农林气象学第四章讲解

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1、第四章 大气的运动 第一节 气压的变化 2.单位： 长度单位：mmHg 压强单位：毫巴（mb） 1毫巴=103达因cm2 一、概念 1.定义：单位面积上所受到的大气压力。 大小等于单位面积上所承受的大气 柱的重量。 标准状况下： P。gh= 13.596980.65 761013.32 mb 二、气压随高度的变化(图41) 国际单位 ：帕（Pa） 1Pa=1N/m2 1mb=1hPa=100Pa （一）静力学方程 根据气压的定义，P的大小等于气柱的重量。 即：P=（Z2 Z1）底面积 g - P =gZ -P表示气压随高度增加而 降低。 dP=gdZ 该式为垂直气压梯度，或称单位高度气 压差。

2、 气压阶：单位气压高度差。在垂直气柱中 ，改变单位气压（1百帕）时所对应的高度差 ，即： 式中，为常数（1/273），t为气层的温度（ ）。 即： （二）压高公式及其应用 设P1和P2为Z1和Z2高度上的气压，则: 主要应用： 1）根据不同高度上两点的气压值和气柱的平 均温度，求出两点的高度差（气压测高法）。 三、气压随时间的变化 1.日变化 特点：一天中,有一个最高值，一个次高值 ，一个最低值，一个次低值（图43）。 2）进行标准大气中气压与高度间的换算。 2.年变化 在大陆上，冬季气压最高，夏季气压最低， 气压年较差大（图44）。 大气质量重新分布的原因： 1. 冷暖空气的水平移动（图45

3、）。 2. 水平气流的辐合与辐散（图45）。 3.空气的垂直运动（图46）。 四、 气压的水平分布 （一）等压面和等压线 （二）气压系统（图47，图48） 1.低气压（低压） 空间等压面向下凹陷，形如盆地。 2.高气压（高压） 空间等压面呈上凸形状，类似山丘。 3.低压槽（槽） 4.高压脊（脊） 图4 7 气压场的几种基本形式 5. 鞍形气压场（简称鞍） 两个高压与两个低压相 对组成的中间区城。其附近空间等压面形如马 鞍。 图48 高空等压线形式 第二节 空气的水平运动 一、作用于空气的力 （）水平气压梯度力 （G） 作用在单位 质量空气上的力。即： 若 -P/n=1 hpa赤道度， 则 G0

4、0007Nkg。 （二）地转偏向力 （A）（图49） 1. 大小: A 2Vsin 为地球自转角速度,为纬度；V为风速。 2. 性质 图49 地转偏向力示意图 方向总是与空气运动的路径成直角 1）A只是物体相对于地面有运动时才产生。 （三）惯性离心力 (C) 惯性离心力的方向与向心力 的方向相反，同运动方向垂直（ 图410）。 Cv2 / r 2）在北半球，A垂直指向物体运动方向的右方，南半球 相反。 3）A是一个虚设的力，只改变运动方向，不改变运动速 度。 4）A的大小与风速和纬度的正弦成正比。 图410 惯性离心力 （四）摩擦力(R) R=-kV k为摩擦系数，V为风速。 内摩擦力与外摩擦

5、力的和，称为总摩擦力。 摩擦力在近地面层（地面至3050m）最为显著， 到12km以上，可以忽略不计，所以此高度以下称摩 擦层，以上称为自由大气。 二、自由大气中的空气运动 （）地转风 1. 定义 气压梯度力和地转偏向力达到平衡时 的风。 2. 形成（图411） 3. 方向 在北半球，风平行于等压线吹，背 风而立，高压在右，低压在左。这种关系称为风 压定律。 4. 大小 V= 图411 地转风形成 （二）梯度风 1.定义 在圆形气压场中， 当气压梯度力、地转偏 向力、惯性离心力三个力达到平衡时，空气沿曲线等 压线的无摩擦水平等速运动。 3.方向 在北半球，梯度风沿等压线吹，背风而立， 高压在右

6、，低压在左。 2.形成（图412） 4. 大小 在低气压中，GAC， 在高气压中，GCA。 图412 高低压中的梯度风 令Va、 Vc分别表示示高、低压中的梯度风。 则 则 四、摩擦层中的风 （一）摩擦力对风向的影响 在北半球，背风而立，高压在右后方，低压在左前方 （图413，图414）。 （二）摩擦层中风随高度的变化 随高度增高，风速增 大，风向右偏（图415）。 （三）风的日变化 风速：午后最大，夜间和清晨较小 （四）风的阵性 风向风速变化不定的现象，称为风的 阵性 . 图413 摩擦层中的风 图414 高低压中的摩擦风 图415 摩擦层中风随高度的变化 第四节 大气环流 一、平均经圈环流

7、（ 图416） 二、平均纬向环流 纬向风带：极地东风带、中纬度西风带和 低纬度东风带（又称信风带）。 气压带：极地高压带、副极地低压带、副 热带高压带和赤道低压带。 图416 平均经圈环流模式 在单一气压带、风带控制下，常形成单一的气候及景观， 而受不同气压带和风带交替控制的地区，常形成一年中干湿随 季节有明显变化的气候及景观。例如，撒哈拉、阿拉伯及澳大 利亚中西部等地区高温干燥的热带沙漠气候的形成，主要是由 于这些地区同处在副热带及信风带大陆中心和大陆西岸，受副 热带高压及信风的控制和影响而形成的，呈现沙漠景观。而受 副热带高压和西风交替控制的地中海沿岸、美国加利福尼亚州 沿岸、南非、澳大利

8、亚南端等地，形成了世界上著名的副热带 夏干气候（地中海气候） 季节性大气活动中心季节性大气活动中心 1 1月份月份7 7月份月份 北北 半半 球球 蒙古高压（西伯利亚高压）蒙古高压（西伯利亚高压） 北美高压北美高压 印度低压（塔尔低压）印度低压（塔尔低压） 北美低压北美低压 南南 半半 球球 南非低压南非低压 澳洲低压澳洲低压 南美低压南美低压 南非高压南非高压 澳洲高压澳洲高压 南美高压南美高压 半永久性大气活动中心半永久性大气活动中心 北北 半半 球球 夏威夷高压（太平洋高压）夏威夷高压（太平洋高压） 阿留申低压阿留申低压 亚速尔高压（大西洋高压）亚速尔高压（大西洋高压） 冰岛低压冰岛低压

9、 南南 半半 球球 南大西洋高压南大西洋高压 南印度洋高压南印度洋高压 副极地低压带副极地低压带 南太平洋高压南太平洋高压 第五节 季风和地方性风 （二）季风指数 1. 盛行风向的季节性变化1200 2. 1月、7月盛行风向的频率40% 3. 1月、7月平均风速3.0m/s。 （三）成因 主要是由于海陆之间的热力差异引起的。 （四）种类 一、 季风 （一）定义 大范围地区盛行风向随季节而改 变的现象。 1东亚季风 基本特征 ：对流层下部冬季盛行偏北风， 寒冷干燥，降水稀少；夏季盛行偏南风，炎 热湿润，降水丰沛。 2南亚季风 南亚季风 也叫做印度季风。 形成的主要原因是行星风带的季节性移动。 赤

10、道辐合带赤道辐合带 东南信风东南信风 东北信风东北信风 赤道赤道 南亚南亚 季风区季风区 冬季（东北信风）冬季（东北信风） 赤道辐合带赤道辐合带 东南信风东南信风 东北信风东北信风 南亚南亚 季风区季风区 夏季（西南季风）夏季（西南季风） 西南季风西南季风 南亚季风（印度季风）：南亚季风（印度季风）： 成因：成因：行星风带的季节性移动行星风带的季节性移动 热带季风区：热带季风区： 东区：两广、江西东区：两广、江西 南部、福建南部、福建 西区：西藏南部、西区：西藏南部、 云南云南 副热带季风区：副热带季风区： 东区：湖南（北）东区：湖南（北） 、安徽、江苏、上、安徽、江苏、上 海、浙江海、浙江

11、西区：青海南部、西区：青海南部、 四川大部、陕南、四川大部、陕南、 甘肃南部甘肃南部 温带季风区：温带季风区： 甘肃中西部地区、陕西中部和北部甘肃中西部地区、陕西中部和北部 、东北三省、内蒙东部、华北、东北三省、内蒙东部、华北 中国的季风分布状况中国的季风分布状况 二、地方性风：二、地方性风： 1 1、海陆风、海陆风（出现在沿海地区或岛屿上出现在沿海地区或岛屿上） 成因：成因：海陆昼夜热力差异。海陆昼夜热力差异。 白天白天 近地面气流：海洋近地面气流：海洋 陆地陆地 海风海风 夜间夜间 近地面气流：陆地近地面气流：陆地 海洋海洋 陆风陆风 强强弱弱 2 2、山谷风、山谷风（出现在山区）（出现在

12、山区） 白天白天 近地面气流：山谷近地面气流：山谷 山坡山坡 谷风（上坡风）谷风（上坡风） 夜间夜间 近地面气流：山坡近地面气流：山坡 山谷山谷 山风（下坡风）山风（下坡风） 昼昼 暖暖暖暖 冷冷 山坡山坡 山坡山坡 山谷山谷 夜夜 泠泠冷冷 暖暖 山坡山坡 山坡山坡 山谷山谷 山谷风对山地气候的影响 3焚风 （1）概念 气流越过高大山脉时，在山的 背风坡下沉绝热增温，形成炎热而干燥的风. （2）对农业生产的影响 初春的焚风可促使积 雪融化，有利于灌溉；夏末的焚风有利于粮食和水果 成熟。但强大持久的焚风则使植物遭受干害和引起森 林火灾。 白天为谷风，夜间为山风，统称山谷风。 作业： 1.测得山脚出的气压为1000hPa，气温为10，同时测 得山顶处的气压为700hPa，气温为0，求山高。 2. 一团未饱和空气，温度为25，相对湿度为75%，翻 越3500m高的山岭，假定这团空气的水汽含量在未达到 饱和时保持不变，并假定水汽凝结物全部留在迎风坡， 试计算： （1）迎风坡的凝结高度以及该高度处的气温和水汽压 。 （2）该团空气到达山顶时的温度和水汽压。 （3）背风坡山脚处的气温和相对湿度。