基本氣象理論-01詳解課件

1、航 空 氣 象 學(xué)航 空 氣 象 學(xué)METEOROLOGY FOR PILOTS飛行技術(shù)專業(yè)水可載舟，亦可復(fù)舟。風(fēng)云變幻 氣象萬千 趨利避害 安全飛行風(fēng)云變幻 氣象萬千 趨利避害 安全飛行航 空 氣 象大氣對飛行活動的影響:1. 基本氣象要素變化對飛行的影響:2. 空氣運(yùn)動對飛行的影響:3. 天氣現(xiàn)象對飛行的影響.隨著航空事業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)性能的提高，大型飛機(jī)的增多，氣象對飛行的影響不但依然存在，而且對航空氣象保障提出了更高的要求。目前，飛行活動與氣象條件之間的關(guān)系，正在從氣象條件決定能否飛行，變?yōu)樵趶?fù)雜氣象條件下如何飛行的問題。概 述 本教程是根據(jù)飛行員培訓(xùn)大綱要求，參考多種相關(guān)教材編寫而成的

2、。主要介紹如下內(nèi)容 基本氣象原理； 各種類型天氣的發(fā)展過程及其預(yù)測； 對飛行有嚴(yán)重影響的天氣現(xiàn)象及如何避免 它們的影響。航 空 氣 象 一 大 氣 二 基本氣象要素 三 大 氣 的 運(yùn) 動 第一章 基本氣象理論航 空 氣 象航 空 氣 象 地球周圍包圍著一層深厚的空氣圈，稱為地球大氣，簡稱大氣(atmosphere)。 大氣不停地運(yùn)動，不斷地變化，呈現(xiàn)出各種各樣的天氣(weather)現(xiàn)象。大氣的狀態(tài)用氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)、云、降水、能見度等基本氣象要素(meteorological element)表示。第一節(jié) 大氣 一、 大氣的成分 1. 干潔空氣 無水汽、無雜質(zhì)的混合氣體, 氮(78%)

3、、氧(21%)、氬、二氧化碳、臭氧占干空氣總體積含量的99.97%； 2. 水汽 大氣中唯一能發(fā)生相變的成分,來源于地面。含量不多,按容積計算,只占0-5%. 但作用重要； 3. 氣溶膠粒子 (大氣雜質(zhì)) 水汽凝結(jié)物水滴和冰晶，懸浮的固體煙粒、鹽粒、塵粒、各種凝結(jié)核以及帶電離子等。第一章 基本氣象理論 氣態(tài) 液態(tài) 固態(tài) 相變航 空 氣 象干 潔 空 氣 的 成 分 氮?dú)?78%其他氣體 1%氧氣 21% 氬 氦 二氧化碳 氖第一章 基本氣象理論航 空 氣 象第一章 基本氣象理論*海 面陸 地凍 結(jié)融 化蒸發(fā)升華凝 結(jié)*蒸發(fā)凝華雨*雪水 滴冰 晶露凝 結(jié)蒸發(fā)凝 結(jié)霧霜凝 華水汽相變與循環(huán)*航 空

4、 氣 象第一章 基本氣象理論對天氣影響較大的大氣成分： 干潔空氣 各種成分的氣體（除臭氧外） 不能直接吸收太陽輻射，大量的太陽 輻射可穿過大氣層到達(dá)地面，使地面增溫。 二氧化碳 吸收地面受熱后放出的長波輻射，而使熱量不能大量向外 層空間散發(fā)，對地球具有“溫室效應(yīng)”的作用。 臭氧 強(qiáng)烈吸收太陽紫外線輻射而使臭氧層增溫，改變大氣溫度的垂 直分布，同時也使地球生物免受了過多紫外線的照射。 航 空 氣 象第一章 基本氣象理論對天氣影響較大的大氣成分： 水汽 相變產(chǎn)生云、霧、露、霜、雨、雪、雹等天氣現(xiàn)象；相變過程中放出或吸收熱量，影響地面和空氣的溫度。在大氣中運(yùn)動的水汽，通過狀態(tài)變化傳輸熱量，而熱量的傳

5、遞又是大氣中的一個重要物理過程，與氣溫及天氣變化關(guān)系密切。 大氣雜質(zhì) 在一定的天氣條件下，大氣雜質(zhì)常聚集在一起，形成云、霧、雨、雪、風(fēng)沙等天氣現(xiàn)象，使大氣透明度變差，并能吸收、散射和反射地面和太陽輻射，影響大氣溫度。此外，固體雜質(zhì)還可充當(dāng)水汽的凝結(jié)核，在云、霧、降水等的形成過程中起著重要的作用。大氣垂直分層示意圖二、 大氣的結(jié)構(gòu) 大氣表現(xiàn)為一定的層狀結(jié)構(gòu)。 主要根據(jù)垂直方向上大氣溫度分布的特點(diǎn)，將大氣由下至上分為對流層、平流層（同溫層）、中間層、暖層（電離層）和散逸層等五個層次。The gaseous mass or envelope surrounding a celestial body,

6、 especially the one surrounding Earth, and retained by the celestial bodys gravitational field.大氣層指環(huán)繞天體的氣團(tuán)或氣層，尤指環(huán)繞地球的氣團(tuán)，被天體重力場所束縛12345航 空 氣 象大 氣 的 分 層平流層對流層中間層暖 層對流層頂80 90km50 60km7 10km17 20km第一章 基本氣象理論TroposphereStratosphereMesosphereThermosphereATMOSPHERIC LEVELS散逸層ExosphereTropopause 對流層(troposp

7、here)大氣熱量的直接來源主要是空氣吸收地面發(fā)出的長波輻射，靠近地面的空氣受熱后熱量再向高處傳遞。 平流層(stratosphere)大氣熱量主要來自臭氧對太陽紫外線的吸收。航 空 氣 象第一章 基本氣象理論航空活動主要在對流層和平流層中進(jìn)行對流層的三個主要特點(diǎn)：氣溫隨高度的增高而降低；空氣具有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動(垂直混合)；氣象要素的水平分布不均勻。 厚度隨緯度和季節(jié)而變 低緯厚于高緯 夏季厚于冬季對流層上界高度隨緯度的變化緯度 0-30：1718km;緯度 30-60：1012km;緯度 60以上89km 在對流層中，水汽和二氧化碳對大氣溫度變化的影響最大。航 空 氣 象第一章 基本氣象理論

8、 對流層集中了約75%的大氣質(zhì)量和90%以上的水汽。 氣溫隨高度增高而降低氣溫隨高度增高而升高氣溫隨高度不變逆溫層(inversion)等溫層(isothermal)航 空 氣 象第一章 基本氣象理論氣溫垂直遞減率(Lapse Rate of Air Temperature)氣溫垂直遞減率 每上升單位高度時的氣溫降低值，用表示。= - T/Z 航 空 氣 象 已知某地的地面氣溫為T0(C)，可大致推算該地Z(m) 高度上的氣溫TZ(C) : TZ = T0 Z TZ = T0 0.65在對流層中，平均取=0.65 C/100m，則TZT0ZZ 或 TZ = T0 0. 0065Z東 X北 Y天

9、第一章 基本氣象理論Z100航 空 氣 象第一章 基本氣象理論三、 大氣的基本性狀 1. 大氣的基本物理性質(zhì) 連續(xù)性 宏觀上把流體視為連續(xù)介質(zhì)，大氣亦然； 流動性 大氣流動形成風(fēng)； 壓縮性 流體皆可壓縮，氣體壓縮性 大于液體；氣流速度很小時， 其壓縮性不甚顯著；大范圍空氣近似地當(dāng)作不可壓縮流體； 粘 性 兩層流體相對運(yùn)動，其間有力相互牽制。相對速度很小時， 粘性對流體的運(yùn)動不起主導(dǎo)作用。 2. 狀態(tài)方程 用以描述理想氣體狀態(tài)的三個參量-壓力、溫度、體積（或密度）之間的關(guān)系式： P = RT R為比氣體常數(shù)，因氣體不同而異。干空氣的R為287焦耳/千克度(開)。 適用于通常大氣溫度和壓強(qiáng)下的干空

10、氣和未飽和濕空氣。航 空 氣 象第一章 基本氣象理論第二節(jié) 基本氣象要素 表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象通稱為氣象要素。氣溫、氣壓、濕度、等物理量和風(fēng)、云、降水、能見度等天氣現(xiàn)象都是氣象要素。 氣溫、氣壓、濕度是三大基本氣象要素。一、 氣溫(air temperature)（一）氣溫的概念 氣溫是表示空氣冷暖程度的物理量，它實質(zhì)上是空氣分子平均動能（內(nèi)能）大小的宏觀表現(xiàn)。 氣溫通常用三種溫標(biāo)來量度。 100 212 373.16 0 32 273.16 180等份100等份冰 點(diǎn)沸 點(diǎn)常用溫標(biāo) C F K0-273.16冰、水和水汽 平衡共存分子熱運(yùn)動的動能為零一個大氣壓下的水Temperat

11、ure Scales航 空 氣 象 1. 攝氏 ( Celsius )溫標(biāo)（ C） C=5/9x(F-32) 2. 華氏 (Fahrenheit)溫標(biāo)（ F） F=9/5xC+32 3. 開氏 ( Kelvin )溫標(biāo)（ K） K=C+273.16（二）.氣溫的增熱和冷卻 氣溫的變化實質(zhì)上是空氣內(nèi)能的變化的反映 1. 氣溫的非絕熱變化 空氣塊與外界交換熱量而產(chǎn)生的溫度變化方式有輻射、傳導(dǎo)、對流、亂流、水相變化蒸發(fā)（升華）和凝結(jié)（凝華）等。 空氣與地面之間交換熱量，最主要是長波輻射； 氣層之間交換熱量，主要依靠對流和亂流。 2. 氣溫的絕熱變化 空氣塊由于自身內(nèi)能增減而產(chǎn)生的溫度變化： 一團(tuán)空氣

12、絕熱上升，體積膨脹，其一部分內(nèi)能反抗外界壓力而作功，溫度下降；反之，外力作功，轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膬?nèi)能，溫度升高。第一章 基本氣象理論 Every physical process of weather is accompanied by a heat exchange.氣塊作干絕熱運(yùn)動時溫度的變化航 空 氣 象第一章 基本氣象理論空氣塊被壓縮，外界對空氣塊做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其溫度升高?？諝鈮K膨脹，空氣塊對外界做功消耗內(nèi)能，其溫度降低。航 空 氣 象 引起空氣溫度變化的絕熱因素和非絕熱因素常常是同時存在的,但因條件不同而有主次之分,當(dāng)氣塊作水平運(yùn)動或靜止不動時,非絕熱變化是主要的,當(dāng)氣塊作垂直運(yùn)動時,絕

13、熱變化是主要的。 a. 干空氣溫度的絕熱變化(無水相變化) d=1 C/100 m b. 濕空氣溫度的絕熱變化(有水相變化) m=0.4 - 0.7 C/100 m 第一章 基本氣象理論航 空 氣 象第一章 基本氣象理論二、 氣壓(air pressure)（一）氣壓的概念及其單位 由地球周圍大氣的重量而產(chǎn)生的壓強(qiáng)，簡稱氣壓。在靜止大氣中任一高度上的氣壓值，等于其單位面積上垂直空氣柱的重量。 氣壓的單位為帕斯卡*，簡稱帕（Pa）。氣象部門以百帕（hPa）為單位,亦用毫巴（mb）表示。 一百帕=1000達(dá)因/厘米2=100牛頓/米2 氣壓的另一個單位為毫米水銀柱高（mmHg）。 兩種氣壓單位的換

14、算關(guān)系為 1mmHg 1.333hPa 1hPa 0.75mmHg * Pascal(1623-1662) 法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、哲學(xué)家1643HghTorricelli (1608-1647)航 空 氣 象（二）氣壓隨高度的變化 氣壓總是隨高度遞減的,但遞減的快慢程度卻不一樣。低層較快，高層較慢。 在近地面層中，高度每升高100米，氣壓約降低9.5mmHg。 1. 大氣靜力學(xué)基本方程 大氣靜力學(xué)基本方程（簡稱靜力方程）表示的是：大氣在垂直方向上所受的作用力達(dá)到平衡時，氣壓隨高度變化的定量關(guān)系，即 dP = -gdz 2. 壓高公式及其應(yīng)用 壓高公式 較好地解決了壓力和高度間的定量關(guān)系，應(yīng)用它

15、可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下氣壓與高度間的換算，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)制作飛機(jī)上的氣壓高度表。 z2 -z1= 18400(1+t)lg(P1/P2) =1/273第一章 基本氣象理論航 空 氣 象氣 壓 隨 高 度 的 變 化第一章 基本氣象理論 為什么氣壓總是隨高度而降低？ 在大氣處于靜止?fàn)顟B(tài)時，某一高度上的氣壓值等于其單位水平面積上所承受的上部大氣柱的重量。隨著高度增加，其上部大氣柱越來越短，且氣柱中空氣密度越來越小。近地面層中, -9.5mmHg/100m航 空 氣 象（三）常用的幾種氣壓值 1. 本站氣壓(station pressure) 本站氣壓是指氣象臺氣壓表所在高度上的氣壓。它也是推算其它各

16、種氣壓值的基礎(chǔ)。每小時測定一次。 2. (修正)海平面氣壓(sea-level pressure) 海平面氣壓是指把本站（海拔1500m以下）氣壓推算到同一地點(diǎn)海平面處的氣壓。用于繪制地面天氣圖。 3. 標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓(standard atmospheric pressure) 標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的海平面氣壓，為一固定數(shù)值： 760mmHg或1013.25百帕。亦用于飛機(jī)在航線上的飛行。 4. 場面氣壓(aerodrome pressure) 場面氣壓一般是指離跑道面三米高處的氣壓。國際民用航空公約附件三中，建議用著陸跑道入口端處的氣壓，通?？捎脵C(jī)場標(biāo)高處的氣壓代替。多在飛機(jī)起飛和

17、著陸時使用。 第一章 基本氣象理論常用的幾種氣壓值760mmHg機(jī)場跑道面海平面3m氣象臺本站氣壓海平面氣壓標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓場面氣壓實測實測或推算推算規(guī)定航 空 氣 象第一章 基本氣象理論飛 機(jī) 的 飛 行 高 度QNEQFE*QNH*AGLMSLISA SL* 在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，場壓高QFE=相對高度，海壓高QNH=絕對高度。航 空 氣 象第一章 基本氣象理論飛行中常用的幾種氣壓高度：1. 場面氣壓高度(QFE) 飛機(jī)相對于起飛或著陸機(jī)場跑道的高度。為使氣壓式高度表指示場面氣壓高度，飛行員需按場壓來撥正氣壓式高度表，將氣壓式高度表的刻度撥正到場壓值上。2. 標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓高度(QNE) 飛機(jī)相

18、對于標(biāo)準(zhǔn)海平面的高度。飛機(jī)在航線上飛行時，都要按標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓調(diào)整高度表，目的是使所有在航線上飛行的飛機(jī)都有相同的“零點(diǎn)”高度，并按此保持規(guī)定的航線儀表高度飛行，以避免飛機(jī)在空中相撞。3. 修正海平面氣壓高度(QNH) 如果按修正海平面氣壓撥正氣壓式高度表，則高度表將顯示出修正海平面氣壓高度。在飛機(jī)著陸時，將高度表指示高度減去機(jī)場標(biāo)高就等于飛機(jī)距機(jī)場跑道面的高度。航 空 氣 象第一章 基本氣象理論（四）氣壓的水平分布的基本型式 氣壓場氣壓的空間分布。 水平氣壓場某一平面（通常取為海平面）上的氣壓分布。 氣壓系統(tǒng)低壓、低壓槽、高壓、高壓脊、鞍型氣壓區(qū)等壓線 一 isobar脊 一 ridge槽

19、一 trough 高壓 一 high低壓 一 low鞍形區(qū) 一 col航 空 氣 象第一章 基本氣象理論低壓與低壓槽的空間等壓面低壓與低壓槽的空間等壓面高壓與高壓脊的空間等壓面鞍形氣壓場的空間等壓面航 空 氣 象第一章 基本氣象理論水平氣壓梯度 (horizontal gradient of pressure) 表現(xiàn)為等壓線的疏密程度，反映出氣壓在水平方向上變化的快慢。 水平氣壓梯度是一個向量，它的方向垂直于等壓線，從高壓指向低壓，它的大小等于沿這個方向上單位距離內(nèi)的氣壓差，即 Gn = - 為沿氣壓梯度方向上兩點(diǎn)間的距離， 為這兩點(diǎn)間的氣壓差。 規(guī)定氣壓梯度方向與 方向（從高壓指向低壓）一致

20、時取正。 水平氣壓梯度的單位通常用百帕/赤道度來表示。 一赤道度是指赤道上經(jīng)度相差一度的緯圈長度,其值約為111km。PNPNN高NP-1P-2P-3P航 空 氣 象 度量空氣中水汽含量多少或空氣干濕程度的物理量，稱為濕度。它有兩方面的含義，即水汽含量和飽和程度。（一）常用的濕度表示方法1. 絕對濕度(absolute humidity) （a） 由單位體積空氣中所含的水汽質(zhì)量。它的單位是克/米3。2. 水汽壓(water vapor pressure) （e） 大氣中的水汽所產(chǎn)生的那部分壓力。它是大氣壓力的一部分。水汽含量達(dá)到飽和限度時的水汽壓，叫飽和水汽壓（E）。飽和水汽壓的大小僅與氣溫有

21、關(guān)。第一章 基本氣象理論三、 濕度( air humidity)不同溫度下的飽和水汽壓航 空 氣 象 3. 相對濕度(relative humidity) （f） 空氣中的實際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的百分比。 f = e/E100% 通常，氣溫變化對相對濕度的影響，比水汽變化影響要大。4. 露點(diǎn)溫度(dew-point) （td） 當(dāng)空氣中水汽含量不變且氣壓一定時，如氣溫不斷降低，使空氣達(dá)到飽和的溫度。5. 溫度露點(diǎn)差(dew-point deficit) （t - td） 氣溫 露點(diǎn)溫度 絕對濕度、水汽壓、露點(diǎn)溫度是表示空氣中水汽含量的多少；而相對濕度、溫度露點(diǎn)差則表示空氣距離飽和的程

22、度。第一章 基本氣象理論航 空 氣 象第一章 基本氣象理論空氣團(tuán)的相對濕度、溫度和露點(diǎn)的關(guān)系航 空 氣 象 實際大氣中作上升運(yùn)動的空氣塊，一方面由于體積膨脹而絕熱降溫，另一方面由于氣壓的減小其露點(diǎn)溫度也有所降低。但氣溫的降低速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于露點(diǎn)溫度的降低速度，因而空氣塊只要能上升到足夠的高度就能達(dá)到飽和（氣溫和露點(diǎn)趨于一致）。 一般而言，未飽和空氣每上升100m, 溫度下降約1C，而露點(diǎn)溫度下降約0.2 C，因此氣溫露點(diǎn)差的減小速度約為0.8 C/100m。 （二）空氣濕度的變化 1. 空氣中水汽含量的變化 水汽含量與地表和氣溫有關(guān)，地表潮濕、氣溫高，水汽含量多。 2. 空氣飽和程度的變化 空氣飽

23、和程度與氣溫和水汽含量有關(guān)，氣溫低、水汽含量多，離飽和程度近。 第一章 基本氣象理論航 空 氣 象-56.5 第一章 基本氣象理論四、 標(biāo)準(zhǔn)大氣(ISA) 比較飛機(jī)性能和設(shè)計大氣數(shù)據(jù)儀表的需要 目前由國際民航組織(ICAO)統(tǒng)一采用的30公里以下標(biāo)準(zhǔn)大氣的主要數(shù)據(jù)是：（1）干潔大氣，垂直方向上成份（各種氣體的比例）不改變，平均分 子量為28.9644（以12C為標(biāo)準(zhǔn)）；（2） 具有理想氣體的性質(zhì)；（3） 標(biāo)準(zhǔn)海平面的重力加速度為g0=9.80665m/s2；（4） 在平均海平面上，氣溫為T0=15C=288.16 K ，氣壓為 P0=1013.25hPa(mb)或760mmHg 或29.92i

24、nHg或1個大氣壓，空氣 密度為0=1.225kg/m3；（5） 處于流體靜力平衡狀態(tài)；（6） 氣溫的垂直遞減率，在海拔11公里以下為0.65/100m，1120 公里為零 (即氣溫隨高度不變 ) ，2030公里為 -0.1/百米。航 空 氣 象一、 風(fēng)的形成和風(fēng)壓定理（一）風(fēng)的表示和測量 風(fēng)是指空氣相對于地面的水平運(yùn)動。 方向：在氣象上，風(fēng)向是指風(fēng)的來向。以方位或方位角表示。 風(fēng)速：單位時間內(nèi)空氣運(yùn)動的水平距離。速度單位。 空氣時刻都在運(yùn)動， 水平 風(fēng)(wind) 升降 對流(convection) 不規(guī)則的小范圍渦旋運(yùn)動 亂流(turbulence) （或湍流）較有規(guī)律的大范圍空氣運(yùn)動第一

25、章 基本氣象理論第三節(jié) 大氣的運(yùn)動 由于空氣的運(yùn)動，使得各地區(qū)和各高度之間的熱量、水汽、雜質(zhì)等得以輸送和交換，從而使大氣始終保持一種平衡狀態(tài)。航 空 氣 象第一章 基本氣象理論風(fēng)速單位的換算關(guān)系是：1米/秒=3.6公里/小時1海里/小時1.852公里/小時 0.5米/秒 風(fēng)的方位和方位角航 空 氣 象第一章 基本氣象理論 風(fēng)力等級 風(fēng)速對照表風(fēng)力等級與風(fēng)速（米/秒）之間有如下近似關(guān)系：1 4級 風(fēng)速1.5風(fēng)力等級512級 風(fēng)速3.8風(fēng)力等級 10航 空 氣 象風(fēng)的測量儀器探測：風(fēng)向風(fēng)速儀近地面風(fēng) 測風(fēng)氣球高空風(fēng)風(fēng)袋飛行員觀測跑道區(qū)風(fēng)向風(fēng)速多普勒測風(fēng)雷達(dá)機(jī)場區(qū)域內(nèi)一定高度風(fēng)的分布 目視估計： 按

26、風(fēng)力等級表第一章 基本氣象理論 航 空 氣 象第一章 基本氣象理論1. 水平氣壓梯度力G (pressure gradient force) 水平氣壓梯度引起的作用在單位質(zhì)量空氣上的壓力差。 水平氣壓梯度力的方向與水平氣壓梯度方向一致，垂直于等壓線，從高壓指向低壓，它的大小與水平氣壓梯度成正比，與空氣密度成反比。即 G = - PN（二）風(fēng)的形成1 同一水平面上空氣密度通常變化不大，因此，一般水平氣壓梯度越大的地方，水平氣壓梯度力也越大。航 空 氣 象2. 科氏力 Coriolis Force(地球自轉(zhuǎn)偏向力) A 由于地球自轉(zhuǎn)所引起的、使相對于地球運(yùn)動的物體偏離原來運(yùn)動方向的力。科氏力是一種

27、慣性力，它不改變運(yùn)動物體速度的大小，而只改變其方向。它是虛力，但具有實力的作用。第一章 基本氣象理論（二）風(fēng)的形成地球自轉(zhuǎn)對空氣運(yùn)動的作用轉(zhuǎn)動的圓盤顯示地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)航 空 氣 象科氏力的大小為A = 2Vsin即A的大小與風(fēng)速及緯度的正弦成正比?？剖狭Φ姆较虼怪庇谖矬w運(yùn)動的方向，在北半球指向右，在南半球指向左。第一章 基本氣象理論（二）風(fēng)的形成轉(zhuǎn)動角速度sin北半球風(fēng)與科氏力的關(guān)系航 空 氣 象3. 摩擦力R( friction) 當(dāng)空氣在近地面運(yùn)動時，地表對空氣運(yùn)動要產(chǎn)生阻礙作用，即產(chǎn)生摩擦力。 R = - kV k 為摩擦系數(shù)，V 為空氣運(yùn)動速度。 摩擦力的作用可通過空氣分子、微團(tuán)的運(yùn)動向

28、上傳遞，一直到摩擦層頂部。第一章 基本氣象理論（二）風(fēng)的形成4. 慣性離心力C( inertial centrifugal force) 當(dāng)空氣在水平方向上相對于地球表面作曲線運(yùn)動時，還要受到慣性離心力的作用。慣性離心力的方向與速度V垂直，由曲率中心指向外緣，其大小為 C = mV2/r V 為空氣運(yùn)動的線速度， r為曲率半徑， m為空氣塊質(zhì)量。航 空 氣 象 氣壓梯度力使空氣由高壓區(qū)流向低壓區(qū)。一旦空氣開始運(yùn)動，就要受到科氏力的作用，在北半球，科氏力使空氣向右偏轉(zhuǎn)，在高壓區(qū)形成了順時針旋轉(zhuǎn)的氣流，在低壓周圍氣流的方向是逆時針的。這種偏轉(zhuǎn)一直進(jìn)行到氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力達(dá)到平衡（兩者大小相等、

29、方向相反），這時風(fēng)（地轉(zhuǎn)風(fēng) geostrophic wind）的流向大約與等壓線平行。第一章 基本氣象理論 作用于空氣上的水平力有：水平氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力（科氏力）、摩擦力和慣性離心力。 這些水平力使空氣產(chǎn)生水平運(yùn)動，形成風(fēng)。（二）風(fēng)的形成地轉(zhuǎn)風(fēng)的形成航 空 氣 象氣流逆時針旋轉(zhuǎn)氣流順時針旋轉(zhuǎn)第一章 基本氣象理論低壓區(qū)高壓區(qū)航 空 氣 象 摩擦層 對流層下層 （離地1500m高度以下） 的空氣受地形擾動 和 地表摩擦作用最大，氣流混亂，稱為摩擦層。 自由大氣 在1500m高度以上，大氣幾乎不受地表摩擦的影響，稱為自由大氣。 第一章 基本氣象理論航 空 氣 象 自由大氣中的風(fēng)壓定理 風(fēng)沿著等

30、壓線吹，在北半球背風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。等壓線越密，風(fēng)速越大。南半球風(fēng)的運(yùn)動方向與北半球相反。自由大氣中風(fēng)與氣壓場的關(guān)系第一章 基本氣象理論（三）風(fēng)壓定理航 空 氣 象 摩擦層中的風(fēng)壓定理 風(fēng)斜穿等壓線吹*，在北半球背風(fēng)而立，高壓在右后方，低壓在左前方。等壓線越密，風(fēng)速越大。南半球風(fēng)的運(yùn)動方向與北半球相反。摩擦層中風(fēng)與氣壓場的關(guān)系 * 斜穿角度取決于摩擦力大小，地面越粗糙，風(fēng)與等壓線的交角越大。陸地大于（約30450）水面（約15200） 。第一章 基本氣象理論（三）風(fēng)壓定理航 空 氣 象 第一章 基本氣象理論（四）風(fēng)的變化 1. 摩擦層中在北半球隨高度增加，風(fēng)速增大，風(fēng)向右偏；風(fēng)的陣性

31、：由亂流渦旋運(yùn)動迭加引起 2. 自由大氣中 熱成風(fēng): 風(fēng)沿著等溫線吹,在北半球熱成風(fēng)而立,高溫在右手,低溫在左手,等溫線越密,風(fēng)速越大. 3. 地方性風(fēng) 海陸風(fēng) (發(fā)生在海邊的水、陸間) 山谷風(fēng) (發(fā)生在山區(qū)的坡、谷間) 峽谷風(fēng) (產(chǎn)生于山口、河谷) 焚 風(fēng) (出現(xiàn)在山脈的背風(fēng)坡)BA陣風(fēng)的形成氣溫水平差異產(chǎn)生的風(fēng)航 空 氣 象第一章 基本氣象理論海陸風(fēng)山谷風(fēng)海 風(fēng)陸 風(fēng)山 風(fēng)谷 風(fēng)航 空 氣 象第一章 基本氣象理論焚 風(fēng)峽谷風(fēng)航 空 氣 象二、 空氣的垂直運(yùn)動 起因于空氣塊所受的垂直氣壓梯度力與重力不平衡 對流是由于空氣塊與周圍大氣有溫度差異而產(chǎn)生的、強(qiáng)烈而比較有規(guī)則的升降運(yùn)動。局地空氣的熱

32、升冷降運(yùn)動，就是空氣的對流運(yùn)動。對流能否發(fā)展取決于大氣穩(wěn)定度。 大氣穩(wěn)定度是指大氣對垂直運(yùn)動的阻礙程度。 大氣是否穩(wěn)定，通常用周圍空氣的溫度直減率（ ）與上升空氣塊的絕熱直減率（ d 或m ）對比來判斷。 對于干空氣和未飽和濕空氣而言， 當(dāng) d時，大氣是不穩(wěn)定的； 當(dāng) = d時，大氣是中性穩(wěn)定的。 對于飽和濕空氣而言， 當(dāng) m 時，大氣是不穩(wěn)定的； 當(dāng) = m 時，大氣是中性穩(wěn)定的。 d= 1C/100m m= 0.4 0.7C/100m第一章 基本氣象理論(一) 對流運(yùn)動和大氣穩(wěn)定度(atmospheric stability)靜力平衡的三種狀態(tài) 穩(wěn)定平衡 中性平衡 不穩(wěn)定平衡 安之若素隨遇而安危如累卵 高度 (米)10020030013C12C11C12.8C12.0C11.2Cd d d 11C11C11C12C12C13C13C12.0C13.0C11.0C12.0C13.2C10.8C某空氣塊未飽和時大氣的穩(wěn)定度01.0 0.81.0 = 1.01.0 1.2航 空 氣 象第一章 基本氣象理論ZTTTZZ m( d) m d ( m)絕對穩(wěn)定絕對不穩(wěn)定條件性不穩(wěn)定mmmddd用層結(jié)曲線和狀態(tài)曲線表示的大氣穩(wěn)定度層結(jié)曲線-氣層氣溫隨高度變化的曲線狀態(tài)