第四章氣壓介紹

1、第四章氣壓和風(7學(xué)時)，地球的大氣經(jīng)常運動，其運動形式多種多樣。 廣義上講，大氣的三次元運動都被稱為風，但從狹義的觀點來看，只指空氣的水平運動。 引起大氣運動的原因是氣壓在空間上分布不均勻，氣動影響氣壓的分布和變化。 因此，可以研究氣壓和風的變化規(guī)律及其相互關(guān)系，掌握大氣的變化規(guī)律，準確預(yù)測對天氣和火災(zāi)的發(fā)生、蔓延的影響。 內(nèi)容提要： 1、氣壓的定義、單位、變化的特點2、氣壓場的表示方法3、風的特性、成因及氣壓場和風的關(guān)系4、大氣環(huán)流的形成原理5、一、二、三級環(huán)流的形成和變化規(guī)律6、風與農(nóng)林生產(chǎn)的關(guān)系、重點和難點： 1、氣壓的形成、變化2、氣壓與風的關(guān)系(白貝理論) 第一節(jié)氣壓及其變化，一、

2、氣壓的定義及其單位：1、氣壓：在被測高度下，每單位面積受到的大氣壓強稱為大氣壓強(atmospheric pressure )，簡稱氣壓。 分析：上空氣運動相對于其產(chǎn)生的沖擊力而受到的力：上空氣柱按壓于其的重力下的空氣運動相對于其產(chǎn)生的沖擊力的上下空氣運動而產(chǎn)生的沖擊力相互抵消，剩下的佘僂只有下空氣柱的重量。 大氣壓強實質(zhì)上是每單位面積的大柱子的重量。 從概念上可以看出，當被測高度上-高度發(fā)生變化時，壓在其上的空氣柱的長度也發(fā)生變化，隨著h，空氣柱變短，即氣壓。 2、單位：-常用“毫米汞柱高度”(mmHg )。 在國際上，緯度45的海面上，氣溫0、大氣壓強760mmHg稱為標準空氣壓。 在國際

3、單位制中的壓力單位為帕(Pa )、1Pa1Nm-2。 一個標準空氣壓等于1 013.25hPa。 即，在標準空氣壓力1013.25 hPa的標準狀況中，將水銀密度、重力加速度g代入760 mmhg=1013.25 HPA1mmhg4/3HPA1MB=1HPA，二、根據(jù)氣壓高度的變化，從定義來看，隨著h，按壓在其上的空氣柱變短，但是減少(1)當靜力學(xué)方程大氣處于靜力平衡時，氣壓與高度的關(guān)系為：=g方程，其中負符號表示氣壓隨高度增加而減小。 其中，p是氣壓，m是空氣搖滾樂定質(zhì)量，g是重力加速度。 空氣塊靜止時，其在水平方向的各面上受到的力相互抵消，在垂直方向上受到的向上的凈壓力(上下壓力差)必定取

4、得重力的平衡。 即，f1f2mg0pdxdymg0dpdxdymg0以空氣密度為mggdxdydz的重力加速度隨高度而變化小，因此氣壓隨高度而變化的主要是空氣密度、密度大的空氣層、氣壓隨高度的增加而下降快(低層大氣)、密度小的空氣大頭針對某一氣壓搖滾樂： PV=nRT代入=g得：=3.42 P/T P-氣壓搖滾樂的氣壓。 T-噴氣搖滾樂的溫度，噴氣搖滾樂的氣溫越高越小，反而越大噴氣搖滾樂的氣壓越高，反而越小。 對于拉普拉斯壓力高的公式，將空氣狀態(tài)方程代入=g，進而對高度、氣壓進行積分，式中，高度為z1，氣溫為t1，氣壓為p1的高度為z2，氣溫為t2，氣壓為p2。 t取氣層的平均溫度，這個式實質(zhì)

5、上是在氣壓下測量高度，例如登山運動用的高度補正和航空用的高度補正，實際上是使用氣壓補正。 由高壓式可知，瓦斯氣體層的上界和下界的氣體壓強一定，瓦斯氣體層的厚度與平均溫度有關(guān)。平均溫度高，瓦斯氣體層厚，平均溫度低，空氣層薄。 二、氣壓隨時間變化(一)氣壓變化的原因某氣壓的變化，實質(zhì)上是該地上空的空氣柱重量增加或減少的反映，空氣柱重量的變化是由熱和動力因素引起的。 1 .熱要素空氣溫度的上升和下降引起空氣密度的增加和減少。 2、動力要素水平氣流輻射密度不同氣團的移動空氣垂直運動，一處實際地面氣壓變化包括周期性變化和非周期性變化兩方面。 (二)地面氣壓的周期性變化可分為日變化和年變化。 日變化最高值

6、910點1、時相2122點最低值1516點34點，最高最低值出現(xiàn)的時間、變化幅度根據(jù)緯度、季節(jié)、地形而不同。 2 .日差地面氣壓日差的大小與緯度有關(guān)，通常低緯度大于中緯度(這與氣溫日差隨緯度的增加而減少的特征一致)。 在低緯度地區(qū)，氣壓的日變化最顯著，可以達到3-5百帕斯卡，直到緯度50附近，日振幅還不到100帕斯卡。 在中國的中緯度地轄區(qū)，氣壓變化的振幅為1-2.5百帕斯卡，低緯為2.5-4百帕斯卡，在青藏高原東部的山谷，可能達到6.5百帕斯卡。 (3)年變化中常見的氣壓年變化分為大陸型、海洋型和高山型。 1大陸型最高值-冬季、最低值-夏季、氣壓的年差較大。 我國大陸大部分地區(qū)氣壓的年變化可

7、以進入大陸型，越進入內(nèi)陸大陸型的特征越明顯。 2海洋型最高值-夏天，最低值-冬天，氣壓年差。 3高山型最高值-溫暖的季節(jié)、最低值-寒冷的季節(jié)。 氣壓的年齡差別很小。 氣壓的年差根據(jù)緯度(t的年變化根據(jù)緯度)，并且溫度的年差越大的地區(qū)，氣壓的年差也越大，例如陸地的年差比海大。 (4)氣壓中高緯度的非周期性變化與氣壓系統(tǒng)的移動和演化有關(guān)。 氣壓的非周期性變化通常在中高緯度明顯多于低緯度(中高緯度氣壓系統(tǒng)活動頻繁，低緯地轄區(qū)氣壓系統(tǒng)穩(wěn)定)。 以24hr變壓為例，高緯達到10百帕斯卡，中緯達到約3-4百帕斯卡，低緯一般只有100帕斯卡(臺風掠過國外除外)。 氣壓的非周期性變化大于周期性變化，一年的氣壓

8、非周期性變化在970-1040帕斯卡之間。 因為氣壓隨時間的急劇變化通常是天氣急劇變化的前兆，所以把握氣壓隨時間的變化和天氣變化的關(guān)系，是天氣分析和預(yù)報工作的重要內(nèi)容。 第二節(jié)氣壓的空間分布氣壓場是指氣壓的空間分布情況。 本節(jié)主要對氣壓的水平分布進行說明。 水平氣壓場：指某水平面上的氣壓分布。 另一方面，氣壓場的表示方法海面：等壓線圖在一定高度下：等壓面圖-氣壓隨高度的增加而降低，根據(jù)各地的熱和動力條件，在地上一定高度的水平面上各氣壓值不同，所以為了表示一定高度下的水平方向的氣壓分布，大多用等壓面圖表示。 1、等壓面-高空天氣地圖等壓面(isobaric surface )是由空間氣壓相等的各

9、點組成的面。 氣壓隨高度減少，因此高值等壓面在下面，低值等壓面在上面。 另外，由于同一高度各地氣壓不同，等壓面不是高平面，而是一個曲面，等壓面起伏的情況與水平面上氣壓的分布相對應(yīng)。 在、地面、1500米、850hPa、850hPa、850hPa、相同高度氣壓比周圍低的過濾網(wǎng)，其附近的等壓面凹陷。 氣壓越低，等壓面越凹陷，深度相同，氣壓比周圍高表兄弟時，附近的等壓面向上方興未艾。 氣壓越高，向等壓面凸出的越強，在相同高度，氣壓到達的地方相等的話，等壓面就是水平面。 從等壓面圖可以看出上空氣壓的水平方向分布。 現(xiàn)在我國氣象臺站所描繪的高空氣象圖實質(zhì)上是等壓面圖。2、等壓線-地面天氣圖等壓線(iso

10、bar )是連接同一水平面上各氣壓相等點的線。 等壓線以一定的氣壓間隔(2.5 hPa )標繪，構(gòu)成一張氣壓水平分布圖。 現(xiàn)在，我國氣象臺描繪的地面氣象圖，是高度為零的海平面氣壓分布圖。 將同一時刻各站的海平面氣壓記入空白地理圖，用光滑曲線連接氣壓值相等的各點，得到該時刻的海平面氣壓分布圖，即地面氣壓分布圖，從等壓線圖可以清楚地知道各地的氣壓水平分布狀況。、1015、1010、1005、1000，氣壓梯度大，氣壓梯度小，等壓線疏密和氣壓梯度大小，氣壓梯度，等壓線稀疏可以反映水平方向氣壓變化的程度。 等壓線越密集的區(qū)域，水平氣壓的變化越大，相反，等壓線越稀疏的區(qū)域，水平方向的氣壓差越小。 水平方

11、向的氣壓變化-水平氣壓梯度水平氣壓梯度的大?。核綒鈮禾荻确较颍焊邏?低壓，二、氣壓場的基本形式由于各地氣壓的高低不同且時刻不同，因此海面等壓線圖和上空等壓面圖所反映的氣壓場形式多種多樣。 1低氣壓(簡稱低壓)低氣壓(cyclone )又稱為旋風分離器，是一組封閉等壓線組成的中心氣壓低、周圍氣壓高的區(qū)域，其空間等壓面分布向下凹陷，形成盆地形狀。 2高氣壓(簡稱高壓)高氣壓(anticyclone )也被稱為旋風分離器。 由閉合等壓線的定徑套構(gòu)成的中心氣壓高、周圍氣壓低的區(qū)域。 那個空間的等壓面向上隆起，形成小山狀。 3低壓槽(簡稱槽)從低壓延伸的細長區(qū)域稱為低壓槽(trough )。 溝中連接

12、各等壓線最哩溜歪斜處的線稱為溝線。 氣壓沿溝線向兩側(cè)增加，溝線附近的空間等壓面看起來像山谷。 北半球的低溝一般從北向南延伸，稱為“縱溝”，從南向北延伸，稱為“逆溝”，從東向西延伸，稱為“橫溝”，4高壓脊(稱為脊)從高壓延伸的細長區(qū)域稱為高壓脊(ridge )。 脊中各等壓線連接最哩溜歪斜處的線稱為棱線。 氣壓沿山脊向兩側(cè)減少，山脊附近的空間等壓面看起來像山脊。 5鞍形氣壓區(qū)域?qū)筛邏汉蛢傻蛪合鄬Φ闹虚g區(qū)域稱為鞍形氣壓區(qū)域。 在建設(shè)馬鞍形球場時，區(qū)域內(nèi)風速小，風向變化，氣壓穩(wěn)定，但這種情況很快就會發(fā)生變化，預(yù)示著會發(fā)生劇烈的天氣。 上述氣壓場的一些基本形式取決于統(tǒng)稱為氣壓系統(tǒng)的天氣系統(tǒng)，預(yù)報這些

13、個系統(tǒng)的移動和演化是天氣預(yù)報的重要內(nèi)容。 三、氣壓系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)暖空氣中的氣壓隨著高度的減小，比冷空氣慢得多，由于溫度分布的不均勻，氣壓的形式隨著高度的變化變化，常見的氣壓系統(tǒng)垂直結(jié)構(gòu)可總結(jié)成三種。 (1)深對稱的冷低壓和暖高壓；(2)淺對稱的冷高壓和暖低壓；(3)溫壓場不對稱的氣壓系統(tǒng)；(3)空氣運動、空氣運動為水平運動平流運動、垂直運動。 空氣的水平運動引起空氣質(zhì)量的輸送和云同步、熱、動量及水蒸氣、二氧化碳等的輸送和交換，是天氣變化和氣候形成的重要因素。 一、空氣的水平運動風風的概念：空氣的水平運動叫風。風是指向量：風向-風的到來，通常用8或16方位表示NNE-北北東風速-每單位時間的風程

14、，通常用m/s (米/秒)或風級表示1橫2級，如11級： 27 4=31m/s，二，風的成因空氣運動是空氣空氣的水平運動是傳聲器計程儀環(huán)在水平方向受到力的結(jié)果。 空氣在水平方向上受到的力是水平氣壓梯度力、水平方向的偏向力、摩擦力、慣性離心力。 這些個的力量是相互聯(lián)系的，也是相互制約的。 (1)水平氣壓梯度力(Gn )水平方向的氣壓分布不均勻時，會產(chǎn)生水平氣壓梯度。 水平氣壓梯度是指在與等壓線垂直的方向上從高壓向低壓，單位距離的氣壓變化值。 水存在水平氣壓梯度時，作用于每單位質(zhì)量的空氣的力稱為水平氣壓梯度力。 平氣壓梯度表示水平方向的氣壓分布的不均勻，研究空氣的水平運動時，通常以每單位質(zhì)量的空氣

15、為對象，將存在水平氣壓梯度時每單位質(zhì)量的空氣在水平方向上受到的力稱為水平氣壓梯度力，記為Gn。 式中為空氣密度，負符號表示水平氣壓梯度力的方向從高壓趨向低壓。 由于空氣通過水平氣壓梯度力從高壓區(qū)域流向低壓區(qū)域，所以水平方向的氣壓分布的不均勻是使空氣水平運動的原始動力。 (2)水平偏轉(zhuǎn)力(a )是通過地球自轉(zhuǎn)在地表上移動的物體方向偏轉(zhuǎn)的力。 這包括水平和垂直兩個分力。 其中水平方向偏轉(zhuǎn)力的大小為：m :空氣質(zhì)量； v :風速地球自轉(zhuǎn)角速度j :地理緯度。 水平方向的偏向力的特征：a僅在空氣相對于地面移動時發(fā)生，=0的話，在A=0北半球，在a垂直朝向的右側(cè)，使空氣向右偏向，南半球相反，a僅改變v的

16、方向，不改變的大小，a的大小還是有關(guān)系的。 (3)慣性離心力(c )空氣進行曲線運動時，空氣質(zhì)點離開曲率中心受到外力，該力稱為空氣質(zhì)點為了保持慣性方向運動而產(chǎn)生的慣性離心力。 用c表示慣性離心力，在實際大氣中，由于空氣的運動路徑的曲率半徑通常較大，從數(shù)十km到數(shù)百km，甚至數(shù)千km，所以受到的慣性離心力通常較小。 但是，在空氣運動速度大、曲率半徑小的情況下，慣性離心力也達到大的值。 只要改變空氣的運動方向，運動的大小就不會改變。只有空氣沿著曲線運動時才會生成。 (4)摩擦力(k )空氣層間、空氣和地面之間受到摩擦力的作用而減少風速。 摩擦力的方向與空氣的運動方向相反，大小與空氣相對于摩擦層次的速度成正比。 表示為：式中k是摩擦力，k是摩擦系數(shù)，v是風速； 摩擦力的作用因大氣高度而異，以近地點瓦斯氣體層最為明顯。 高度越高其作用越小，距地面12Km以上時摩擦力的作用小到可以忽略，這些個4個力是作用于空氣水平運動的力。 這些個對空氣水平運動的影響不同，而且根據(jù)這些個的力的組合，構(gòu)成了不同形式的水平運動。 三