氣象水文學-大氣的運動課件

氣象水文學 大氣的運動1 大氣的運動第一節(jié)氣壓隨高度和時間的變化第二節(jié)氣壓場第三節(jié)大氣的水平運動和垂直運動第四節(jié)大氣環(huán)流2第一節(jié)氣壓隨高度和時間的變化一、氣壓及其單位氣壓指大氣的壓強，等于單位面積上所承受的大氣柱的重量。1Pa=1N/m2

1m2

100N

HPa

氣壓單位：百帕（hPa），毫米汞柱mmHg，標準大氣壓：在溫度為0℃，在緯度45°N(S)的海平面上的大氣壓。其值為1013.2hPa,相當于760mm的水銀柱高度。3b不同密度氣團的移動不同性質(zhì)的氣團，密度往往不同。如果移到某地的氣團比原來氣團密度大，則該地上空氣柱質(zhì)量增多，氣壓升高。反之，氣壓降低。5c空氣垂直運動空氣垂直運動和氣壓變化的關(guān)系6水平氣流輻合輻散和垂直運動的關(guān)系二、氣壓變化的原因7四、氣壓隨時間的變化①氣壓的周期性變化氣壓的周期性變化是指在氣壓隨時間變化的曲線上呈現(xiàn)出有規(guī)律的周期性波動，明顯的是以日為周期和以年為周期的波動。地面氣壓的日變化有單峰、雙峰和三峰等型式，其中以雙峰型最為普遍。日氣壓最高、最低值出現(xiàn)的時間和變化幅度隨緯度而有區(qū)別。9氣壓年變化受氣溫的年變化影響很大，也同緯度、海陸性質(zhì)、海拔高度等地理因素有關(guān)。四、氣壓隨時間的變化10②氣壓的非周期性變化氣壓的非周期性變化是指氣壓變化不存在固定周期的波動，是氣壓系統(tǒng)移動和演變的結(jié)果。通常在中高緯度地區(qū)氣壓系統(tǒng)活動頻繁，氣團屬性差異大，氣壓非周期性變化遠較低緯度明顯。四、氣壓隨時間的變化11一、氣壓場的表示方法等壓線是同一水平面上各氣壓相等點的連線。等壓線的形狀和疏密程度反映著水平方向上氣壓的分布形勢。1、等壓線13等壓面是空間氣壓相等點組成的面。用一系列等壓面的排列和分布可以表示空間氣壓的分布狀況。2、等壓面一、氣壓場的表示方法等壓面并不是一個水平面，而像地表形態(tài)一樣，是一個高低起伏的曲面。

等壓面形狀等壓面下凹部位對應著水平面上的低壓區(qū)域，等壓面愈下凹，水平面上氣壓低得愈多。

同一等壓面上各點的高度可能不同，同一高度上的點具有的氣壓值可能不同14用類似繪制地形等高線的方法，將某一等壓面上相對于海平面的各位勢高度點投影到海平面上，得到一張等位勢高度線圖，此圖能表示該等壓面的形勢，故稱為等壓面圖。

等壓面的二維表示一、氣壓場的表示方法等壓面與等高面的對應關(guān)系：1013百帕--0高度（海平面）850百帕-1500米700百帕-3000米500百帕-5500米300百帕-9000米100百帕-16000米15簡稱槽，低壓延伸出來的狹長區(qū)域。在槽中各等壓線曲率最大的點的連線稱為槽線，如狹長山谷。對應天氣不好，多雨。2）、低壓槽（槽）17二、氣壓場的基本形式3）高氣壓：高壓、反氣旋。定義：是三維空間上的大尺度渦旋，同一高度上，其中心氣壓比四周高。空間等壓面形如山丘。天氣：對應的天氣好。強度：中心氣壓表示，氣壓越高，強度越強。18由高壓延伸出來的狹長區(qū)域，在脊中各等壓線彎曲最大處的連線叫脊線，其氣壓值沿脊線向兩邊遞減，脊附近空間等壓面類似地形中狹長山脊。4）、高壓脊(脊)19（百帕）100010051010（北半球）風向氣壓梯度力G是產(chǎn)生運動的直接動力地轉(zhuǎn)偏向力A在高緯或大尺度空氣運動時作用摩擦力R在近地表大氣作用高空省略慣性離心力C在有旋轉(zhuǎn)的空氣運動中作用重力第三節(jié)大氣的水平運動和垂直運動一、作用于大氣的力21地面氣壓場與風向高空氣壓場與風二、空氣的水平運動22三、空氣的垂直運動垂直運動驅(qū)動力來自：熱力差異、輻合輻散、機械抬升作用1、對流運動：空氣團溫度與周圍大氣溫度不等時，空氣團發(fā)生向上或向下的運動，形成熱力對流運動。通常速度較快、規(guī)模較小、維持時間較短。23輻合旋風與輻散旋風：

低壓中，梯度風斜穿等壓線，逆時針旋轉(zhuǎn)風并向低壓中心輻合高壓中，梯度風斜穿等壓線，順時針旋轉(zhuǎn)風并向高壓四周輻散三、空氣的垂直運動25高氣壓低氣壓低氣壓B（冷）A（熱）C（冷）高氣壓高氣壓低氣壓大氣的垂直運動同一水平面氣壓差異大氣的水平運動直接原因地面冷熱不均歸納26一、大氣環(huán)流的成因1、地表獲得的太陽輻射差異輻射梯度形成向兩極的溫度梯度引起氣壓梯度引發(fā)環(huán)流29理想經(jīng)圈環(huán)流直接熱力環(huán)流太陽輻射對地氣系統(tǒng)的加熱不均是大氣環(huán)流的根本原因大氣在高低緯間熱量收支不平衡是大氣環(huán)流的直接動力一、大氣環(huán)流的成因302、地球自轉(zhuǎn)——地轉(zhuǎn)偏向力的影響緯向氣壓帶形成和維持是經(jīng)圈環(huán)流形成的必需條件，是全球大氣環(huán)流形成和維持的重要因子。一、大氣環(huán)流的成因313.地表性質(zhì)作用海陸差異對氣流的影響地形起伏對氣流的影響海、陸熱力差異對氣流的影響。夏季，陸地為相對熱源，海洋為相對冷源；冬季則相反。這種冷熱源分布使完整的緯向氣壓帶分裂成一個個閉合的高壓和低壓——大氣活動中心。海、陸間的季節(jié)性熱力差異引起的氣壓梯度驅(qū)動著海陸間的大氣流動，這種隨季節(jié)而轉(zhuǎn)換的環(huán)流是季風形成的重要因素。一、大氣環(huán)流的成因32均一地表假定下的行星風帶海陸分布影響下的行星風帶33季風形成的原因——海陸差異產(chǎn)生的地面環(huán)流及氣壓分布陸地海洋夏季熱低氣壓冷高氣壓高氣壓低氣壓夏季風34地面環(huán)流—冬季陸地冷熱低氣壓高氣壓低氣壓高氣壓冬季風海洋35亞洲季風一月亞洲季風七月363、地表性質(zhì)作用海陸差異對氣流的影響地形起伏對氣流的影響一、大氣環(huán)流的成因地形起伏對氣流的影響。一是動力影響，高原或高山迎風坡空氣輻合，形成高壓脊，而背風坡形成低壓槽，如東亞大槽、北美大槽；當?shù)匦芜^于高大或氣流較淺薄，則在迎風坡氣流發(fā)生繞流，背風坡氣流又匯合。二是熱力影響，高原相對于四周大氣而言，夏季為熱源，冬季則為冷源。3738太陽輻射地球自轉(zhuǎn)地表覆蓋性質(zhì)——對大氣系統(tǒng)加熱不均勻是產(chǎn)生大規(guī)模大氣運動的根本原因，是大氣環(huán)流的原動力——全球大氣環(huán)流形成和維持的重要因子——使低層大氣環(huán)流復雜化，并使中高層大氣環(huán)流出現(xiàn)平均槽、脊的趨勢一、大氣環(huán)流的成因39二、大氣環(huán)流平均狀況1、平均緯向環(huán)流：以極地為中心旋轉(zhuǎn)的緯向環(huán)流，也就是東、西風帶。平均緯向風速的經(jīng)向剖面圖對流層中、上層由低緯指向高緯的經(jīng)向溫度梯度所決定40高緯度極地東風帶從地面向上都是西風，稱盛行西風帶。緯向?qū)挾取L速隨高度而增大，北半球冬季西風風速大于夏季。自地面到高空是深厚的東風層，稱熱帶東風帶或信風帶。它是緯向風帶中風向最為穩(wěn)定、風速較大（平均風速4－8m/s）、活動范圍廣闊（幾乎占全球的一半）的風帶。二、大氣環(huán)流平均狀況冬夏季都是一層很淺薄的東風帶。中緯度盛行西風帶低緯度信風帶緯向環(huán)流分布特征三個風帶41赤道南極北極30°30°60°60°60°60°30°30°東北信風帶西風帶東風帶東南信風帶西風帶東風帶422、平均經(jīng)圈環(huán)流指南北向沿經(jīng)圈垂直剖面上，由風速的平均北南分量和垂直分量構(gòu)成的平均環(huán)流圈；俗稱的“三圈環(huán)流”是理想模式直接熱力環(huán)流（正環(huán)流）直接熱力環(huán)流（正環(huán)流）間接熱力環(huán)流（逆環(huán)流）二、大氣環(huán)流平均狀況43赤道北緯30度赤道受熱，空氣膨脹上升，近地面形成低壓高空北上氣流右偏成西南風南風到北緯30度上空偏轉(zhuǎn)成西風，氣流無法北上在此堆積北緯30度形成高壓近地面氣流右偏成東北風被迫下沉44赤道低壓帶副熱帶高壓帶低緯環(huán)流45赤道低壓帶極地高壓帶副熱帶高壓帶中緯環(huán)流高緯環(huán)流副極地低壓帶低緯環(huán)流----三圈環(huán)流思考：同為高壓，極地高氣壓帶和副熱帶高氣壓帶在成因上有何區(qū)別？46赤道低壓帶副熱帶高壓帶副熱帶高壓帶副極地低壓帶副極地低壓帶極地高壓帶極地高壓帶東北信風盛行西風極地東風東南信風盛行西風極地東風熱力作用熱力作用動力作用動力作用冷卻收縮下沉冷暖氣流輻合上升聚積下沉受熱膨脹上升47赤道低壓帶極地高壓帶副熱帶高壓帶副極地低壓帶48赤道低壓帶極地高壓帶副熱帶高壓帶副極地低壓帶極地東風盛行西風東北信風49赤道低壓帶副熱帶高壓帶副熱帶高壓帶副極地低壓帶副極地低壓帶極地高壓帶極地高壓帶東北信風盛行西風極地東風東南信風盛行西風極地東風地球上的氣壓帶(7個)和風帶(6個)關(guān)于赤道南北對稱50高低緯間熱量差異地轉(zhuǎn)偏向力單圈環(huán)流三圈環(huán)流氣壓帶和風帶的形成5152氣壓帶和風帶對氣候的影響氣壓帶

成因、特征氣流屬性極地高氣壓帶熱力原因冷高壓下沉干燥副極地低氣壓帶動力原因冷低壓上升濕潤副熱帶高氣壓帶動力原因熱高壓下沉干燥赤道低氣壓帶熱力原因熱低壓上升濕潤52思考：哪些地區(qū)容易出現(xiàn)降雨？哪些地區(qū)不易降雨呢？533、平均水平環(huán)流指緯向環(huán)流（即東風帶與西風帶）受到擾動（源于地表海陸分布、地面摩擦和大地形作用）后發(fā)展起來的槽、脊氣流和高壓與低壓環(huán)流；氣流方向為漩渦、或偏南、或偏北對流層高空（500hPa）盛行槽、脊對流層低空盛行高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)H脊L槽二、大氣環(huán)流平均狀況54北半球1月500hPa等壓面圖東亞大槽140°E北美大槽70°～80°W歐洲淺槽40°E3、平均水平環(huán)流二、大氣環(huán)流平均狀況阿爾卑斯山高加索山和青藏高原落基山對流層中上層平均水平環(huán)流西風帶上存在著大尺度的平均槽、脊。55北半球7月500hPa等壓面圖3、平均水平環(huán)流二、大氣環(huán)流平均狀況7月份，西風帶顯著北移，槽脊的位置也發(fā)生很大變動，即東亞大槽東移入海，原歐洲淺槽已不存在，并變?yōu)榧?，而歐洲西岸和貝加爾湖地區(qū)各出現(xiàn)一個淺槽，北美大槽位置基本未動。對流層中上層平均水平環(huán)流56北半球1月海平面等壓面圖阿留申低壓1000hPa冰島低壓997hPa西伯利亞高壓1035hPa北美高壓1020hPa3、平均水平環(huán)流二、大氣環(huán)流平均狀況對流層低層水平環(huán)流57北半球7月海平面等壓面圖南亞低壓997hPa北美低壓1011hPa北太平洋高壓1027hPa北大西洋高壓1027hPa3、平均水平環(huán)流二、大氣環(huán)流平均狀況對流層低層水平環(huán)流584、急流位于對流層上層或平流層中，由西向東的強而窄的氣流。風速30m/s以上、最大可達200m/s的狹窄強風帶。溫帶急流（西風急流）：45～55m/s

副熱帶急流：50～60m/s

熱帶東風急流：30～40m/s二、大氣環(huán)流平均狀況59急流示意圖60年變化中短期變化——中高緯西風帶（500hPa）：冬季（1～4月）為三槽三脊，夏季（6～8月）四淺槽三脊，春秋交替過渡，較穩(wěn)定；但急流（200hPa上）有緯度和強度的劇烈變化——緯向環(huán)流與經(jīng)向環(huán)流之間交替出現(xiàn)的周期變化用緯向環(huán)流指數(shù)（西風指數(shù)）和經(jīng)向環(huán)流指數(shù)來表示短期變化：如果西風強烈、緯向環(huán)流盛行，