航海气象（船长）

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1、1.空气的水平运动（Horizontal motion of air） 2.大气的垂直运动（Vertical motion of air） 3.大气稳定度（Atmospheric stability） 4.大气环流（General Circulation） 5.季风（Monsoons） 6.局地环流（Local circulation） 7.地方性风（Local wind）,大气的运动,作用在空气微团上的力,1. 重力(gravity)；大小为g9.8m/s2，方向向下，指向地心。 2. 水平气压梯度力(pressure gradient force): 由于作用在单位质量空气上的压力在水平方

2、向上分布不均匀，引起气压梯度力。大小为： ； 方向：垂直等压线从高压指向低压。 (1) Gn与成反比， Gn与气压梯度 成正比。 (2) 一定时， 大，等压线密集， Gn大。 (3) 一定时，大，空气浓密，Gn小。 (4) 若 =0, 两地没有气压差 Gn=0 无风。 Gn是使空气产生水平运动的原动力。,作用在空气微团上的力,3. 水平地转偏向力(deflection force of earth rotation) 由于地球自转,作用在运动物体上产生使运动物体发生偏转的力，称地转偏向力，又称可科利奥里力(Coriolis force)或科氏力。 大小为：A=2Vsin =7.29210-5/

3、s :地转角速度 V:风速 :纬度 方向：北半球，恒垂直于物体运动方向的右侧90度，南半球相反. 讨论： (1) A是物体相对于地球运动才产生的，静止物体不受其作用。 (2) 地转偏向力是虚拟力， 只改变物体的运动方向，不改变速度。 (3) 在北半球A恒垂直于物体运动的右方，南半球相反。 (4) A 与sin成正比，两极最大，赤道上为零 。,作用在空气微团上的力,4. 惯性离心力 指物体在作曲线运动时产生的一种虚拟力。 大小：与向心力相等 方向：与向心力相反。 表示： r为曲率半径 5. 摩擦力 运动物体受下垫面摩擦作用所产生的力。 表示式： R= -k V 方向与运动物体相反。 综上所述，根

4、据牛顿第二定律，,（地转风风速公式） （1）Vg与水平气压梯度成正比，即等压线密集，Vg大。 （2）Vg与空气密度成反比，气压梯度一定时，高空的Vg大于低空的Vg。 （3）Vg与纬度的正弦成反比，低纬Vg大于高纬Vg。 （4）赤道及其附近不遵守地转风原则。,地转风 当水平气压梯度力和水平地转偏向力达到平衡时，空气沿等压线（等压面）作无磨擦的直线运动，称地转风。即：,风压定律 (Buysballots law),在北半球自由大气中，风沿等压线吹，背风而立，高压在右，低压在左。 在南半球自由大气中，风沿等压线吹，背风而立，高压在左，低压在右。 它明确地揭示了气压场与风场之间的关系。,风压定律 (B

5、uysballots law),在北半球自由大气中，风沿等压线吹，背风而立，高压在右，低压在左。 在南半球自由大气中，风沿等压线吹，背风而立，高压在左，低压在右。 它明确地揭示了气压场与风场之间的关系。,梯度风,定义: 在自由大气中，当水平气压梯度力、科氏力和惯性离心力达到平衡时，所产生的风。此时风沿等压线无摩擦地作曲线运动。即: 在自然（流线）坐标中，梯度风 Vf0 平衡方程: 方程解:,低压中的梯度风,气旋性环流 Vf0 根号前取正号才有意义。 根号内f 则：Vf0 和Vf可以任意大。,高压中的梯度风,反气旋性环流 Vf0 当 根号前也取正号才有意义。 气压梯度和梯度风的大小受反气旋曲率限

6、制。曲率愈大（r愈小），气压梯度愈小，梯度风也小。反之相反。,关于梯度风的讨论,1. 在气旋中，G=A+C，只要气压梯度和梯度风按一定比例增大，三力的平衡总可建立。因此，气旋中气压梯度和风速可以任意大。 2. 在反气旋中， A=G+C，当气压梯度和梯度风按一定比例增大时，C比A增大的快，三力不能保持平衡。只有使气压梯度和梯度风减小，才能三力保持平衡。 3. 最大水平气压梯度和大风区常位于气旋中心附近和高压边缘区域。 4. 在中高纬度高压风速大，低纬风速小。,梯度风与地转风比较,平衡方程 利用地转关系 Vf2/r +fVf - fVg = 0 两边同除以fVf得：Vg/Vf= 1 + Vf /

7、(fr) 对于气旋，r0； 则： Vg VfVc 对于反气旋，r0； 则： Vg VfVa 因此，在水平气压梯度和曲率半径相同时，VaVgVc。实际上低压中的风比高压大，原因是低压中G大，不受限制。,摩擦中的风,在地面天气图上，由于地面作用，实际风不沿等压线吹，而与等压线存在一个交角，并偏向低压。此时的平衡为 地面实际风比地转风小，方向偏低压一侧。,摩擦层中的风压定律,在北半球摩擦层中，风斜穿过等压线吹，背风而立，高压在右后方，低压在左前方。在南半球高压在左后方，低压在右前方。 北半球，高压中风穿等压线沿顺时针方向向外辐散，低压中风穿等压线沿逆时针方向向中心辐合。,地面高压气流,地面低压气流,

8、大气的垂直运动,2. 水平辐合辐散引起的垂直运动：低层辐散引起下沉运动，低层辐合引起上升运动。 特点：水平范围大，垂直运动小。 3锋面上的垂直运动：指暖空气沿锋面坡度爬升产生上升运动。 4地形引起的垂直运动：当气流遇到高大地形或山脉时，在迎风坡产生上升运动，在背风坡产生下沉运动。,0m,1000m,3000m,大气稳定度的概念,如图小球处于三个不同位置，分别是稳定平衡，不稳定平衡和随遇平衡。 大气稳定度: 处于静力平衡状态的大气层中，一些空气块受到动力因子和热力因子的扰动，产生向上或向下的垂直运动。这种偏离其平衡位置的运动能否继续发展成为对流运动，是由大气层结，即温度和湿度的垂直分布所决定的。

9、大气层结具有的这种影响对流运动的特性称为大气稳定度，又称大气静力稳定度或大气层结稳定度。,稳定度判别的气块法,通常采用“气块法”判断静力稳定度。当一气块受外力作用在垂直方向上产生扰动后，周围大气有使它返回起始位置的趋势时，这种大气层结是稳定的；反之，大气有使它继续远离起始位置的趋势时，这种大气层结是不稳定的；若气块随时与周围大气取得平衡时，这种大气层结是中性的。,影响稳定度变化的因子：辐射和温度平流,大气稳定度判据,干绝热过程： d 层结稳定 = d 中性 d 层结不稳定 湿绝热过程： m 层结稳定 = m 中性 m 层结不稳定 干湿混合绝热过程 d 绝对不稳定 m d 条件不稳定 m 绝对稳

10、定,大气中的逆温,1逆温定义：在对流层中，某一时刻某气层温度随高度上升或不变的状态称逆温。逆温所在的气层称逆温层。 2逆温对天气的影响：逆温 存在好象一个盖子，能有效地抑制对流的发展，阻挡水汽和尘埃等向上输送。低层逆温，易发生雾或低云天气。 3逆温的种类：（1）辐射逆温：夜间辐射冷却形成的逆温。条件是陆地，晴朗和微风等；（2）平流逆温：暖空气流到冷的下垫面（陆面或水面）上形成的逆温。无日变化；（3）下沉逆温：高空空气绝热下沉增温而形成的逆温。多出现在高压区，范围广，厚度大；（4）乱流逆温：低层空气的乱流混合作用形成的逆温。多发生在摩擦层中部。（5）锋面逆温：冷暖气团交界的过渡层内形成的逆温。,

11、大气环流（General Circulation）,大气环流：一般是指具有全球性、大范围的空气运行现象，它的水平尺度在数千公里，垂直尺度在十公里以上，时间尺度大于24小时。大气环流反映了大气运动的基本状态和基本特征，是各种不同尺度天气系统活动的基础和背景。同时也是气候形成和演变的重要背景条件。通常认为影响大气环流的主要因子有：太阳辐射、地球自转、海陆分布不均匀等因素等影响。通过本章的学习，了解大气环流的基本状态和气压场、风场分布的基本特征。,太阳辐射单圈环流,假设：地球是静止的，下垫面性质均一。只考虑太阳辐射随纬度的不均匀性，赤道低纬由于受热垂直上升，极地高纬冷却下沉，高层空气由赤道流向极地，

12、低层空气由极地流向赤道，从而产生了一个简单的一圈环流，称单圈环流。,地球自转三圈环流,假设：下垫面性质均一。在太阳辐射随纬度不均匀和地球自转（地转偏向力）二个因子的作用下，从赤道到极地形成三圈环流，即赤道环流（哈德莱环流）、极地环流和中间环流（费雷尔环流）。,三圈环流和行星风带,气压带和风带的分布,气压带：赤道低压带，副热带高压带，副极地低压带和极地高压。南北半球对称。 风带：赤道无风带，信风带，副热带无风带，西风带和极地东风带。南北半球对称。,风带,一. 赤道无风带（Doldrums） 平均位于南北纬10范围内，特征：对流旺盛、平流微弱、云量多、温高、湿大、多雷雨、风微弱不定向，位置随季节南

13、北移动。,风带,二信风带（Trades Wind Zone） 位于副热带高压带与赤道低压带之间，平均位置在南北纬10-28附近。北半球吹东北信风，南半球吹东南信风。特征：风向常年稳定少变，风力一般34级，天气晴朗，大洋西部降水较多，位置随季节南北移动。 三. 副热带无风带（Horse Latitudes） 位于信风带和西风带之间，平均位于南北纬30附近。特征：内部多下沉气流，天气晴朗、少云、微风、陆上干燥、海上潮湿，位置随季节南北移动。,风带,四盛行西风带（Westerlies） 位于副热带高压带与副极地低压带之间，在南北纬30-60之间。大气主要自西向东运动，北半球主要为 SW风，南半球为N

14、W风。特征：此区域气旋活动频繁，天气十分复杂，常有大风和雷雨，风速较大，南半球在此范围内，除南美尖端外几乎没有陆地，常年盛行强劲的西风，7级以上的大风频率每月可达10天以上，故有“咆哮西风带”之称。位置随季节南北移动。 五极地东风带（Polar Easterlies） 位于南北纬60-90之间，北半球吹NE风，南半球吹SE风。,实际海平面平均气压场的基本特征,冬季：北半球受四个大范围的气压系统（又称大气活动中心）控制，它们是阿留申低压，冰岛低压，蒙古高压和北美高压。蒙古高压前部的偏北气流就是亚洲稳定的冬季季风。南半球在南太平洋，南大西洋和南印度洋分别是三个高压中心，在南非，澳大利亚和南美大陆上

15、是热低压组成的低压带。 夏季：北半球的大气活动中心有印度低压，北美低压，太平洋副高和大西洋副高，同时冰岛低压和阿留申低压明显减弱，范围大大缩小。南半球大陆上的高压加强伸展，在副热带纬度上，高压带环绕全球。 春秋两季属于过渡季节，北半球春季，原有的四个大气活动中心减弱，副热带高压开始增强。,冬季（1月）平均水平气压场,夏季（7月）平均水平气压场,大气活动中心,永久性大气活动中心：指常年存在的大范围气压区。如赤道低压带、海上副热带高压、南极高压、 冰岛低压、阿留申低压和南半球副极地低压带。 半永久性大气活动中心：指大范围的气压区随季节改变。如蒙古高压、北美高压、印度低压、北美低压、澳大利亚高压、南

16、美高压、非洲高压、澳大利亚低压、南美低压和非洲低压。 影响我国天气和气候的大气活动中心主要有：西伯利亚高压、阿留申低压、西太平洋副高、印度低压。 大气活动中心的季节变化必然引起大气环流的季节变化，而大气活动中心的短期变化对大范围的天气造成重大影响，它们是制作天气预报的背景条件。,季风（Monsoons）,季风定义：大范围风向随季节而有规律改变的盛行风。要求盛行风的方向改变120，盛行风频率占40。 季风的成因（Formation of Monsoons）： （1）海陆季风：由海陆之间热力异差引起的风系，随季节有极明显的变化，称海陆季风。 （2）行星季风：由于行星风带随季节移动而引起的风系变化，典型代表是南亚季风。 （3）青藏高原的地形作用：青藏高原在