第6章風-大氣的水平運動

第六章風（Wind）

－大氣的水平運動授課人：李杰1

一、風的表示和測量1．風的表示：風向：風的來向（360°或16個方位表示）風速單位：米/秒(m/s)，千米/小時(km/h)和海里小時(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．風的測量儀器探測:風向風速計、測風氣球目力估計:風力等級表、風袋測量方法主要有儀器探測和目視估計兩大類常用儀器有風向風速儀、測風氣球、風袋(windsock)、多普勒測風雷達等，風向風速儀:是測量近地面風常用的儀器。風袋:為了便于飛行員觀測跑道區(qū)的風向風速，可在跑道旁設(shè)置風袋，風袋飄動的方向可指示風向，風袋飄起的角度可指示風速(P50)。測風氣球:高空風可用測風氣球進行探測，多普勒測風雷達:在一些大型機場用來探測機場區(qū)域內(nèi)一定高度風的分布情況，對飛機起降有很大幫助.3風的目視估計主要是按風力等級表進行的。4怎樣讀天氣圖上的風？圖中風向桿上每一條短劃線代表5Knot，每一條長劃線代表10Knot，將風向標上所有劃線的值加起來就是風速值的大小。右圖給出了風向標上每種符號所代表的值的大小。在這里風速的單位為Knot（哩/小時），其換算關(guān)系為：

1Knot=1.15英里/小時

1Knot=1.9公里/小時5第二節(jié)地轉(zhuǎn)風和梯度風1.水平氣壓梯度力。空氣運動原動力2.水平地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧利力）高緯空氣運動影響3.慣性離心力曲線運動4.摩擦力：摩擦層中6一、形成風的幾個力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；形成風的原動力2.地轉(zhuǎn)偏向力（A

DeflectionForceofEarthRotation）

大?。篈=2Vωsinφ方向：垂直與物體的運動方向，在北半球指向右使運動方向偏右，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水平氣壓梯度力（G）=地轉(zhuǎn)偏向力（A）

地轉(zhuǎn)風(Geostrophicwind)9地轉(zhuǎn)風平行于等壓線吹，在北半球觀察者背風而立，高壓在右，低壓在左。而在南半球，觀察者背風而立，高壓在左，低壓在右。這就是地轉(zhuǎn)風方向與水平氣壓場之間的關(guān)系，即白貝羅(BuysBullot)風壓定律。(P51)地轉(zhuǎn)風的風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，水平面上的等壓線越密集，地轉(zhuǎn)風速就越大；若在同一地理緯度，并各高度上水平氣壓梯度相同時，由于密度的影響、地轉(zhuǎn)風將會隨高度的增高而加大。當水平氣壓梯度和密度不變時，緯度越高，地轉(zhuǎn)風速越小。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)風的條件。10風壓定理的應(yīng)用注意52頁

1.根據(jù)氣壓場確定風場根據(jù)摩擦層中的風壓定理?？梢耘袛鄨D中任一地方的風向和風速的相對大小，如A點處吹SSW風，與B點相比,風速相對較小。

2.根據(jù)風場確定氣壓場根據(jù)飛行時遇到的風的情況，可判斷高、低壓位置113.航線上風的判定

從圖中根據(jù)自由大氣中的風壓定理、可判斷航線上風的情況，如AB航段上基本為順風飛行。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(Gradientwind)13梯度風的大小與水平氣壓梯度、地理緯度、空氣密度及空氣運動的曲率半徑有關(guān)。并具有以下“特點：1方向．在北半球，地轉(zhuǎn)偏向力總是指向空氣運動方向的右方。低壓中的風是沿等壓線逆時針方向吹。

高壓中的風是沿等壓線順時針方向吹。南半球相反。2大?。敋鈮禾荻攘偷乩砭暥纫欢ǎ⒏叩蛪壕哂型瑯拥那拾霃綍r，高壓中的梯度風比低壓中的梯度風速大，同樣緯度和氣壓梯度力的條件下的地轉(zhuǎn)風速介于兩者之間。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速可以達到很大。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平衡，這時的風稱為旋衡風，可以順轉(zhuǎn)也可以逆轉(zhuǎn)，但中心必須是低壓，例如龍卷風就具有這種性質(zhì)。14三.自由大氣中風隨高度的變化熱成風(ThermalWind)：由于水平溫度梯度而引起的上下氣層風的變化規(guī)則與地轉(zhuǎn)風規(guī)則相似：熱成風與平均溫度線(或等厚度線)平行，背熱成風而立，高溫在右，低溫在左。熱成風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)和氣層的平均絕對溫度成反比。根據(jù)熱成風原理，在北半球上空應(yīng)吹偏西風，高度越高，風速越大。上升到一定高度后，就可能形成西風急流。

15?

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

上層風的變化則相反。晚上下層風速減小、風向向左偏轉(zhuǎn)，

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

焚風成因示意圖：(a)無焚風，(b)有焚風(圖片來源：Ahrens，p.262，F(xiàn)ig.10.29)2728四、風對飛行的影響（一）風對飛機起飛著陸的影響飛機起降時所能承受的最大風速，取決于機型和風與跑道的夾角逆風起降時所能承受的風速最大，正側(cè)風起降時所能承受的風速最小。29二）風對飛機航行的影響順風飛行會增大地速、縮短飛行時間、減少燃油消耗、增加航程；逆風飛行會減小地速、增加飛行時間、縮短航程；側(cè)風會產(chǎn)生偏流。為了增大活動半徑，節(jié)省燃料，在往返途中應(yīng)盡量選擇有順風或順側(cè)風的高度飛行，這對低速飛機尤為重要。

3031小結(jié)：風對飛行的影響

（一）風對飛機起飛著陸的影響飛機起降時所能承受的最大風速，取決于機型和風與跑道的夾角逆風起降時所能承受的風速最大，正側(cè)風起降時所能承受的風速最小。

（二）風對飛機航行的影響順風飛行會增大地速、縮短飛行時間、減少燃油消耗、增加航程；逆風飛行會減小地速、增加飛行時間、縮短航程；側(cè)風會產(chǎn)生偏流。為了增大活動半徑，節(jié)省燃料，在往返途中應(yīng)盡量選擇有順風或順側(cè)風的高度飛行，這對低速飛機尤為重要。

322.風對飛行航程的影響只要有風，其活動半徑總比無風時小，而且當風向與航線平行時，飛機的活動半徑最小，因為飛機飛過同樣路徑時，順風飛行時間短，而逆風飛行時間長，在順風飛行中節(jié)省的燃料，不足以彌補逆風飛行時多消耗的燃料。當風向角和空速不變時，風速增大，飛機活動半徑減?。环粗?，風速減小，活動半徑增大。當風向角和風速不變時，空速增大，活動半徑增大，而且風速對不同空速的飛機的影響是不同的，高速飛行時受風的影響相對較小。在實際飛行中，為了增大活動半徑，節(jié)省燃料，在往返途中應(yīng)盡量選擇有順風或順側(cè)風的高度飛行，這對低速飛機尤為重要。333.最短時間航線的選擇

沿最短時間航線可以節(jié)省的時間與飛行速度有關(guān)。空速小，時間節(jié)省得多一些。據(jù)計算，兩點之間大圓(通過地球球心的圓)上的距離為6000km情況下，以空速370km/h沿最短時間航線飛行的平均續(xù)航時間是17小時48分，而沿大圓上的航線飛行的平均續(xù)航時間是20小時20分，前者比后者約縮短2小時30分，占沿大圓上的航線飛行時間的12％左右。對大速度飛機(800一1000km/h)來說，可節(jié)省的飛行時間較少，一般僅占沿大圓航線飛行時間的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)航時間和更好地利用飛機飛行技術(shù)數(shù)據(jù)。34

在遠程飛行，尤其是越洋航線飛行中，為了縮短飛行時間，節(jié)省燃料，要求選擇最佳航線，即選擇飛行時間最短的航線。在飛行速度一定的情況下，要把兩點間的飛行時間縮短至最小，唯—的途徑，是充分利用風的有利影響，增大地速。選擇最佳航線的方法就是考慮風對航行的影響而求取應(yīng)飛的航線35練習3031．氣象上的風向是指A．風的去向；B．風的來向；C．氣壓梯度力的方向3032．機場上常用風向袋來估計風速，當風向袋吹平時，風速已達A．5～6米／秒；B．6～10米／秒；C．10～12米／秒3033．機場上吹東風時，飛機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．空氣在運動時，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，作水平直線運動的空氣質(zhì)點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西北風可表示為：A135°或ＳＥB300°或ＮＷC315°或ＮＷD340°或ＷＮ

海上風與陸地風相比，主要區(qū)別是：

A海上風速大，風向與等壓線交角大

B陸地上風速大，風向與等壓線交角小

C陸地上風速大，風向與等壓線交角大

D海上風速大，風向與等壓線交角小

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

B左側(cè)風 C逆風 D順風 A

在北半球自由大氣中，如果航線是左側(cè)風，則高壓區(qū)在航線的：

A右側(cè)B左側(cè) C后方

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

地面風的陣性表現(xiàn)較明顯的地區(qū)特點是：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

海風和山風分別出現(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

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