《熱力環(huán)流和風(fēng)》課件

熱力環(huán)流和風(fēng)熱力環(huán)流是地球表面溫度差異導(dǎo)致的氣流循環(huán)，它驅(qū)動著全球范圍內(nèi)的風(fēng)。太陽輻射不均勻加熱地球表面，導(dǎo)致赤道地區(qū)溫度較高，極地地區(qū)溫度較低。熱量傳輸輻射太陽輻射能量通過電磁波傳遞，無需介質(zhì)。太陽輻射是地球系統(tǒng)能量的主要來源。對流熱量通過物質(zhì)的流動來傳遞。氣體或液體受熱后，密度降低，上升，冷的物質(zhì)下降，形成循環(huán)。傳導(dǎo)熱量通過物質(zhì)直接接觸傳遞，從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體。熱量傳輸?shù)男问捷椛涮栞椛涫堑厍蚰芰康闹饕獊碓?。對流熱量通過流體（如空氣和水）的運(yùn)動來傳遞。傳導(dǎo)熱量通過物質(zhì)的分子運(yùn)動來傳遞。熱量傳輸?shù)姆绞絺鲗?dǎo)熱量通過物質(zhì)分子間的相互作用傳遞，從溫度較高的地方向溫度較低的地方傳遞。例如，金屬導(dǎo)熱性能好，熱量可以通過金屬快速傳遞。對流熱量通過流體的運(yùn)動傳遞，從溫度較高的地方向溫度較低的地方傳遞。例如，熱氣球利用熱空氣上升的原理，實(shí)現(xiàn)升空。輻射熱量通過電磁波的形式傳遞，不需要任何介質(zhì)，可以在真空中傳播。例如，太陽的熱量通過輻射傳遞到地球。熱量傳輸?shù)亩筷P(guān)系熱量傳輸?shù)亩筷P(guān)系是指描述熱量傳輸速率和影響因素之間的關(guān)系，主要包括熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射三種方式。熱傳導(dǎo)傅里葉定律熱對流牛頓冷卻定律熱輻射斯特藩-玻爾茲曼定律地球表面熱量收支地球表面接收太陽輻射能，同時(shí)向外輻射能量。這兩種能量的平衡關(guān)系決定了地球表面的溫度。地球表面接收的太陽輻射能主要來自短波輻射，而地球表面向外輻射的能量主要來自長波輻射。100%吸收地球表面吸收約100%的太陽輻射能量。30%反射地球表面反射約30%的太陽輻射能量。70%吸收地球表面吸收約70%的太陽輻射能量。地球系統(tǒng)的熱量交換1太陽輻射地球吸收太陽輻射熱量2大氣輻射大氣吸收地面輻射熱量3地面輻射地面吸收太陽輻射熱量4大氣逆輻射大氣向地面輻射熱量5地面反射地面反射部分太陽輻射熱量地球系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的熱量交換體系，主要包含太陽輻射、地面輻射、大氣輻射和大氣逆輻射等形式。太陽輻射是地球系統(tǒng)熱量的主要來源，地面吸收太陽輻射熱量，并向大氣輻射熱量。大氣吸收地面輻射熱量，并向地面輻射熱量，形成大氣逆輻射，這部分熱量對地表起保溫作用。大氣的熱量收支太陽輻射地面輻射大氣輻射大氣逆輻射地球大氣吸收太陽輻射能量和地面輻射能量，同時(shí)向太空輻射能量。大氣的熱量收支是指大氣吸收的熱量與輻射出去的熱量之間的平衡關(guān)系。大氣熱量收支的差異緯度差異赤道地區(qū)接收的太陽輻射量多于高緯地區(qū)，熱量盈余。高緯地區(qū)接收的太陽輻射量少于赤道地區(qū)，熱量虧損。季節(jié)差異夏季時(shí)，太陽輻射量高，氣溫高，熱量盈余。冬季時(shí)，太陽輻射量低，氣溫低，熱量虧損。海陸差異海洋比陸地?zé)崛萘看?，升溫慢，降溫也慢。陸地比海洋熱容量小，升溫快，降溫也快。熱壓?溫差氣溫高的地方，空氣膨脹，密度低，氣壓也低。2冷熱氣溫低的地方，空氣收縮，密度高，氣壓也高。3氣壓差氣壓高的地方向氣壓低的地方流動，形成風(fēng)。自然熱對流1空氣受熱膨脹密度降低2上升氣流溫度降低3空氣冷卻收縮密度增加4下降氣流形成循環(huán)自然熱對流是由于地表溫度差異導(dǎo)致的空氣垂直運(yùn)動，形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。例如，當(dāng)太陽照射地面時(shí)，地面溫度升高，加熱了近地面的空氣。受熱膨脹的空氣密度降低，向上浮起，形成上升氣流。上升氣流到達(dá)一定高度后，溫度降低，空氣收縮，密度增加，就會下沉形成下降氣流。強(qiáng)制熱對流外部熱源強(qiáng)制熱對流通常由外部熱源驅(qū)使，例如發(fā)動機(jī)或加熱器。流體流動外部熱源導(dǎo)致流體流動，從而產(chǎn)生熱量傳遞。熱量傳遞流體流動將熱量從熱源傳遞到其他區(qū)域，導(dǎo)致溫度變化。熱量傳遞的特點(diǎn)1方向性熱量從高溫物體傳遞到低溫物體。2不可逆性熱量傳遞是單向的，無法逆轉(zhuǎn)。3自發(fā)性熱量傳遞不需要外力，會自然發(fā)生。4熱平衡熱量傳遞最終達(dá)到熱平衡狀態(tài)，此時(shí)溫度一致。熱力對流熱量傳遞空氣受熱膨脹，密度減小，上升。冷空氣下沉冷卻的空氣收縮，密度增大，下沉。循環(huán)流動熱空氣上升，冷空氣下沉，形成循環(huán)流動。風(fēng)力的產(chǎn)生熱力對流形成的空氣流動，就是風(fēng)。大氣熱力對流對流過程空氣受熱膨脹上升，冷卻后下降，形成循環(huán)。循環(huán)過程中伴隨著熱量和水分的交換。循環(huán)方向熱空氣上升，冷空氣下降，形成熱力環(huán)流。這種循環(huán)模式影響著地球的氣候和天氣。熱力對流的特點(diǎn)垂直運(yùn)動熱力對流是垂直方向的空氣運(yùn)動，熱空氣上升，冷空氣下降。循環(huán)往復(fù)熱力對流是一個(gè)循環(huán)過程，熱空氣上升，冷空氣下降，形成持續(xù)的循環(huán)模式。能量交換熱力對流過程中，熱空氣上升，冷空氣下降，導(dǎo)致熱量在不同高度之間傳遞。影響天氣熱力對流是天氣變化的重要驅(qū)動力，影響著云的形成、降水和氣溫變化。風(fēng)力的產(chǎn)生1大氣壓差氣壓高的地方空氣密度大，氣壓低的地方空氣密度小?？諝鈴母邏簠^(qū)流向低壓區(qū)，形成風(fēng)。2地轉(zhuǎn)偏向力地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力，使北半球的風(fēng)向偏向右方，南半球的風(fēng)向偏向左方。地轉(zhuǎn)偏向力與風(fēng)速成正比，影響風(fēng)的運(yùn)動方向和路徑。3摩擦力地面摩擦力會減緩風(fēng)速，使風(fēng)向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。地面摩擦力大小與地面粗糙程度有關(guān)，地形起伏越大，摩擦力越強(qiáng)。大氣壓差和地轉(zhuǎn)偏向力大氣壓差高氣壓區(qū)空氣密度大，氣壓高；低氣壓區(qū)空氣密度小，氣壓低。地轉(zhuǎn)偏向力地球自轉(zhuǎn)會使物體運(yùn)動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，北半球向右偏，南半球向左偏。風(fēng)的特點(diǎn)方向性風(fēng)具有方向性，從高壓區(qū)吹向低壓區(qū)。風(fēng)向受地球自轉(zhuǎn)影響，在地球表面形成偏轉(zhuǎn)。速度風(fēng)速受氣壓差影響，氣壓差越大，風(fēng)速越快。風(fēng)速還會受地形、海拔等因素影響。季節(jié)性風(fēng)的方向和速度會隨著季節(jié)變化。例如，夏季海風(fēng)在白天吹向陸地，夜晚吹向海洋。其他特點(diǎn)風(fēng)可以分為多種類型，例如臺風(fēng)、龍卷風(fēng)等。風(fēng)對氣候、天氣、生態(tài)系統(tǒng)等方面都有重要影響。全球性熱力環(huán)流赤道低壓帶太陽輻射強(qiáng)烈，氣溫高，空氣膨脹上升，形成低氣壓帶。副熱帶高壓帶上升氣流冷卻，在副熱帶地區(qū)下沉，形成高氣壓帶。極地高壓帶氣溫低，空氣冷卻收縮下沉，形成高氣壓帶。溫帶低壓帶極地高壓帶的冷空氣與副熱帶高壓帶的暖空氣交匯，形成低氣壓帶。赤道熱量過剩赤道地區(qū)接受太陽輻射最多，熱量收入大于支出。赤道地區(qū)太陽輻射熱量收入熱量支出太陽直射最大最大較小熱帶輻合帶氣流匯聚赤道低壓帶附近，來自南北半球的信風(fēng)在赤道附近匯聚，形成上升氣流。云雨旺盛上升氣流攜帶大量水汽，在上升過程中冷卻凝結(jié)，形成大量云雨。降水豐沛熱帶輻合帶是地球上降水最豐沛的地區(qū)之一，常年雨量充沛。副熱帶高壓帶下沉氣流副熱帶高壓帶位于南北緯30°附近，受地轉(zhuǎn)偏向力影響，氣流下沉，形成高氣壓。晴朗少雨由于下沉氣流抑制了對流，副熱帶高壓帶地區(qū)降水稀少，氣候干燥。全球分布副熱帶高壓帶呈帶狀分布于全球，影響著世界各地的氣候。重要?dú)夂驇Ц睙釒Ц邏簬堑厍蛏现匾臍夂驇В瑢θ驓夂蚋窬趾蜌庀蟋F(xiàn)象具有重要影響。溫帶鋒面帶溫帶鋒面帶溫帶鋒面帶是極地氣團(tuán)和熱帶氣團(tuán)交匯的區(qū)域。鋒面是兩個(gè)性質(zhì)不同的氣團(tuán)交匯的區(qū)域。鋒面云系溫帶鋒面帶通常伴隨有強(qiáng)烈的云系和降水。鋒面云系一般包括層狀云、積云、卷云等。鋒面氣團(tuán)鋒面氣團(tuán)指的是形成鋒面的兩個(gè)氣團(tuán)。極地氣團(tuán)冷而干燥，熱帶氣團(tuán)暖而濕潤。極地輻合帶寒冷氣流極地地區(qū)氣溫低，密度大，形成冷空氣。冷空氣從高緯度地區(qū)向低緯度地區(qū)移動，形成極地冷氣流。極地東風(fēng)在北半球，極地冷氣流受到地轉(zhuǎn)偏向力的影響，形成偏東風(fēng)，被稱為極地東風(fēng)。輻合極地冷氣流與中緯度地區(qū)的暖氣流相遇，形成輻合，導(dǎo)致氣流上升，形成云層和降水。極地鋒面極地冷氣流和中緯度暖氣流的交界處，形成極地鋒面，是重要的天氣系統(tǒng)。大氣熱力環(huán)流模式1三圈環(huán)流模式赤道低壓帶、副熱帶高壓帶、極地高壓帶形成，控制著全球氣壓帶和風(fēng)帶分布，驅(qū)動著全球大氣運(yùn)動。2單圈環(huán)流模式假設(shè)地球表面均勻分布，赤道地區(qū)熱量過剩，極地地區(qū)熱量不足，形成單一熱力環(huán)流。3實(shí)際大氣環(huán)流地球表面存在陸地和海洋，地形復(fù)雜，實(shí)際大氣環(huán)流模式更加復(fù)雜，存在許多局地環(huán)流。熱帶風(fēng)系信風(fēng)信風(fēng)是赤道低壓帶向副熱帶高壓帶吹的風(fēng)。信風(fēng)穩(wěn)定，有利于航海。季風(fēng)季風(fēng)是由于海陸熱力性質(zhì)差異導(dǎo)致的，夏季風(fēng)是從海洋吹向陸地的。熱帶氣旋熱帶氣旋是由熱帶海洋上形成的，它們具有強(qiáng)烈的降雨和狂風(fēng)。溫帶風(fēng)系11.西風(fēng)帶溫帶地區(qū)主要受西風(fēng)帶影響，風(fēng)向以西風(fēng)為主，但也會出現(xiàn)偏北或偏南風(fēng)。22.季風(fēng)環(huán)流大陸和海洋熱力性質(zhì)差異明顯，造成季節(jié)性風(fēng)向變化，形成季風(fēng)環(huán)流。33.氣旋和反氣旋溫帶地區(qū)氣旋和反氣旋活動頻繁，影響著天氣變化，如降水和氣溫。44.鋒面系統(tǒng)溫帶地區(qū)存在冷暖氣團(tuán)交匯的鋒面系統(tǒng)，常伴隨降水和氣溫變化。熱帶氣旋熱帶氣旋是發(fā)生在熱帶海洋上的強(qiáng)烈低氣壓系統(tǒng)，通常伴隨強(qiáng)降雨、狂風(fēng)和巨浪。熱帶氣旋的形成需要溫暖的海水、充足的水汽和弱的垂直風(fēng)切變。當(dāng)這些條件滿足時(shí)，水汽會迅速上升，形成積云和雷暴，并逐漸發(fā)展成熱帶氣旋。熱帶氣旋通常在赤道附近形成，然后向西移動，并隨著海水溫度的降低而減弱。熱帶氣旋會給沿海地區(qū)帶來巨大的災(zāi)害，例如洪水、風(fēng)暴潮和強(qiáng)風(fēng)，因此需要對熱帶氣旋進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警。中緯度氣旋中緯度氣旋是一種常見的溫帶天氣系統(tǒng)。它由冷鋒和暖鋒組成，冷空氣從北方侵入，暖空氣從南方侵入，在兩者交匯處形成氣旋。中緯度氣旋通常會帶來降雨、降雪以及