1、第七章 气压与风,定义,风的基本特性,大气中的风速,空气相对于地面的运动称为风。一般情况下，风是指空气运动的水平分量。风向是指风吹来的方向，常用十六方位表示。风速是空气在单位时间内移动的水平距离，常用米秒-1为单位。,空气运动时，总是带有乱流性的，在固定的空间位置上，表现出风向和风速的明显变动，此现象称为风的阵性。因此，在风向、风速的仪器测定和资料使用上，就有瞬时值和平均值两种。,大气中水平风速一般为10102米秒-1，最大可达百米以上。垂直运动速度比水平风速小两个量级，为10-210米秒-1，仅在局部范围短时间内才出现每秒几米、十几米的数值。,风向通常用16个方位来表示，有的是用方位度(共分
2、360度)。,图 4-2 风向方位图,定义,单位,大气受到地球引力的作用，具有一定重量。地面上每平方米大约要承受十吨重的大气柱的压力，这个压力、就是大气压力。我们常说某地气压多少，就是指该地的单位面积上大气柱的重量。,第一节 气 压,气压随时间的变化,气压随高度的变化,气压的单位用水银柱高度毫米数表示(mmHgh)。气象上常用一种力的单位毫巴(mb)作为气压单位： 1hPa=1毫巴0.75毫米水银柱高=3/4毫米水银柱高。,为气柱中空 气的平均密度,静止大气中：,重力加速度,气柱厚度,所取两点的高度 Z1与Z2之差,气体膨胀系数，等于1/273,两点之间气柱的平均温度,例：已知某山脚处海拔高度
3、为130.0米，在山脚下测得气压为1006毫巴气温为178;同时,在山顶测得气压为873毫巴，气温为112。求该山顶的海拔高度是多少米?,解：已知P11006mb，t117.8，Z1130.0米;P2873毫巴，t211.2，求Z2?先求得两点的平均温度t14.5，代人公式 Z2-130.0l8400(1十14.5/273)lg(1006/873) 解得 Z2=1300米， 即该山的海拔高度约为1300米,3. 单位气压高度差,单位气压高度差是气压降低1hPa时高度升高 的距离， 单位为m/hPa,(二) 气压随时间的变化,1. 气压的日变化 地面气压的日变化有单峰、双峰和三峰等形式，其中以双
4、峰型最普遍，其日变化的规律是最高值出现在9-10时，次高值出现在21-22时；最低值出现在15-16时，次低值出现在3-4时。,气压的年变化 大陆冬季气压高，夏季气压低；海洋上则相反。气压的年变幅受气温年变化的影响，因此也与纬度、海陆性质、海拔高度及地形地势等有关。一般而论，大陆海洋，高纬低纬，低地势高地势。 气压的非周期性变化,三、气压的水平分布,气压的水平分布通常用等压线或等压面来表示。,(一)等压线 在海拔高度相等的平面上（等高面），气压相等的各点的连线称为等压线。等压线是按一定的气压间隔(2.5hPa)绘出的。从等压线形状和疏密程度可看出水平方向上气压分布形势。,(二)等压面图 空间气
5、压值相等的各点所组成的面，称为等压面。等压面不是水平面。气压高处，等压面上凸；气压低处，等压面下凹。图61中空间曲线代表等压面。,等压面形势图中，所用的等高线高度单位不是米，而是“位势什米”。位势就是将单位质量空气从海平面提高到某一高度z处，克服重力所作的功，也就是单位质量空气在海平面以上某高度z处的位能。一位势米等于单位质量的空气抬升一米所做的功。10位势米1位势什米。,我们在天气形势广播中听到的等高线的数值，就是位势什米数。等高线每隔4位势什米分析一条，如：850毫巴等压面(其海拔高度约为1500米)图上有144、148152等位势什米等高线。还有700毫巴、500毫巴等压面。,作用于运动
6、空气的力,水平气压梯度力,水平地转偏向力,惯性离心力,摩擦力,当空气质点作曲线运动时，受到惯性离心力的作用。其大小为：式中C为惯性离心力；V为空气质点的线速度； r为运动轨迹的曲率半径。,水平气压梯度是由高压指向低压的方向上(垂直于等压线方向)，单位距离内气压的改变量。其数值为 其中p为n距离内气压的改变量。气压梯度力的数值为：,摩擦力(R)的方向和运动方向相反，其大小和运动速度成正比： R-KV 式中K是摩擦系数，V为运动速度。,在转动的地球上，空气除了受到气压梯度力的作用外，还受到由于地球自转所造成的地转偏向力的作用。水平地转偏向力的大小可由下式表示：A2 V s in 式中 为地球自转角
7、速度，等于7.292xl0-5秒-1，V为风速； 为纬度。,（1）与风速成正比（2）与纬度成反比 （3）不论空气运动方向怎样改变，地转偏向力总是垂直于运动方向。在北半球，地转偏向力指向运动方向的右方；在南半球指向左方。地转偏向力只能改变运动的方向，不改变空气相对地球的运动速度。,自由大气受气压梯度力、地转偏向力和惯性离心力三个力作用。空气运动遵循风压定律：风速与水平气压梯度成正比，风向与等压线平行，在北半球，背风而立，高压在右，低压在左。南半球则相反。,根据风压定律，知道了气压的分布就可以推知风的分布，同样，知道了风的分布也可以反过来推知气压的分布。例如：北京附近等压线呈西南到东北走向，高气压
8、在东南侧，低气压在西北侧，按风压定律就可以知道北京吹西南风。反过来，如知道北京吹西南风，则可以推知北京的东南侧一定是气压高，而西北侧一定是气压低。,第三节 风,自由大气中的风摩擦层中的风,地转风,梯度风,自由大气(高层大气)的风(一)地转风1、地转风的概念和形成 在自由大气中空气作水平运动时会受到水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用，当这两力达到平衡时，空气会作水平等速直线运动，此时的风叫做地转风，以Vg表示。见图 4-8,图 4-8 地转风形成示意图,2、地转风的方向 地转风的方向与水平气压场之间的关系是，在北半球，背风而立，高压在右，低压在左；南半球相反，这个规律称为白贝罗风压定律。3、地
9、转风的大小,地转风的风速与水平气压梯度成正比，与空气密度及地理纬度的正弦成反比。并可得出以下几点结论：,当空气密度和地理纬度一定时，地转风的风速与气压梯度成正比。即地转风的风速随等压线的疏密程度而变，当等压线愈密时，地转风的风速愈大，等压线愈稀疏，地转风的风速愈小。 当空气的密度与气压梯度一定时，地转风的风速与地理纬度的正弦成反比，即低纬度地转风大于高纬度。但由于低纬度气压梯度力很小，地转风也很小。实际上，在赤道附近由于无地转偏向力(A0)与气压梯度力相平衡，所以不存在地转风。 当气压梯度和地理纬度不变时，地转风的风速与空气密度成反比。一般高空空气密度小，地转风的风速大，而低层由于空气密度大，
10、地转风风速小。,(二)梯度风1、 概念 在自由大气中，当空气作水平曲线运动时，作用于空气上的力，除了气压梯度和地转偏向力外，还有惯性离心力，三力达到平衡的风，称为梯度风。见图4-9,图4-9 高压和低压中的梯度风与地转风的比较,综上分析，可得出以下结论：(1)梯度风是气压梯度力、惯性离心力和地转偏向力三力达到平衡时的风。北半球，低压区 的梯度风按逆时针方向吹，高压区的梯度风按顺时针方向吹；南半球则相反。(2)在等压线为曲线的气压场中，梯度风是平行于等压线作等速运动。(3)北半球，梯度风与水平气压场之间的关系仍为：在北半球，背风而立，高压在右，低压在左；南半球则相反。即遵循白贝罗风压定律。,五、 摩擦层的风 摩擦风：有摩擦力参与，水平气压梯度力与水平地转偏向力，摩擦力保持平衡条件下所产生的风称为摩擦风。见图 4-10,图 4-10 摩擦风形成示意图,在摩擦层里，运动着的空气质点除受水平气压梯度力，地转偏向力，惯性离心力的作用外，还受摩擦力的作用。风向：在北半球，背摩擦风而立，高气压在右后方，低气压在左前方。南半球相反。,图 4-11 摩擦层低压（a）和高压（b）中的气流,
