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1、第五章第五章 气气压和和风 气气压 作用于空气的力作用于空气的力 风本本章章内内容容国国国国际规际规范范范范单单位：帕帕斯卡位：帕帕斯卡位：帕帕斯卡位：帕帕斯卡 Pa Pa Pa Pa和百帕百帕斯卡和百帕百帕斯卡和百帕百帕斯卡和百帕百帕斯卡 hPa hPa hPa hPa 1hPa 1hPa 1hPa 1hPa100Pa100Pa100Pa100Pa100N100N100N100Nm2m2m2m2 规规范大气范大气范大气范大气压压0000，45N45N45N45NS S S S，海平面上，海平面上，海平面上，海平面上 P0 P0 P0 P0760mm760mm760mm760mm汞柱汞柱汞柱汞
2、柱1013.25hPa1013.25hPa1013.25hPa1013.25hPa第一第一节 气气 压 气气气气压压大气大气大气大气压强压强P P P P单单位面位面积积上所遭到的大气上所遭到的大气压压力。力。单单位面位面积积上空气柱的分量。上空气柱的分量。气气气气压压的的的的单单位位位位一、气一、气一、气一、气压压随高度的随高度的随高度的随高度的变变化化化化单单位截面位截面位截面位截面大气上界大气上界大气上界大气上界P1P1P1P1P2P2P2P2G G G Gz2z2z2z2z1z1z1z1 P P P PP1P1P1P1P2P2P2P2GGGG gVgVgVgV g g g gz2z2z
3、2z2z1z1z1z1 gzgzgzgz 取取取取z0z0z0z0 大气静力学方程大气静力学方程大气静力学方程大气静力学方程 dP dP dP dPgdzgdzgdzgdz g g g g 铅铅直气直气直气直气压压梯度梯度梯度梯度 单单位高度气位高度气位高度气位高度气压压差差差差dPdPdPdPdzdzdzdzdPdPdPdPdzdzdzdz 大气静力学方程大气静力学方程铅铅直气直气直气直气压压梯度梯度梯度梯度 g g g g z z z z P P P PdPdPdPdPdzdzdzdz气气气气压压高度高度高度高度海拔高度海拔高度海拔高度海拔高度（m m m m）气压气压气压气压（hPahP
4、ahPahPa） 30000 30000 30000 30000 12 12 12 12 16000 16000 16000 16000 100 100 100 100 11000 11000 11000 11000 250 250 250 250 5500 5500 5500 5500 500 500 500 500 3000 3000 3000 3000 700 700 700 700 1500 1500 1500 1500 850 850 850 850 0 0 0 0 1000 1000 1000 1000 zz2z1184001tmlog z 两点之间的高度差 z1 较低点的海拔高度
5、 z2 较高点的海拔高度 P1 较低点的气压 P2 较高点的气压 1273 tm 两点的平均温度，取tmt1t22P1P1P1P1P2P2P2P2 压压高公式高公式高公式高公式 地面天气情势图地面天气图、地面图地面天气情势图地面天气图、地面图 本站气压本站气压 海平面气压海平面气压 等高面海拔高度为等高面海拔高度为0 0上的等压线每隔上的等压线每隔2.5hPa2.5hPa图图二、气压的程度分布二、气压的程度分布气气气气压订压订正正正正 海平面气压场海平面气压场 海平面气压场的根本型式气压系统低低低低压压低气低气低气低气压压、气旋、气旋、气旋、气旋高高高高压压高气高气高气高气压压、反气旋、反气旋
6、、反气旋、反气旋D D D D逆逆逆逆时针时针旋旋旋旋转转向中心向中心向中心向中心辐辐合合合合绝热绝热上升上升上升上升多阴雨天气多阴雨天气多阴雨天气多阴雨天气G G G G顺时针顺时针旋旋旋旋转转向周向周向周向周围辐围辐散散散散绝热绝热下沉下沉下沉下沉多晴好天气多晴好天气多晴好天气多晴好天气槽低槽低槽低槽低压压槽槽槽槽脊高脊高脊高脊高压压脊脊脊脊D DG G高空天气情高空天气情高空天气情高空天气情势图势图高空天气高空天气高空天气高空天气图图、高空、高空、高空、高空图图等等等等压压面上的等高面上的等高面上的等高面上的等高线线每隔每隔每隔每隔4 4 4 4位位位位势势什米什米什米什米图图等高等高等
7、高等高线线的的的的单单位：位位：位位：位位：位势势高度高度高度高度 位位位位势势米、位米、位米、位米、位势势什米什米什米什米 1 1 1 1位位位位势势什米什米什米什米10101010位位位位势势米米米米 H H H Hzgzgzgzg9.8 H 9.8 H 9.8 H 9.8 H 位位位位势势高度位高度位高度位高度位势势米米米米 z z z z 海拔高度米海拔高度米海拔高度米海拔高度米 g g g g 重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度 高空气高空气高空气高空气压场压场 等压面与等高面的关系等等等等压压面面面面 PA PA PA PAPBPBPBPBPCPCPCPCP HAP HAP
8、HAP HAHBHBHBHBHC HC HC HC 等高面等高面等高面等高面 Ha Ha Ha HaHbHbHbHbHcHcHcHcH H H H ZAa ZAa ZAa ZAaZBbZBbZBbZBbZCc PaZCc PaZCc PaZCc PaPbPbPbPbPcPcPcPcA A A AB B B BC C C Ca a a ab b b bc c c cZAaZAaZAaZAaZBbZBbZBbZBbZCcZCcZCcZCc等等等等压压面面面面H H H HP P P P等高面等高面等高面等高面高空气高空气高空气高空气压场压场的根本型式气的根本型式气的根本型式气的根本型式气压压系系系
9、系统统低低低低压压D D D D逆逆逆逆时时针针旋旋旋旋转转高高高高压压G G G G顺顺时时针针旋旋旋旋转转脊脊脊脊G G G G脊脊脊脊线线脊前脊前脊前脊前脊后脊后脊后脊后槽槽槽槽D D D D槽槽槽槽线线槽前槽前槽前槽前槽后槽后槽后槽后第二第二节 作用于空气的力作用于空气的力 影响大气运动的作用力影响大气运动的作用力作用于空气的力作用于空气的力作用于空气的力作用于空气的力根本力牛根本力牛根本力牛根本力牛顿顿力力力力视视示力外示力外示力外示力外观观力力力力气气气气压压梯度力梯度力梯度力梯度力地心引力地心引力地心引力地心引力摩擦力摩擦力摩擦力摩擦力惯惯性离心力性离心力性离心力性离心力地地地地
10、转转偏向力偏向力偏向力偏向力程度方向作用于空气的力程度方向作用于空气的力程度方向作用于空气的力程度方向作用于空气的力程度气程度气程度气程度气压压梯度力梯度力梯度力梯度力 G G G G程度地程度地程度地程度地转转偏向力偏向力偏向力偏向力 A A A A惯惯性离心力性离心力性离心力性离心力 C C C C摩擦力摩擦力摩擦力摩擦力 R R R R一、程度气一、程度气一、程度气一、程度气压压梯度力梯度力梯度力梯度力G G G G x x方向上：气方向上：气压梯度梯度 气气压差差 dx dx A A：气：气压 p p 压力力 pdydz pdydz B B：气：气压p p dx dx 压力力p p d
11、x dxdydzdydz x x方向上的方向上的净压力：力：pdydzpdydzp p dx dxdydzdydz dxdydz dxdydz p p x x p p x x p p x x p p x x p p x x p p x x x x x xy y y yz z z zdxdxdxdxdydydydydzdzdzdzA A A AB B B Bp p p pp p p p dx dx dx dx p p p p x x x x0 0 0 0 x x方向上的方向上的净压力力 dxdydz dxdydz p p x x y y y y方向上的方向上的方向上的方向上的净压净压力力力力 d
12、xdydz dxdydz dxdydz dxdydz p p y y z z方向上的方向上的净压力力 dxdydz dxdydz p p z z 总的的净压力力 i i j j k kdxdydzdxdydz p dxdydzp dxdydz 由于由于 dxdydz dxdydzV Vm m 因此因此 作用于作用于单位位质量空气量空气块上的上的净压力气力气压梯度力梯度力 G G G G p p p p x x p p y y p p z z1 1 气压梯度力 G p 气压梯度p 气压梯度的方向：由高压指向低压 气压梯度力的方向：由高压指向低压 铅直气压梯度力 GZ 程度气压梯度力 Gn nxi
13、yj 程度气压梯度力是构成风的原始动力1 1 1 1 p p z z1 1 p p n n 二、程度地二、程度地二、程度地二、程度地转转偏向力科里奥利力、科氏力偏向力科里奥利力、科氏力偏向力科里奥利力、科氏力偏向力科里奥利力、科氏力 A AO O O OA A A AB B B B O O O OB B B Bx x x xy y y yO O O OA A A AxxxxyyyyB B B B以以以以圆盘圆盘外外外外为为参照系参照系参照系参照系以以以以圆盘为圆盘为参照系参照系参照系参照系 地转偏向力的方向：与运动方向垂直 北半球指向运动方向的右侧 南半球指向运动方向的左侧 F F2 2 V
14、V 程度地程度地转偏向力偏向力 A A A A2 2 V sin V sin 2 2 2424小小时 7.2910-5 7.2910-5 秒秒-1-1 静止静止 V V0 A0 A0 0 赤道赤道 0 A0 A0 0 北极北极 90 A90 A2 2 V V 作用于作用于作用于作用于单单位位位位质质量物体上的科里奥利力量物体上的科里奥利力量物体上的科里奥利力量物体上的科里奥利力 F F F F coscoscoscos sinsinsinsin 三、三、三、三、惯惯性离心力性离心力性离心力性离心力C C C C曲率中心曲率中心曲率中心曲率中心曲率半径曲率半径曲率半径曲率半径r r r rC C
15、 C CV V V V 惯性离心力的方向： 与运动方向垂直 由曲率中心指向外缘 作用于单位质量物体上的惯性离心力 C C 静止 V0 C0 直线运动 r C0 V2V2r r四、摩擦力四、摩擦力四、摩擦力四、摩擦力 R R R R 摩擦力的方向： 与运动方向相反 摩擦力 R RK V K 摩擦系数 摩擦层 R0 自在大气层 R0 第三第三节 风 平直等平直等平直等平直等压线压线的气的气的气的气压场压场中的中的中的中的风风 C C C C0 0 0 0 一、自在大气一、自在大气一、自在大气一、自在大气层层中的中的中的中的风风 R R R R0 0 0 0 空气所受的力：空气所受的力：G G、A
16、A 地转风地转风: A=G: A=G568568568568572572572572576576576576580580580580584584584584低低低低压压高高高高压压G G G GV V V VA A A AG G G GV V V VA A A AG G G GA A A AV V V V北北北北半半半半球球球球 弯曲等弯曲等弯曲等弯曲等压线压线的气的气的气的气压场压场中的中的中的中的风风 C0 C0 C0 C0空气所受的力：空气所受的力：G G、A A、C C 梯度风：梯度风： A+C+G=0 A+C+G=0G G G GA A A AV V V VD D D DC C C
17、C逆逆逆逆时时针针旋旋旋旋转转A A A AG G G GV V V VG G G GC C C C顺顺时时针针旋旋旋旋转转 在自在大气在自在大气在自在大气在自在大气层层中，中，中，中，风风沿着等沿着等沿着等沿着等压线压线吹。吹。吹。吹。 自在大气自在大气自在大气自在大气层层中的白中的白中的白中的白贝罗风压贝罗风压定律：定律：定律：定律：( ( ( (判判判判别风压别风压关系的定律关系的定律关系的定律关系的定律 北半球，背北半球，背北半球，背北半球，背风风而立，低而立，低而立，低而立，低压压在左，高在左，高在左，高在左，高压压在右，南半球相反。在右，南半球相反。在右，南半球相反。在右，南半球相
18、反。二、摩擦二、摩擦二、摩擦二、摩擦层层中的中的中的中的风风 R0 R0 R0 R0 平直等平直等平直等平直等压线压线的气的气的气的气压场压场中的中的中的中的风风 C C C C0 0 0 0 空气所受的力：空气所受的力：G G、A A、R R低低低低压压G G G GR R R RV V V V高高高高压压997.5997.5997.5997.51000.01000.01000.01000.01002.51002.51002.51002.51005.01005.01005.01005.0A A A A在摩擦在摩擦在摩擦在摩擦层层中，中，中，中，风风穿越等穿越等穿越等穿越等压线压线，向低，向低
19、，向低，向低压压偏偏偏偏转转。风风逆逆逆逆时针时针旋旋旋旋转转，向中心，向中心，向中心，向中心辐辐合合合合绝热绝热上升，多阴雨天气上升，多阴雨天气上升，多阴雨天气上升，多阴雨天气G G G GA A A AV V V VD D D DR R R RC C C CA A A AG G G GV V V VG G G GC C C CR R R R顺时针顺时针旋旋旋旋转转，向周，向周，向周，向周围辐围辐散散散散绝热绝热下沉，多晴好天气下沉，多晴好天气下沉，多晴好天气下沉，多晴好天气 弯曲等弯曲等弯曲等弯曲等压线压线的气的气的气的气压场压场中的中的中的中的风风 C0 C0 C0 C0 空气所受的力：
20、空气所受的力：G G、A A、C C、R R摩擦摩擦摩擦摩擦层层中的白中的白中的白中的白贝罗贝罗风压风压定律：定律：定律：定律：北半球：北半球：北半球：北半球： 背背背背风风而立，而立，而立，而立，低低低低压压在左前方，在左前方，在左前方，在左前方，高高高高压压在右后方。在右后方。在右后方。在右后方。南半球相反。南半球相反。南半球相反。南半球相反。二、摩擦二、摩擦二、摩擦二、摩擦层层中中中中风风的的的的变变化化化化 日日日日变变化化化化 近地近地近地近地层层白天午后最大，夜白天午后最大，夜白天午后最大，夜白天午后最大，夜间间和清晨最小；和清晨最小；和清晨最小；和清晨最小；上上上上层层白天午后白
21、天午后白天午后白天午后风风小，夜小，夜小，夜小，夜间风间风大大大大晴天晴天晴天晴天 阴天，阴天，阴天，阴天，陆陆地地地地 海洋海洋海洋海洋 年年年年变变化化化化 我国大部份地域春季是冷暖空气交替我国大部份地域春季是冷暖空气交替我国大部份地域春季是冷暖空气交替我国大部份地域春季是冷暖空气交替时时期，所以春季期，所以春季期，所以春季期，所以春季风风最大。最大。最大。最大。 普通北半球中普通北半球中普通北半球中普通北半球中纬纬度地域，冬季最大，夏季最小；度地域，冬季最大，夏季最小；度地域，冬季最大，夏季最小；度地域，冬季最大，夏季最小； 垂直垂直垂直垂直变变化化化化 摩擦摩擦摩擦摩擦层层：风风呈呈呈呈爱爱克曼克曼克曼克曼EkmanEkmanEkmanEkman螺螺螺螺线线分布分布分布分布摩擦摩擦摩擦摩擦层顶层顶：风风速接近地速接近地速接近地速接近地转风转风、风风向与等向与等向与等向与等压线压线平行。平行。平行。平行。
