第5章

氣壓與空氣運(yùn)動5.1、

氣壓5.2、風(fēng)的形成5.3、大氣環(huán)流5.4、近地面層空氣的湍流運(yùn)動5.5、風(fēng)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)5.1、氣壓5.1.1氣壓及其單位大氣受地球引力場作用而具有重量，地球表面單位面積上所承受的大氣柱的重量稱為大氣壓強(qiáng)

單位：帕斯卡（Pa）或百帕（hPa），1N·m-2=1PaP=hgρ

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓P0：氣溫0℃，45°NS的海平面上，單位面積上的空氣重量

如ρ=1.293kg·m-3,g=9.80665m·s-2，P0為1013.25hPa換算：

1hPa=1mb；

760mm水銀柱高=1013.25hPa。5.1.1、氣壓的變化5.1.1.1氣壓隨高度的變化1．不同高度上的氣壓

2．壓高公式及其應(yīng)用

ΔZ為兩地（或兩個(gè)高度）的高度差

Z1、Z2為兩地的海拔高度P1為較低處氣壓

P2為較高處氣壓tm為兩地（或兩個(gè)高度）的平均溫度。應(yīng)用：不同高度上氣壓、溫度互算

推論：壓差一定氣層厚度與溫度成正比3、氣壓隨溫度的變化：溫度越高氣壓隨高度變化越慢海拔高度km0.01.53.05.59.016.0氣壓值hpa10008507005003001005.1.1.2、氣壓隨時(shí)間的變化氣壓的周期性變化是指在氣壓隨時(shí)間變化的曲線上呈現(xiàn)出有規(guī)律的周期性波動，明顯的是以日為周期和以年為周期的波動。（1）日變化：單峰型雙峰型其中以雙峰型最普遍單峰型：原因是溫度日變化

雙峰型：與一日間的增、降溫交替所產(chǎn)生的大氣半日振動周期和日月引起的大氣潮有關(guān)

氣壓日變幅隨緯度增高而減小，低緯度為3～5hPa,在緯度50°附近小于1hPa。我國低緯度地區(qū)為2.5～4hPa，中緯度地區(qū)為1～2.5hPa。(2)年變化大陸冬高夏低海洋冬低夏高。

影響：氣溫年變化，緯度，海陸性質(zhì)、海拔高度及地形地勢等。通常，年變幅是大陸>海洋，高緯>低緯，低地勢>高地勢5.1.3氣壓場的表示方法（1826）氣壓的空間分布稱為氣壓場。氣壓場通常用等壓線或等壓面來表示。

5.1.3.1、等高面圖等高面海拔高度處處相等的面稱為等高面。等高面上氣壓相等的各點(diǎn)連成的曲線稱為等壓線：

5.1.3.2、等壓面圖：空間氣壓相等的點(diǎn)組成的曲面。850、700、500、300、200hPa標(biāo)準(zhǔn)等壓面。等壓面上等高線：將某一等壓面上高度相等的各點(diǎn)的連線稱為等高線。等壓線和水平氣壓分布的關(guān)系1、凡同一條等壓線經(jīng)過的各地氣壓相等2、等壓線數(shù)值愈大的地方氣壓愈高：反之，則愈低。3、等壓線愈密的地方，表示該地氣壓在水平方向的變化愈大。等高線與氣壓的關(guān)系1、凡同一條等高線經(jīng)過的各地氣壓相等2、等高線數(shù)值愈大的地方氣壓愈高：反之，則愈低。3、等高線愈密的地方，表示該地氣壓在水平方向的變化愈大。5.13.3、氣壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)一般由等高面上的等壓線的分布特征確定。海平面上等壓線的各種組合形式稱為氣壓系統(tǒng)

1、低壓：由閉合等壓線構(gòu)成的中心氣壓比四周低的區(qū)域

范圍強(qiáng)度加強(qiáng)減弱2、高壓：由閉合等壓線構(gòu)成的中心氣壓比四周高的區(qū)域范圍強(qiáng)度加強(qiáng)減弱3低壓槽(簡稱槽)

是低壓向外伸出的狹長部分，或一組未閉合的等壓線向氣壓較高的方突出的部分。在槽中，各等壓線彎曲最大處的連線叫槽線。氣壓沿槽線最低，向兩邊遞增。槽的尖端，可以指向各個(gè)方向，但在北半球中緯度地區(qū)大多指向南方。因此，尖端指向北的稱為倒槽，指向東西的稱為橫槽，槽附近的空間等壓面類似山谷。

4高壓脊(簡稱脊)

是高壓向外伸出的狹長部分，或一組未閉合的等壓線向氣壓較低的方突出的部分。在脊中，各等壓線彎曲最大處的連線叫脊線。氣壓沿脊線最高，向兩邊遞減。脊附近的空間等壓面，類似山脊5鞍形氣壓區(qū)(簡稱鞍部)，是兩個(gè)低壓與兩個(gè)高壓交錯(cuò)組成的中間區(qū)域，其附近空間等壓面形如馬鞍5.1.3.4、氣壓系統(tǒng)隨高度變化與溫度的關(guān)系1冷高壓：中心是冷區(qū)隨高度增加而減弱（蒙古高壓）2暖低壓：中心是暖區(qū)隨高度增加而減弱（臺風(fēng)）3冷低壓：中心是冷區(qū)隨高度增加而加強(qiáng)（東北低壓）4暖高壓：中心是暖區(qū)隨高度增加而加強(qiáng)（西太平洋副熱帶高壓）5、溫壓場不對稱的氣壓系統(tǒng):地面天氣圖上冷暖中心和高低氣壓中心不重合的氣壓系統(tǒng).一般高壓軸線向暖區(qū)傾斜.低壓中心向冷區(qū)傾斜

5.2風(fēng)的形成

5.21.風(fēng)的概念空氣的運(yùn)動可分為水平運(yùn)動、垂直運(yùn)動、環(huán)流運(yùn)動、湍流運(yùn)動等形式風(fēng)：空氣的水平運(yùn)動。風(fēng)向（16方位）風(fēng)速m/s（分級：蒲福風(fēng)級13（17）級）風(fēng)速與風(fēng)級的關(guān)系VN=0.1+0.824N1.505

VNmax

=0.2+0.824N1.505+0.5N0.56

VNmin=0.824N1.505–0.5N0.56中央氣象局（十分鐘平均風(fēng)速）

級數(shù)蒲福風(fēng)級公尺／秒風(fēng)級風(fēng)速（m/s)0無風(fēng)0.0-0.2靜,煙直上平靜0.00.0

1軟風(fēng)

0.3-1.5煙示風(fēng)向微波峰無飛沫0.10.1

2輕風(fēng)

1.6-3.3感覺有風(fēng)小波峰未破碎0.20.3

3微風(fēng)

3.4-5.4旌旗展開小波峰頂破裂0.61.0

4和風(fēng)

5.5-7.9吹起塵土小浪白沫波峰1.01.5

5勁風(fēng)

8.0-10.7小樹搖擺中浪折沫峰群2.02.5

6強(qiáng)風(fēng)

10.8-13.8電線有聲大浪白沫離峰3.04.0

7疾風(fēng)

13.9-17.1步行困難破峰白沫成條4.05.5

8大風(fēng)17.2-20.7折毀樹枝浪長高有浪花5.57.5

9烈風(fēng)20.8-24.4小損房屋浪峰倒卷7.010.0

10狂風(fēng)

24.5-28.4拔起樹木海浪翻滾咆哮9.012.5

11暴風(fēng)

28.5-32.6損毀重大波峰全呈飛沫11.516.0

12颶風(fēng)

32.7-36.9摧毀極大海浪滔天14.0-

1337.0-41.4

1441.5-46.1

1546.2-50.91651.0-56.0---

1756.1-61.25.2.2作用于空氣的力：氣壓梯度力，地轉(zhuǎn)偏向力，摩擦力，慣性離心力，1、氣壓梯度力：風(fēng)的原動力，決定了風(fēng)的方向

水平氣壓梯度：在水平方向上，垂直愈等壓線，由高壓指向低壓，單位距離的氣壓差。水平氣壓梯度力：由于水平氣壓梯度的存在，作用于單位質(zhì)量空氣上的力。水平氣壓梯度力G的方向就是水平氣壓梯度的方向，即垂直與等壓線由高壓指向低壓。大小與水平氣壓梯度成正比。----------------------------------------------2、地轉(zhuǎn)偏向力

A=2VωSinφ

（1）地轉(zhuǎn)偏向力只是在物體相對于地面有運(yùn)動時(shí)才產(chǎn)生。

（2）方向：在北半球，地轉(zhuǎn)偏向力垂直指向物體運(yùn)動方向的右方。

（3）地轉(zhuǎn)偏向力只能改變物體運(yùn)動的方向，不改變速度。

（4）水平地轉(zhuǎn)偏向力的大小同風(fēng)速與所在緯度的正弦成正比。3、慣性離心力

V是空氣運(yùn)動的線速度

ω是空氣運(yùn)動的角速度

r是曲線的曲率半徑方向：與空氣的運(yùn)動方向垂直，自曲率中心沿曲率半徑指向外緣。4、摩擦力R=-k·V

這四個(gè)力對空氣運(yùn)動的影響是不一樣的。通常G是使空氣產(chǎn)生運(yùn)動的直接動力，是最基本的力；低緯地區(qū)不考慮A，直線運(yùn)動不考慮C，1～2公里以上，摩擦力K影響可以忽略不計(jì)。

5.2.3自由大氣中的風(fēng)A地轉(zhuǎn)風(fēng)自由大氣中在平直等壓線的氣壓場中形成的風(fēng)。

白貝羅風(fēng)壓定律：在北半球，背風(fēng)而立，低壓在左，高壓在右，南半球相反。

B梯度風(fēng)：自由大氣中空氣在曲線等壓線的氣壓場中形成的風(fēng)氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)的風(fēng)

5.2.4摩擦層中的風(fēng)

A、平直等壓線GAR

修正后的風(fēng)壓定理：在北半球，人背風(fēng)而立，高壓在右后方，低壓在左前方。

風(fēng)速減?。褐芯暥鹊貐^(qū)陸地上55～65%，海洋上30～40%

風(fēng)向與等壓線的交角：在陸地上約為25°～35°,海洋上約為10°～20°。B、摩擦層中曲線等壓線空氣質(zhì)點(diǎn)受力有GACR

摩擦層中風(fēng)的變化(1)日變化：近地面層白天午后風(fēng)速最大，夜間和清晨風(fēng)速小，摩擦層上層則是白天午后風(fēng)速小，夜間風(fēng)速大。

分界層約為50～100m；夏季可達(dá)300m；冬季20m。

風(fēng)的日變化，一般晴天比陰天大；陸地比海洋大。(2)年變化

北半球中緯：最大值出現(xiàn)在冬季，最小值出現(xiàn)在夏季

我國大部分地區(qū)：春季是冷暖空氣交替時(shí)期，所以春季風(fēng)速最大。(3)隨高度的變化

摩擦層中：風(fēng)速隨高度升高風(fēng)速增大。

到摩擦層頂：風(fēng)速接近于地轉(zhuǎn)風(fēng)速，風(fēng)向與等壓線平行。

（4）風(fēng)的陣性風(fēng)向不停變化。風(fēng)速時(shí)大時(shí)小5.3大氣環(huán)流地球上各種規(guī)模大氣運(yùn)動的綜合表現(xiàn)。它是氣候形成的基本因子，也是天氣變化和氣候演變的重要背景條件。5.3.1太陽輻射和三圈環(huán)流單圈環(huán)流：哈得來環(huán)流圈設(shè):1、地表均勻2、地球不自轉(zhuǎn)5.3.2地球自轉(zhuǎn)和三圈環(huán)流：1941年，美國氣象學(xué)家羅斯貝(Rossby)

設(shè)：地表均勻

5.3.2.1地球上的氣壓帶和風(fēng)帶A氣壓帶7個(gè)：風(fēng)帶7個(gè)5.3.3海陸熱力差異和大氣活動中心

概念由于海陸熱力差異，割斷了氣壓帶而形成的高、低氣壓中心。北半球冬季：近地層有兩個(gè)低壓中心，冰島低壓、阿留申低壓、大西洋副熱帶高壓、太平洋副熱帶高壓，都是半永久性活動中心。夏季：四個(gè)半永久性活動中心仍然存在，不過這時(shí)兩個(gè)低壓活動中心要比冬季弱一些，位置稍向東移；兩個(gè)高壓活動中心則比冬季強(qiáng)，一直伸展到大洋的西部。北半球氣壓帶和大氣活動中心

氣壓帶半永久性活動中心季節(jié)性活動中心

7月1月北半球副極地低壓帶冰島、阿留申低壓北美、蒙古高壓副熱帶高壓帶亞速爾、夏威夷高壓印度、北美低壓赤道低壓帶平均位置12～150N平均位置50S南半球副熱帶高壓帶南太平洋高壓南印度洋高壓南大西洋高壓澳洲高壓南非高壓澳洲低壓南美低壓南非低壓5.3.4季風(fēng)和地方性風(fēng)5.3.4.1季風(fēng)：概念大范圍地區(qū)盛行風(fēng)向隨季節(jié)轉(zhuǎn)換有顯著改變的大氣環(huán)流稱為季風(fēng)。（1月和7月盛行風(fēng)向改變大于120度，1月和7月盛行風(fēng)向的頻率超過40%，1月和7月至少一個(gè)月平均風(fēng)速超過3m/s)成因：由海陸的分布形成的熱力差異以及行星風(fēng)帶的季節(jié)性移動形成。地理分布：1、東亞季風(fēng)冬季風(fēng):寒冷、晴朗、干燥。夏季風(fēng)：高溫、濕熱、多雨。冬季風(fēng)比夏季風(fēng)強(qiáng)。2、南亞季風(fēng)11－3月氣溫溫和，降水稀少干季。6－10月盛行西南季風(fēng)降水充雨季。4－5月降水稀少，氣溫很高酷熱難當(dāng)熱季。5.4.2地方性風(fēng)與地理