美大槽、欧洲浅槽（夏强、冬弱）强、冬弱）12/17/202212/17/20223、平均经圈环流、平均经圈
20、环流-在南北经济圈的垂直剖面上，由风速的平均南、北分量和垂直分量构成的平均环流圈。（1）单一的热力环流（2）三圈环流u低纬：直接热力环流圈（哈德莱环流圈）u中纬：间接热力环流圈（费雷尔环流圈）u高纬：直接热力环流圈12/17/202212/17/20223、急流、急流高空急流高空急流-风速风速30m/s30m/s的狭窄强风带。的狭窄强风带。（1 1）温带急流）温带急流（2 2）副热带急流）副热带急流（3 3）热带东风急流。）热带东风急流。n高空锋区（高空锋区高空锋区（高空锋区)l极锋区极锋区 冰洋气团冰洋气团/极地气团极地气团l副热带区副热带区 极地变性气团极地变性气团/热带气团热带气团Back12/17/202212/17/2022