農(nóng)林氣象學(xué)第四章

1、第第四四章章大氣的運(yùn)動大氣的運(yùn)動第一節(jié) 氣壓的變化 2. 2.單位單位： 長度單位長度單位：mmHg壓強(qiáng)單位壓強(qiáng)單位：毫巴（毫巴（mb）1毫巴毫巴=103達(dá)因達(dá)因cm2一、概念一、概念1.定義定義：單位面積上所受到的大氣壓力。單位面積上所受到的大氣壓力。 大小等于單位面積上所承受的大氣大小等于單位面積上所承受的大氣柱的重量。柱的重量。標(biāo)準(zhǔn)狀況下：標(biāo)準(zhǔn)狀況下：P。gh=13.596980.65761013.32mbmb34mm1二、氣壓隨高度的變化二、氣壓隨高度的變化(圖圖41) 國際單位國際單位：帕（帕（Pa）1Pa=1N/m21mb=1hPa=100Pa （一）靜力學(xué)方程（一）靜力學(xué)方程根據(jù)

2、氣壓的定義，根據(jù)氣壓的定義，P的大小等于氣柱的重量。的大小等于氣柱的重量。即：即：P=（Z2Z1）底面積底面積g-P=gZ-P表示氣壓隨高度增加而表示氣壓隨高度增加而降低。降低。 dP=gdZ gddzp 該該式為垂直氣壓梯度，或稱單位高度氣式為垂直氣壓梯度，或稱單位高度氣壓差。壓差。gdpdzh1氣壓階：單位氣壓高度差氣壓階：單位氣壓高度差。在垂直氣柱中，。在垂直氣柱中，改變單位氣壓（改變單位氣壓（1百帕）時(shí)所對應(yīng)的高度差，百帕）時(shí)所對應(yīng)的高度差，即即： )1 (8000tph式中，式中，為常數(shù)（為常數(shù)（1/273），），t為氣層的溫度為氣層的溫度（）。2121ppzzgdzdp即：即：21

3、12lg)1 (18400pptzz（二）壓高公式及其應(yīng)用（二）壓高公式及其應(yīng)用 設(shè)P1和P2為Z1和Z2高度上的氣壓，則:主要應(yīng)用主要應(yīng)用： 1）根據(jù)不同高度上兩點(diǎn)的氣壓值和氣柱的平）根據(jù)不同高度上兩點(diǎn)的氣壓值和氣柱的平均溫度，求出兩點(diǎn)的高度差（氣壓測高法）均溫度，求出兩點(diǎn)的高度差（氣壓測高法）。三、氣壓隨時(shí)間的變化三、氣壓隨時(shí)間的變化 1. 1.日變化日變化特點(diǎn)特點(diǎn)：一天中：一天中,有一個(gè)最高值，一個(gè)次高值，有一個(gè)最高值，一個(gè)次高值，一個(gè)最低值，一個(gè)次低值一個(gè)最低值，一個(gè)次低值（圖（圖43）。2）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)大氣中氣壓與高度間的換算。）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)大氣中氣壓與高度間的換算。2.2.年變化年變化 在

4、大陸上，冬季氣壓最高，夏季氣壓最低，在大陸上，冬季氣壓最高，夏季氣壓最低，氣壓年較差大氣壓年較差大（圖（圖44）。 大氣質(zhì)量重新分布的原因：1. 冷暖空氣的水平移動冷暖空氣的水平移動（圖（圖45）。2.水平氣流的輻合與輻散水平氣流的輻合與輻散（圖（圖45）。3.空氣的垂直運(yùn)動空氣的垂直運(yùn)動（圖（圖46）。 四、四、 氣壓的水平分布?xì)鈮旱乃椒植迹ㄒ唬┑葔好婧偷葔壕€（一）等壓面和等壓線（二）氣壓系統(tǒng)（二）氣壓系統(tǒng)（圖（圖47，圖，圖48） 1.低氣壓（低壓）低氣壓（低壓）空間等壓面向下凹陷，形如盆地空間等壓面向下凹陷，形如盆地。 2.高氣壓（高壓）高氣壓（高壓）空間等壓面呈上凸形狀，類似山丘?？?/p>

5、間等壓面呈上凸形狀，類似山丘。 3.低壓槽（槽低壓槽（槽）4.高壓脊（脊高壓脊（脊） 圖圖47氣壓場的幾種基本形式氣壓場的幾種基本形式5.鞍形氣壓場（簡稱鞍）鞍形氣壓場（簡稱鞍） 兩個(gè)高壓與兩個(gè)低壓相兩個(gè)高壓與兩個(gè)低壓相對組成的中間區(qū)城。其附近空間等壓面形如馬對組成的中間區(qū)城。其附近空間等壓面形如馬鞍。鞍。 圖圖48高空等壓線形式高空等壓線形式第二節(jié)第二節(jié) 空氣的水平運(yùn)動空氣的水平運(yùn)動 npG1 一、作用于空氣的力一、作用于空氣的力 （）水平氣壓梯度力（）水平氣壓梯度力 （G） 作用在單位作用在單位質(zhì)量空氣上的力質(zhì)量空氣上的力。即：即： 若若-P/n=1hpa赤道度，赤道度，則則G00007N

6、kg。 （二）地轉(zhuǎn)偏向力（二）地轉(zhuǎn)偏向力 （A A）（圖（圖4 49 9）1.大小大小: A 2Vsin 為地球自轉(zhuǎn)角速度為地球自轉(zhuǎn)角速度,為緯度；為緯度；V為風(fēng)速為風(fēng)速。2.性質(zhì)性質(zhì)圖圖49地轉(zhuǎn)偏向力示意圖地轉(zhuǎn)偏向力示意圖方向總是與空氣運(yùn)動的路徑成直角方向總是與空氣運(yùn)動的路徑成直角 1）A只是物體相對于地面有運(yùn)動時(shí)才產(chǎn)生只是物體相對于地面有運(yùn)動時(shí)才產(chǎn)生。（三）慣性離心力（三）慣性離心力 (C) 慣性離心力的方向與向心力慣性離心力的方向與向心力的方向相反，同運(yùn)動方向垂直的方向相反，同運(yùn)動方向垂直（圖（圖410）。 Cv2/r2）在北半球，）在北半球，A垂直指向物體運(yùn)動方向的右方垂直指向物體運(yùn)動

7、方向的右方，南半球南半球相反相反。 3）A是一個(gè)虛設(shè)的力，只改變運(yùn)動方向，不改變運(yùn)動速是一個(gè)虛設(shè)的力，只改變運(yùn)動方向，不改變運(yùn)動速度。度。 4）A的大小與風(fēng)速和緯度的正弦成正比。的大小與風(fēng)速和緯度的正弦成正比。圖圖410慣性離心力慣性離心力（四）摩擦力（四）摩擦力(R) R=-kVk為摩擦系數(shù)，為摩擦系數(shù)，V為風(fēng)速。為風(fēng)速。內(nèi)摩擦力與外摩擦力的和，稱為總摩擦力內(nèi)摩擦力與外摩擦力的和，稱為總摩擦力。摩擦力在近地面層（地面至摩擦力在近地面層（地面至3050m）最為顯著，）最為顯著，到到12km以上，可以忽略不計(jì)，所以此高度以下稱摩以上，可以忽略不計(jì)，所以此高度以下稱摩擦層，以上稱為擦層，以上稱為自

8、由大氣。自由大氣。二、自由大氣中的空氣運(yùn)動二、自由大氣中的空氣運(yùn)動 （）地轉(zhuǎn)風(fēng)（）地轉(zhuǎn)風(fēng)1.定義定義 氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力達(dá)到平衡時(shí)氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力達(dá)到平衡時(shí)的風(fēng)。的風(fēng)。sin21vnp2.形成形成（圖（圖411）3.方向方向 在北半球，風(fēng)平行于等壓線吹，背在北半球，風(fēng)平行于等壓線吹，背風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。這種關(guān)系稱為風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。這種關(guān)系稱為風(fēng)壓定律。風(fēng)壓定律。 4.大小大小 npsin21V=V=圖圖411地轉(zhuǎn)風(fēng)形成地轉(zhuǎn)風(fēng)形成（二）梯度風(fēng)二）梯度風(fēng)1.定義定義 在圓形氣壓場在圓形氣壓場中中，當(dāng)氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏當(dāng)氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力三個(gè)力達(dá)到平衡

9、時(shí)，空氣沿曲線等向力、慣性離心力三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)，空氣沿曲線等壓線的無摩擦水平等速運(yùn)動壓線的無摩擦水平等速運(yùn)動。 3.方向方向 在北半球，梯度風(fēng)沿等壓線吹，背風(fēng)而立，在北半球，梯度風(fēng)沿等壓線吹，背風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。高壓在右，低壓在左。2.形成形成（圖（圖412）4.大小大小在低氣壓中，在低氣壓中，GAC，在高氣壓中，在高氣壓中，GCA。圖圖412高低壓中的梯度風(fēng)高低壓中的梯度風(fēng)令令Va、Vc分別表示示高、低壓中的梯度風(fēng)。分別表示示高、低壓中的梯度風(fēng)。sin212aavrvnp則 rnprrva2sinsinrvvnpcc2sin21則 rnprrvc2sinsin四、摩擦層中四、摩擦

10、層中的風(fēng)的風(fēng) （一）摩擦力對風(fēng)向的影響（一）摩擦力對風(fēng)向的影響 在北半球，背風(fēng)而立，高壓在右后方，低壓在左前方在北半球，背風(fēng)而立，高壓在右后方，低壓在左前方（圖（圖413，圖，圖414）。（二）摩擦層中風(fēng)隨高度的變化（二）摩擦層中風(fēng)隨高度的變化隨高度增高，風(fēng)速增隨高度增高，風(fēng)速增大，風(fēng)向右偏大，風(fēng)向右偏（圖（圖415）。 （三）風(fēng)的日變化（三）風(fēng)的日變化風(fēng)速：午后最大，夜間和清晨較小風(fēng)速：午后最大，夜間和清晨較?。ㄋ模╋L(fēng)的陣性四）風(fēng)的陣性 風(fēng)向風(fēng)速變化不定的現(xiàn)象，稱為風(fēng)風(fēng)向風(fēng)速變化不定的現(xiàn)象，稱為風(fēng)的陣性的陣性 . 圖圖413摩擦層中的風(fēng)摩擦層中的風(fēng)圖圖414高低壓中的摩擦風(fēng)高低壓中的摩擦風(fēng)圖

11、圖415摩擦層中風(fēng)隨高度的變化摩擦層中風(fēng)隨高度的變化第四節(jié)第四節(jié)大氣環(huán)流大氣環(huán)流一一、平均經(jīng)圈環(huán)流、平均經(jīng)圈環(huán)流（圖圖416） 二、平均緯向環(huán)流二、平均緯向環(huán)流 緯向風(fēng)帶：緯向風(fēng)帶：極地東風(fēng)帶、中緯度西風(fēng)帶和極地東風(fēng)帶、中緯度西風(fēng)帶和低緯度東風(fēng)帶（又稱信風(fēng)帶）。低緯度東風(fēng)帶（又稱信風(fēng)帶）。氣壓帶：氣壓帶：極地高壓帶、副極地低壓帶、副極地高壓帶、副極地低壓帶、副熱帶高壓帶和赤道低壓帶。熱帶高壓帶和赤道低壓帶。圖圖416平均經(jīng)圈環(huán)流模式平均經(jīng)圈環(huán)流模式 在單一氣壓帶、風(fēng)帶控制下，常形成單一的氣候及景觀，在單一氣壓帶、風(fēng)帶控制下，常形成單一的氣候及景觀，而受不同而受不同氣壓帶和風(fēng)帶氣壓帶和風(fēng)帶交替控

12、制的地區(qū)，常形成一年中干濕隨交替控制的地區(qū)，常形成一年中干濕隨季節(jié)有明顯變化的氣候及景觀。例如，季節(jié)有明顯變化的氣候及景觀。例如，撒哈拉、阿拉伯及澳大撒哈拉、阿拉伯及澳大利亞中西部利亞中西部等地區(qū)高溫干燥的熱帶沙漠氣候的形成，主要是由等地區(qū)高溫干燥的熱帶沙漠氣候的形成，主要是由于這些地區(qū)同處在副熱帶及信風(fēng)帶大陸中心和大陸西岸，受副于這些地區(qū)同處在副熱帶及信風(fēng)帶大陸中心和大陸西岸，受副熱帶高壓及信風(fēng)的控制和影響而形成的，呈現(xiàn)沙漠景觀。而受熱帶高壓及信風(fēng)的控制和影響而形成的，呈現(xiàn)沙漠景觀。而受副熱帶高壓和西風(fēng)交替控制的副熱帶高壓和西風(fēng)交替控制的地中海沿岸、美國加利福尼亞州地中海沿岸、美國加利福尼亞

13、州沿岸、南非、澳大利亞南端沿岸、南非、澳大利亞南端等地，形成了世界上著名的副熱帶等地，形成了世界上著名的副熱帶夏干氣候（地中海氣候夏干氣候（地中海氣候） 第五節(jié)第五節(jié) 季風(fēng)和地方性風(fēng)季風(fēng)和地方性風(fēng) （二）季風(fēng)指數(shù)（二）季風(fēng)指數(shù) 1.盛行風(fēng)向的季節(jié)性變化盛行風(fēng)向的季節(jié)性變化12002.1月、月、7月盛行風(fēng)向的頻率月盛行風(fēng)向的頻率40%3.1月、月、7月平均風(fēng)速月平均風(fēng)速3.0m/s。 （三）成因（三）成因主要是由于海陸之間的熱力差異引起的。主要是由于海陸之間的熱力差異引起的。 （四）種類（四）種類 一、一、 季風(fēng)季風(fēng)（一）定義（一）定義 大范圍地區(qū)盛行風(fēng)向隨季節(jié)而改大范圍地區(qū)盛行風(fēng)向隨季節(jié)而改變

14、的現(xiàn)象變的現(xiàn)象。1東亞季風(fēng)東亞季風(fēng) 基本特征基本特征：對流層下部冬季盛行偏北風(fēng)，：對流層下部冬季盛行偏北風(fēng)，寒冷干燥，降水稀少；夏季盛行偏南風(fēng)，炎寒冷干燥，降水稀少；夏季盛行偏南風(fēng)，炎熱濕潤，降水豐沛。熱濕潤，降水豐沛。 2南亞季風(fēng)南亞季風(fēng) 南亞季風(fēng)南亞季風(fēng)也叫做印度季風(fēng)。也叫做印度季風(fēng)。形成的主要原因是行星風(fēng)帶的季節(jié)性移動。形成的主要原因是行星風(fēng)帶的季節(jié)性移動。 山谷風(fēng)對山地氣候的影響山谷風(fēng)對山地氣候的影響 3 3焚風(fēng)焚風(fēng)（1 1）概念）概念 氣流越過高大山脈時(shí)，在山的氣流越過高大山脈時(shí)，在山的背風(fēng)坡下沉絕熱增溫，形成炎熱而干燥的風(fēng)背風(fēng)坡下沉絕熱增溫，形成炎熱而干燥的風(fēng). .（2 2）對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響）對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響 初春的焚風(fēng)可促使積初春的焚風(fēng)可促使積雪融化，有利于灌溉；夏末的焚風(fēng)有利于糧食和水果雪融化，有利于灌溉；夏末的焚風(fēng)有利于糧食和水果成熟。但強(qiáng)大持久的焚風(fēng)則使植物遭受干害和引起森成熟。但強(qiáng)大持久的焚風(fēng)則使植物遭受干害和引起森林火災(zāi)。林火災(zāi)。白天為谷風(fēng)，夜間為山風(fēng)，統(tǒng)稱山谷風(fēng)。白天為谷風(fēng)，夜間為山風(fēng)，統(tǒng)稱山谷風(fēng)。作業(yè)作業(yè)：1.測得山腳出的氣壓為測得山腳出的氣壓為1000hPa，氣溫為氣溫為10，同時(shí)測，同時(shí)測得山頂處的氣壓為得山頂處的氣壓為700hPa，氣溫為氣溫為0，求山高。，求山高。2.一團(tuán)未飽和空氣，溫度為一團(tuán)未飽和空氣，溫度為25，相對濕度