第6章風(fēng)-大氣的水平運(yùn)動(dòng)

第六章風(fēng)（Wind）

－大氣的水平運(yùn)動(dòng)授課人：李杰1

一、風(fēng)的表示和測(cè)量1．風(fēng)的表示：風(fēng)向：風(fēng)的來向（360°或16個(gè)方位表示）風(fēng)速單位：米/秒(m/s)，千米/小時(shí)(km/h)和海里小時(shí)(nauticalmile/h)也稱為節(jié)(Knot)。它們之間的換算關(guān)系為：1m/s＝3.6km/h＝1.944kn；1km/h＝0.278m/s；1Kn＝0.514m/s＝1.852km/h。22．風(fēng)的測(cè)量儀器探測(cè):風(fēng)向風(fēng)速計(jì)、測(cè)風(fēng)氣球目力估計(jì):風(fēng)力等級(jí)表、風(fēng)袋測(cè)量方法主要有儀器探測(cè)和目視估計(jì)兩大類常用儀器有風(fēng)向風(fēng)速儀、測(cè)風(fēng)氣球、風(fēng)袋(windsock)、多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)等，風(fēng)向風(fēng)速儀:是測(cè)量近地面風(fēng)常用的儀器。風(fēng)袋:為了便于飛行員觀測(cè)跑道區(qū)的風(fēng)向風(fēng)速，可在跑道旁設(shè)置風(fēng)袋，風(fēng)袋飄動(dòng)的方向可指示風(fēng)向，風(fēng)袋飄起的角度可指示風(fēng)速(P50)。測(cè)風(fēng)氣球:高空風(fēng)可用測(cè)風(fēng)氣球進(jìn)行探測(cè)，多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá):在一些大型機(jī)場(chǎng)用來探測(cè)機(jī)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)一定高度風(fēng)的分布情況，對(duì)飛機(jī)起降有很大幫助.3風(fēng)的目視估計(jì)主要是按風(fēng)力等級(jí)表進(jìn)行的。4怎樣讀天氣圖上的風(fēng)？圖中風(fēng)向桿上每一條短劃線代表5Knot，每一條長劃線代表10Knot，將風(fēng)向標(biāo)上所有劃線的值加起來就是風(fēng)速值的大小。右圖給出了風(fēng)向標(biāo)上每種符號(hào)所代表的值的大小。在這里風(fēng)速的單位為Knot（哩/小時(shí)），其換算關(guān)系為：

1Knot=1.15英里/小時(shí)

1Knot=1.9公里/小時(shí)5第二節(jié)地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)1.水平氣壓梯度力。空氣運(yùn)動(dòng)原動(dòng)力2.水平地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧利力）高緯空氣運(yùn)動(dòng)影響3.慣性離心力曲線運(yùn)動(dòng)4.摩擦力：摩擦層中6一、形成風(fēng)的幾個(gè)力1.水平氣壓梯度力（G

HorizontalPressure-gradientForce）大小：與水平氣壓梯度成正比方向：與水平氣壓梯度一致等壓線越密，氣壓梯度力越大；形成風(fēng)的原動(dòng)力2.地轉(zhuǎn)偏向力（A

DeflectionForceofEarthRotation）

大小：A=2Vωsinφ方向：垂直與物體的運(yùn)動(dòng)方向，在北半球指向右使運(yùn)動(dòng)方向偏右，在赤道為073.慣性離心力（C

IntertialCentrifugalForce）大?。篊=mV2/r方向：與V垂直，由曲率中心指向外緣。一般較小，小于地轉(zhuǎn)偏向力4.摩擦力（F）大?。篎=-KV方向：與V相反8二、幾種力平衡情況下的風(fēng)水平氣壓梯度力（G）=地轉(zhuǎn)偏向力（A）

地轉(zhuǎn)風(fēng)(Geostrophicwind)9地轉(zhuǎn)風(fēng)平行于等壓線吹，在北半球觀察者背風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。而在南半球，觀察者背風(fēng)而立，高壓在左，低壓在右。這就是地轉(zhuǎn)風(fēng)方向與水平氣壓場(chǎng)之間的關(guān)系，即白貝羅(BuysBullot)風(fēng)壓定律。(P51)地轉(zhuǎn)風(fēng)的風(fēng)速大小取決于水平氣壓梯度、空氣密度及地轉(zhuǎn)參數(shù)。若在同一地理緯度上，并空氣密度一樣時(shí)，水平面上的等壓線越密集，地轉(zhuǎn)風(fēng)速就越大；若在同一地理緯度，并各高度上水平氣壓梯度相同時(shí)，由于密度的影響、地轉(zhuǎn)風(fēng)將會(huì)隨高度的增高而加大。當(dāng)水平氣壓梯度和密度不變時(shí)，緯度越高，地轉(zhuǎn)風(fēng)速越小。在赤道附近，由于地轉(zhuǎn)偏向力很小，所以不存在產(chǎn)生地轉(zhuǎn)風(fēng)的條件。10風(fēng)壓定理的應(yīng)用注意52頁

1.根據(jù)氣壓場(chǎng)確定風(fēng)場(chǎng)根據(jù)摩擦層中的風(fēng)壓定理?？梢耘袛鄨D中任一地方的風(fēng)向和風(fēng)速的相對(duì)大小，如A點(diǎn)處吹SSW風(fēng)，與B點(diǎn)相比,風(fēng)速相對(duì)較小。

2.根據(jù)風(fēng)場(chǎng)確定氣壓場(chǎng)根據(jù)飛行時(shí)遇到的風(fēng)的情況，可判斷高、低壓位置113.航線上風(fēng)的判定

從圖中根據(jù)自由大氣中的風(fēng)壓定理、可判斷航線上風(fēng)的情況，如AB航段上基本為順風(fēng)飛行。12水平氣壓梯度力（G）＋地轉(zhuǎn)偏向力（A）＋慣性離心力（C）＝0

梯度風(fēng)(Gradientwind)13梯度風(fēng)的大小與水平氣壓梯度、地理緯度、空氣密度及空氣運(yùn)動(dòng)的曲率半徑有關(guān)。并具有以下“特點(diǎn)：1方向．在北半球，地轉(zhuǎn)偏向力總是指向空氣運(yùn)動(dòng)方向的右方。低壓中的風(fēng)是沿等壓線逆時(shí)針方向吹。

高壓中的風(fēng)是沿等壓線順時(shí)針方向吹。南半球相反。2大小．當(dāng)氣壓梯度力和地理緯度一定，并高低壓具有同樣的曲率半徑時(shí)，高壓中的梯度風(fēng)比低壓中的梯度風(fēng)速大，同樣緯度和氣壓梯度力的條件下的地轉(zhuǎn)風(fēng)速介于兩者之間。3．在高壓中水平氣壓梯度有一極限值。這說明高壓附近附近不可能出現(xiàn)大的氣壓梯度，也就是說高壓中心附近風(fēng)速必是很小。而在低壓中并不存在水平氣壓梯度的極限值，所以在低壓中心附近風(fēng)速可以達(dá)到很大。另外，在赤道地區(qū)，水平地轉(zhuǎn)偏向力很小，可出現(xiàn)小范圍的旋渦，因曲率半徑很小，故慣性離心力可以很大，若不計(jì)水平地轉(zhuǎn)偏向力的作用，水平氣壓梯度力和慣性離心力可達(dá)平衡，這時(shí)的風(fēng)稱為旋衡風(fēng)，可以順轉(zhuǎn)也可以逆轉(zhuǎn)，但中心必須是低壓，例如龍卷風(fēng)就具有這種性質(zhì)。14三.自由大氣中風(fēng)隨高度的變化熱成風(fēng)(ThermalWind)：由于水平溫度梯度而引起的上下氣層風(fēng)的變化規(guī)則與地轉(zhuǎn)風(fēng)規(guī)則相似：熱成風(fēng)與平均溫度線(或等厚度線)平行，背熱成風(fēng)而立，高溫在右，低溫在左。熱成風(fēng)大小與平均溫度梯度和氣層厚度成正比，而與地轉(zhuǎn)參數(shù)和氣層的平均絕對(duì)溫度成反比。根據(jù)熱成風(fēng)原理，在北半球上空應(yīng)吹偏西風(fēng)，高度越高，風(fēng)速越大。上升到一定高度后，就可能形成西風(fēng)急流。

15?

地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流16第三節(jié)摩擦層中的風(fēng)摩擦力對(duì)空氣水平運(yùn)動(dòng)的影響17風(fēng)與氣壓場(chǎng)的關(guān)系背風(fēng)而立，高壓在右后方，低壓在左后方風(fēng)向與等壓線的交角：地表性質(zhì)，湍流交換強(qiáng)度，風(fēng)速，緯度等有關(guān)低壓是反時(shí)針輻合高壓是順時(shí)針輻散182.摩擦層中風(fēng)隨高度的變化在北半球，隨高度增加，風(fēng)速增大，風(fēng)向右偏。南半球風(fēng)向變化相反。193.摩擦層中風(fēng)的日變化白天下層風(fēng)速增大，風(fēng)向向右偏轉(zhuǎn)，

上層風(fēng)的變化則相反。晚上下層風(fēng)速減小、風(fēng)向向左偏轉(zhuǎn)，

上層風(fēng)速增大，風(fēng)向右偏。晴天>陰天夏季>冬季陸上>海洋204.摩擦層中風(fēng)的陣性亂流渦旋隨大范圍基本氣流一起運(yùn)動(dòng)引起，局地風(fēng)向不斷改變，風(fēng)速時(shí)大時(shí)小的現(xiàn)象。近地面風(fēng)速越大、地表越粗糙，地表性質(zhì)差異越大。在近地面風(fēng)的陣性就越強(qiáng)。最頻繁，最顯著，隨高度增加，減弱。一日之中，風(fēng)的陣性午后最明顯；一年之中，夏季最明顯。2122風(fēng)的概括氣壓梯度力：空氣運(yùn)動(dòng)原動(dòng)力地轉(zhuǎn)偏向力：高緯空氣運(yùn)動(dòng)影響慣性離心力：曲線運(yùn)動(dòng)摩擦力：摩擦層中23第四節(jié)地方性風(fēng)1.海陸風(fēng)白天，陸地氣溫高于海面，低層空氣將從海上吹向陸地，形成海風(fēng)(SeaBreeze)晚上的情形與此相反，形成陸風(fēng)(LandBreeze)242.山谷風(fēng)白天，山坡氣溫高于山谷上同高度氣溫，低層風(fēng)從谷地吹向山坡，形成谷風(fēng)(Valleywind)。晚上則形成山風(fēng)(mountainwind)。253.峽谷風(fēng)風(fēng)沿峽谷吹時(shí)風(fēng)速增大在我國的臺(tái)灣海峽、松遼平原等地，兩側(cè)都有山嶺，地形像喇叭管。當(dāng)氣流直灌管口時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)大風(fēng).264.焚風(fēng)氣流過山后沿著背風(fēng)坡向下吹的熱而干的風(fēng)，叫做焚風(fēng)。當(dāng)氣流越過山脈時(shí)，在迎風(fēng)坡上氣溫按濕絕熱直減率降低，并有大量水分降落。過山后沿背風(fēng)坡下降，通常按干絕熱直減率增溫，所以到達(dá)背風(fēng)坡山腳時(shí)，空氣溫度比在山前時(shí)高，濕度比在山前時(shí)小。

焚風(fēng)成因示意圖：(a)無焚風(fēng)，(b)有焚風(fēng)(圖片來源：Ahrens，p.262，F(xiàn)ig.10.29)2728四、風(fēng)對(duì)飛行的影響（一）風(fēng)對(duì)飛機(jī)起飛著陸的影響飛機(jī)起降時(shí)所能承受的最大風(fēng)速，取決于機(jī)型和風(fēng)與跑道的夾角逆風(fēng)起降時(shí)所能承受的風(fēng)速最大，正側(cè)風(fēng)起降時(shí)所能承受的風(fēng)速最小。29二）風(fēng)對(duì)飛機(jī)航行的影響順風(fēng)飛行會(huì)增大地速、縮短飛行時(shí)間、減少燃油消耗、增加航程；逆風(fēng)飛行會(huì)減小地速、增加飛行時(shí)間、縮短航程；側(cè)風(fēng)會(huì)產(chǎn)生偏流。為了增大活動(dòng)半徑，節(jié)省燃料，在往返途中應(yīng)盡量選擇有順風(fēng)或順側(cè)風(fēng)的高度飛行，這對(duì)低速飛機(jī)尤為重要。

3031小結(jié)：風(fēng)對(duì)飛行的影響

（一）風(fēng)對(duì)飛機(jī)起飛著陸的影響飛機(jī)起降時(shí)所能承受的最大風(fēng)速，取決于機(jī)型和風(fēng)與跑道的夾角逆風(fēng)起降時(shí)所能承受的風(fēng)速最大，正側(cè)風(fēng)起降時(shí)所能承受的風(fēng)速最小。

（二）風(fēng)對(duì)飛機(jī)航行的影響順風(fēng)飛行會(huì)增大地速、縮短飛行時(shí)間、減少燃油消耗、增加航程；逆風(fēng)飛行會(huì)減小地速、增加飛行時(shí)間、縮短航程；側(cè)風(fēng)會(huì)產(chǎn)生偏流。為了增大活動(dòng)半徑，節(jié)省燃料，在往返途中應(yīng)盡量選擇有順風(fēng)或順側(cè)風(fēng)的高度飛行，這對(duì)低速飛機(jī)尤為重要。

322.風(fēng)對(duì)飛行航程的影響只要有風(fēng)，其活動(dòng)半徑總比無風(fēng)時(shí)小，而且當(dāng)風(fēng)向與航線平行時(shí)，飛機(jī)的活動(dòng)半徑最小，因?yàn)轱w機(jī)飛過同樣路徑時(shí)，順風(fēng)飛行時(shí)間短，而逆風(fēng)飛行時(shí)間長，在順風(fēng)飛行中節(jié)省的燃料，不足以彌補(bǔ)逆風(fēng)飛行時(shí)多消耗的燃料。當(dāng)風(fēng)向角和空速不變時(shí)，風(fēng)速增大，飛機(jī)活動(dòng)半徑減小；反之，風(fēng)速減小，活動(dòng)半徑增大。當(dāng)風(fēng)向角和風(fēng)速不變時(shí)，空速增大，活動(dòng)半徑增大，而且風(fēng)速對(duì)不同空速的飛機(jī)的影響是不同的，高速飛行時(shí)受風(fēng)的影響相對(duì)較小。在實(shí)際飛行中，為了增大活動(dòng)半徑，節(jié)省燃料，在往返途中應(yīng)盡量選擇有順風(fēng)或順側(cè)風(fēng)的高度飛行，這對(duì)低速飛機(jī)尤為重要。333.最短時(shí)間航線的選擇

沿最短時(shí)間航線可以節(jié)省的時(shí)間與飛行速度有關(guān)。空速小，時(shí)間節(jié)省得多一些。據(jù)計(jì)算，兩點(diǎn)之間大圓(通過地球球心的圓)上的距離為6000km情況下，以空速370km/h沿最短時(shí)間航線飛行的平均續(xù)航時(shí)間是17小時(shí)48分，而沿大圓上的航線飛行的平均續(xù)航時(shí)間是20小時(shí)20分，前者比后者約縮短2小時(shí)30分，占沿大圓上的航線飛行時(shí)間的12％左右。對(duì)大速度飛機(jī)(800一1000km/h)來說，可節(jié)省的飛行時(shí)間較少，一般僅占沿大圓航線飛行時(shí)間的3％－5％，根據(jù)具體氣象條件選擇最佳航線，能節(jié)省燃料，縮短續(xù)航時(shí)間和更好地利用飛機(jī)飛行技術(shù)數(shù)據(jù)。34

在遠(yuǎn)程飛行，尤其是越洋航線飛行中，為了縮短飛行時(shí)間，節(jié)省燃料，要求選擇最佳航線，即選擇飛行時(shí)間最短的航線。在飛行速度一定的情況下，要把兩點(diǎn)間的飛行時(shí)間縮短至最小，唯—的途徑，是充分利用風(fēng)的有利影響，增大地速。選擇最佳航線的方法就是考慮風(fēng)對(duì)航行的影響而求取應(yīng)飛的航線35練習(xí)3031．氣象上的風(fēng)向是指A．風(fēng)的去向；B．風(fēng)的來向；C．氣壓梯度力的方向3032．機(jī)場(chǎng)上常用風(fēng)向袋來估計(jì)風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)向袋吹平時(shí)，風(fēng)速已達(dá)A．5～6米／秒；B．6～10米／秒；C．10～12米／秒3033．機(jī)場(chǎng)上吹東風(fēng)時(shí)，飛機(jī)起飛著陸的最好方向應(yīng)是A．由西向東；B．由東向西；C．由北向南3035．空氣在運(yùn)動(dòng)時(shí)，是什么力阻止了空氣直接從高壓區(qū)流向低壓區(qū)A．水平氣壓梯度力；B．地轉(zhuǎn)偏向力；C．地面摩擦力3036．在赤道地區(qū)1000米高空，作水平直線運(yùn)動(dòng)的空氣質(zhì)點(diǎn)所受的水平作用力主要有A．水平氣壓梯度力和慣性離心力；B．水平氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力；C．水平氣壓梯度力和摩擦力36西北風(fēng)可表示為：A135°或ＳＥB300°或ＮＷC315°或ＮＷD340°或ＷＮ

海上風(fēng)與陸地風(fēng)相比，主要區(qū)別是：

A海上風(fēng)速大，風(fēng)向與等壓線交角大

B陸地上風(fēng)速大，風(fēng)向與等壓線交角小

C陸地上風(fēng)速大，風(fēng)向與等壓線交角大

D海上風(fēng)速大，風(fēng)向與等壓線交角小

在北半球9000米高度，由低壓區(qū)飛向高壓區(qū)，則航線上吹：A右側(cè)風(fēng)

B左側(cè)風(fēng) C逆風(fēng) D順風(fēng) A

在北半球自由大氣中，如果航線是左側(cè)風(fēng)，則高壓區(qū)在航線的：

A右側(cè)B左側(cè) C后方

D前方 C37地面風(fēng)的陣性表現(xiàn)較明顯的時(shí)間和季節(jié)分別是：A早晨，冬季B早晨，夏季C午后，冬季D午后，夏季

地面風(fēng)的陣性表現(xiàn)較明顯的地區(qū)特點(diǎn)是：A地表粗糙，性質(zhì)差異大

B地表平坦，性質(zhì)差異小C地表粗糙，性質(zhì)差異小D地表平坦，性質(zhì)差異大

海風(fēng)和山風(fēng)分別出現(xiàn)在：

A白天，晚上

B晚上，白天C白天，白天D晚上，晚上

自由大氣中風(fēng)隨高度變化的主要原因是：

A氣溫的水平差異

B氣溫隨高度的變化

C氣壓的水平差異 D氣壓隨高度的變化

對(duì)流層自由大氣中，高度增加，風(fēng)的一般變化規(guī)律是：A風(fēng)向趨近于東風(fēng)，風(fēng)速增大B風(fēng)向趨近于西風(fēng)，風(fēng)速減小C風(fēng)向趨近于東風(fēng)，風(fēng)速減小D風(fēng)向趨近于西風(fēng)，風(fēng)速增大38“感覺溫度”，空氣流動(dòng)（風(fēng)），空氣濕度對(duì)感覺溫度的影響。如果濕度大、風(fēng)速小，感覺溫度就會(huì)大大高于實(shí)際氣溫。在夏季，當(dāng)氣溫在35℃以上時(shí)，如果濕度在70％以上，風(fēng)力在1級(jí)以下，就一定要做好防暑降溫工作，避免中暑現(xiàn)象的發(fā)生。冬春季節(jié)，溫度即使在5℃以上，但有3級(jí)以上的偏北風(fēng)，外出時(shí)就必須注意保暖，以防直接引起包括感冒在內(nèi)的上呼吸道疾病。39風(fēng)在感覺溫度中的作用主要有兩點(diǎn)：一是增強(qiáng)人體的對(duì)流換熱，二是加快空氣蒸發(fā)，從而影響人體排汗的散熱效率。這兩點(diǎn)影響又由于氣溫高于或低于皮膚溫度，而有所不同。當(dāng)氣溫高于皮膚溫度時(shí)，風(fēng)的作用一方面由于對(duì)流換熱而施熱于人體，另一方面卻增強(qiáng)了蒸發(fā)，提高了人體散熱效率，所以在夏季，當(dāng)有熱風(fēng)吹來時(shí)，人體感到干熱的同時(shí)，也有一種清爽的感覺。反之，當(dāng)冬季氣溫低于皮膚溫度時(shí)，風(fēng)的作用使對(duì)流換熱加快，散熱效率也提高，所以同是零度氣溫，有風(fēng)時(shí)人會(huì)感到很冷（感覺溫度較低），無風(fēng)時(shí)則不是太冷（感覺溫度較高）。濕度對(duì)感覺溫度的影響，主要是它決定著排汗的散熱效率。在舒適溫度以下時(shí)，濕度的影響不是太明顯，但在氣溫偏高時(shí)，隨著溫度的升高，濕度的影響越來越大。例如，當(dāng)氣溫為26℃、空氣相對(duì)濕度為90％時(shí)，人體的感覺溫度就