第五章 氣壓與風

第五章氣壓與風第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三定義單位

大氣受到地球引力的作用，具有一定重量。地面上每平方米大約要承受十噸重的大氣柱的壓力，這個壓力、就是大氣壓力。我們常說某地氣壓多少，就是指該地的單位面積上所受到的大氣壓力或單位面積上大氣柱的重量。

一、氣壓概念和單位氣壓的單位用水銀柱高度毫米數表示(mmHg)。氣象上常用一種力的單位－毫巴(mb)作為氣壓單位：1hPa=1毫巴≈0.75毫米水銀柱高=3/4毫米水銀柱高。第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三二、氣壓的變化氣壓大小——空氣柱重——空氣柱長短（和觀測點位置有關）、密度（空氣柱溫度、水汽含量有關，溫度有周期變化），所以氣壓也有周期變化。（一）氣壓隨時間變化

1、周期變化因為T↓ρ↑P↑；T↑ρ↓P↓

所以一天中P夜>P白,P上午>P下午,一年中P冬>P夏2、非周期變化暖空氣到來P↓；當冷空氣來臨，P↑這和天氣系統(tǒng)活動有關。（二）氣壓隨高度變化大氣主要集中在低層，因此氣壓隨高度的增加而急劇遞減，如果海平面為1013hpa，那么在5.5km為500hpa,在20km為50hpa以下。

第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三氣壓階

表示氣壓隨高度變化快慢的程度。指在垂直方向上氣壓改變1hpa時，高度變化的數值,也就是單位氣壓高度差。公式：h=8000×(1+αt)÷P

其中P：大氣壓(hpa)；T：氣柱溫度；α=1/273=0.0037

根據公式可計算出不同氣壓和不同溫度情況下的氣壓階:(1)當T相同時,氣壓越高地方,單位氣壓高度差越小，氣壓隨高度遞減越快(2)當P相同時空氣柱T越高單位氣壓高度差越大，氣壓隨高度遞減越慢-40℃-20℃0℃20℃40℃1000hpa6.87.48.08.69.2500hpa13.714.816.017.218.3100hpa68.374.180.085.991.7第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三P1—P2＝ρ·g·H－為氣柱中空氣的平均密度

靜止大氣中：重力加速度

氣柱厚度

所取兩點的高度Z1與Z2之差

氣體膨脹系數，等于1/273拉普拉斯壓高公式：Z＝18400(1+at)·lg(P1/P2)－兩點之間氣柱的平均溫度

第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三例：已知某山腳處海拔高度為130米，在山腳下測得氣壓為1006hpa．氣溫為17.8℃;同時,在山頂測得氣壓為873hpa，氣溫為11.2℃。求該山頂的海拔高度是多少米?

解：已知P1＝1006hpa，t1＝17.8℃，Z1＝130m;

P2＝873hpa，t2＝11.2℃，求Z2＝?先求得兩點的平均溫度t＝14.5℃，代人公式Z2-130.0＝l8400(1十14.5/273)lg(1006/873)

解得Z2=1300米，即該山的海拔高度約為1300米．第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三三、氣壓場（氣壓的空間分布）與氣壓系統(tǒng)（各種不同的氣壓形勢）1、等壓面

空間氣壓相等各點連接而成的面叫等壓面，通常用來表示氣壓的分布形式。2、氣壓場的基本形式

低壓：由一系列閉合等壓線構成的，中心氣壓低，類似于凹陷盆地。（氣旋）

高壓：由一系列閉合等壓線構成的，中心氣壓高，類似于凸起山丘。（反氣旋）

低壓槽（或槽）：從低壓向外伸出的狹長區(qū)域，或一組未閉合的等壓線向氣壓較高的一方突出的部分。低壓槽中各等壓線彎曲最大處的連線稱為槽線，類似山谷。

高壓脊（或脊）：由高壓向外伸出的狹長區(qū)域或一組未閉合的等壓線向氣壓較低的一方突出部分。脊的各等壓線彎曲最大處的連線稱為脊線，類似山脊。鞍形場（鞍）：由兩個高壓與兩個低壓交錯相對而形成的中間區(qū)域。第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三3、氣壓系統(tǒng)的空間結構依據溫度場與氣壓場配置是否重合，即溫度場的高溫、低溫中心是否分別與氣壓場的高壓、低壓中心重合。（1）溫壓場對稱系統(tǒng)暖性高壓、冷性低壓、暖性低壓、冷性高壓；（2）溫壓場不對稱系統(tǒng)

大氣中氣壓系統(tǒng)的溫壓場配置絕大多數是不對稱的第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)風一、風的基本概念二、作用于運動空氣的力三、空氣的水平運動第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三定義一、風的基本概念

風的基本特性大氣中的風速空氣相對于地面的運動稱為風。一般情況下，風是指空氣運動的水平分量。風向是指風吹來的方向，常用十六方位表示。風速是空氣在單位時間內移動的水平距離，常用米·秒-1為單位?？諝膺\動時，總是帶有亂流性的，在固定的空間位置上，表現出風向和風速的明顯變動，此現象稱為風的陣性。因此，在風向、風速的儀器測定和資料使用上，就有瞬時值和平均值兩種。

大氣中水平風速一般為10°—102米·秒-1，最大可達百米以上。垂直運動速度比水平風速小兩個量級，為10-2—10°米·秒-1，僅在局部范圍短時間內才出現每秒幾米、十幾米的數值。第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三圖4-2風向方位圖

風向通常用16個方位來表示，有的是用方位度(共分360度)。第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三二、作用于運動空氣的力

水平氣壓梯度力

水平地轉偏向力

慣性離心力

摩擦力

當空氣質點作曲線運動時，受到慣性離心力的作用。其大小為：

式中C為慣性離心力；V為空氣質點的線速度；r為運動軌跡的曲率半徑。氣壓梯度是由高壓指向低壓的方向上(垂直于等壓線方向)，單位距離內氣壓的改變量。其數值為其中Δp為Δn距離內氣壓的改變量。氣壓梯度力的數值為：摩擦力(R)的方向和運動方向相反，其大小和運動速度成正比：R＝-KV式中K是摩擦系數，V為運動速度。

第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三在轉動的地球上，空氣除了受到氣壓梯度力的作用外，還受到由于地球自轉所造成的地轉偏向力的作用。水平地轉偏向力的大小可由下式表示：

A＝2ω·

V·

sinφ

式中ω

為地球自轉角速度，等于7.292xl0-5rad/s，V為風速；φ為緯度。

（1）與風速成正比

（2）與緯度成正比

（3）不論空氣運動方向怎樣改變，地轉偏向力總是垂直于運動方向。在北半球，地轉偏向力指向運動方向的右方；在南半球指向左方。地轉偏向力只能改變運動的方向，不改變空氣相對地球的運動速度。第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三

地轉偏向力、慣性離心力和摩擦力雖然不能使空氣由靜止狀態(tài)轉變?yōu)檫\動狀態(tài)，但卻能影響空氣運動的方向和速度。氣壓梯度力和重力既可以改變空氣的運動狀態(tài)，又可以使空氣由靜止狀態(tài)轉變?yōu)檫\動狀態(tài)。

氣壓梯度力是使空氣產生運動的直接動力，最基本的力。

地轉偏向力對高緯地區(qū)或大尺度的空氣運動影響較大，而對低緯地區(qū)特別是赤道附近空氣的運動，影響甚??；

慣性離心力是空氣在做曲線運動時起作用，在空氣做近似于直線運動時可以忽略不計；

摩擦力在摩擦層中起作用，而對自由大氣中的空氣運動不予考慮。

第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三三、空氣的水平運動

自由大氣中的風

摩擦層中的風地方性風地轉風梯度風第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三1、地轉風

（1）地轉風的形成（概念）在等壓線平直的氣壓場中，空氣作水平運動時會受到水平氣壓梯度力和水平地轉偏向力的作用，當這兩力達到平衡，空氣就沿著與等壓線平行的方向作水平等速直線運動，此時的風叫做地轉風。

（2）地轉風的方向地轉風的方向與水平氣壓場之間的關系是，在北半球，背風而立，高壓在右，低壓在左；南半球相反，這個規(guī)律稱為白貝羅風壓定律。（一）自由大氣(高層大氣)中空氣的水平運動第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三圖5.13地轉風形成示意圖第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三（3）地轉風的大小∵A=G即npDDr1=2ω·V·sinφ∴V=·Fsin1rnPDD2ω當空氣密度和地理緯度一定時，地轉風的風速與氣壓梯度成正比。即地轉風的風速隨等壓線的疏密程度而變，當等壓線愈密（氣壓階?。r，地轉風的風速愈大。當空氣的密度與氣壓梯度一定時，地轉風的風速與地理緯度的正弦成反比，即低緯度地轉風大于高緯度。但由于低緯度氣壓梯度力很小，地轉風也很小。

當氣壓梯度和地理緯度不變時，地轉風的風速與空氣密度成反比。第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三2、梯度風

（1）概念在自由大氣中，當空氣作水平曲線運動時，作用于空氣上的力，除了氣壓梯度力和地轉偏向力外，還有慣性離心力，三力達到平衡時的風，稱為梯度風。圖5.14高壓和低壓中的梯度風第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三綜上分析，可得出以下結論：

1)梯度風是氣壓梯度力、慣性離心力和地轉偏向力三力平衡時的風。北半球，低壓區(qū)的梯度風按逆時針方向吹，高壓區(qū)的梯度風按順時針方向吹；南半球則相反。

2)在等壓線為曲線的氣壓場中，梯度風是平行于等壓線作等速運動。

3)北半球，梯度風與水平氣壓場之間的關系仍為：在北半球，背風而立，高壓在右，低壓在左；南半球則相反。即遵循白貝羅風壓定律。第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三（二）摩擦層中空氣的水平運動

在摩擦層里，運動著的空氣質點除受水平氣壓梯度力、地轉偏向力、（慣性離心力）的作用外，還受摩擦力的作用。

摩擦風：摩擦層中（無論是在等壓線平直的氣壓場，還是在等壓線彎曲的氣壓場），空氣質點所受的水平氣壓梯度力與水平地轉偏向力、摩擦力、（慣性離心力）保持平衡條件下所產生的空氣水平運動。第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三1、等壓線平直的氣壓場

摩擦風形成示意圖風速：與水平氣壓梯度力成正比，與地面摩擦系數成反比。風向：在北半球，背風而立，高氣壓在右后方，低氣壓在左前方。南半球相反。第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三

2、等壓線彎曲的氣壓場

由于地面摩擦力的作用，風速比氣壓場中所應有的梯度風風速要小，風斜穿等壓線吹響低壓區(qū)。故低壓中的空氣是一面旋轉，一面向低壓中心輻合；高壓中的空氣則是一面旋轉，一面從高壓中心向外輻散。

圖5.16摩擦層低壓（a）和高壓（b）中的氣流第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三（三）地方性風與下墊面性質密切相關的局部地區(qū)的風，只有當大范圍水平氣壓梯度力較弱才得以表現出來。1、海陸風

由于海陸受熱不同造成的，以一天為周期隨晝夜交替而改變風向的風。白天吹海風，夜晚吹陸風。第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三2、山谷風

指在山區(qū)或山坡由于周圍空氣受熱不同造成的，以一天為周期隨晝夜交替而改變風向的風。一般上午9-10點左右，由山風—谷風，正午谷風最大，日落后谷風—山風。第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三3、焚風由于空氣下沉運動，使空氣溫度升高而形成的又干又熱的風。產生原因（1）濕空氣越過高山后，在背風坡作下沉運動；（2）在高壓中，空氣下沉運動。

第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三4、峽谷風

當空氣由開闊地區(qū)進入狹窄的谷口時，風速被迫加大而形成的強風。氣象稱這種現象為狹管效應。峽谷風的形成：主要是由于狹管效應造成的。第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)大氣環(huán)流

地球上各種規(guī)模大氣運動的綜合表現，稱為大氣環(huán)流一、單圈環(huán)流

假如地球表面是均勻一致的，并且沒有地球自轉，那么在赤道與極地之間形成的閉合大氣環(huán)流，這種只在赤道與極地之間才存在的大氣環(huán)流稱為單圈環(huán)流。第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三二、三圈環(huán)流

只受太陽輻射和地球自轉影響形成的環(huán)流稱為三圈環(huán)流。是大氣環(huán)流的理想模式。在地球上形成四個氣壓帶，即赤道低壓帶、副熱帶高壓帶、副極地低壓帶、極地高壓帶；三個環(huán)流圈，即熱帶環(huán)流圈（信風環(huán)流圈）、中緯度環(huán)流圈、極地環(huán)流圈；四個行星風帶，即赤道無風帶、信風帶（東北與東南）、西風帶（西南與西北風）、極地東風帶。第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三（一）熱帶環(huán)流圈

太陽輻射，赤道表面得到的熱量多，極地少，因此赤道表面空氣受熱膨脹，形成低壓，即赤道低壓帶；而極地的情況剛好相反形成極地高壓帶?？諝庥沙嗟郎峡昭亟浫\動受地轉偏向力的影響，到了緯度30度時，氣流沿緯圈方向運動，空氣源源不斷從赤道上空流向緯度30度附近，最后空氣產生下沉運動，使緯度30度地面氣壓升高，形成副熱帶高壓帶。第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三（二）極地環(huán)流圈由極地流向低緯度的冷空氣在緯度60度，與副熱帶高壓流來的暖空氣相遇，冷空氣居于暖空氣下面形成極鋒面，暖空氣沿鋒面上升到高空，分別向低緯和極地處流出，由于空氣從高空流出所以地面形成低壓帶，即副極地低壓帶。（三）中緯度環(huán)流圈副熱帶高壓（30度）流向副極地低壓（60度）的暖空氣，受極地流向60度的冷空氣抬升，在高空流向低緯。第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三

三、影響大氣環(huán)流的主要因子

1、太陽輻射；

2、地球自轉；

3、海陸分布；

4、地形第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三四、季風由于大范圍的海洋和陸地的熱力差異，引起的大氣的環(huán)流，通常以一年為周期，隨季節(jié)的改變而改變風向的風。這種風冬季由大陸吹向海洋，夏季由海洋吹向大陸。

季風的形成除了主要受海陸熱力差異影響外，還受行星風帶的季節(jié)位移影響（主要是由于北半球的東北信風帶和南半球的東南信風帶，會隨著太陽直射點的南北移動也南北移動）。第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三我國的季風狀況夏季

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