农业气象学第五章气压.pptx

2 2、压高公式、压高公式 由于受地球吸引的影响，越贴近地表空气密度越大，气压越高。而越往上空气越稀薄，气压越低。这种气压随高度的升高而降低的关系可以用拉普拉斯压高公式表示：Z Z2 2Z Z1 1=18400=18400（1 1tt）lgPlgP1 1/P/P2 2P1，P2为Z1和Z2分划为两点高度上的气压；t=(t1t2)/2，为Z2和Z1高度间的平均气温（）,是膨胀系数=1/273此公式对爬山运动员很有用处。飞机上就是用测气温和气压来了解飞行高度的。二、气压的空间分布二、气压的空间分布为什么要研究气压的空间分布呢？由于气压有高有低，气压的高低变化与天气状况有着密切的关系。通常所说的气压低，是指地面气压降低的情况。也就是说某地气流从下层大气中向上运动，比如气流遇山时；冷暖气团相遇，暖空气在冷空气上爬升；太阳辐射下垫面受热，空气对流上升（赤道低气压）。都是指当地失去一部分空气，使气压变低了，由于空气上升，有绝热冷却并形成云，变成雨、雪等过程。一般天气变坏，有阴雨天气过程。反之,如果有气流向下沉降，使近地层有空气堆积（如焚风）一样，气压升高。由于空气下沉增温，不会有水汽凝结过程，所以不会出现云、雨，天气变晴朗，出现阳光灿烂的好天气。气压的空间分布称为气压场气压的空间分布称为气压场。把全球各地气压值综合绘制在天气图上，天气图上不写国名地名，只写经纬度、地区台站代码和气象观测记录数据代号。天气图分两类：等高面图和等压面图。等高面图（称地面天气图），一般规定每隔2.5hPa画一条等压线如：995.0、997.5、1000.0、1002.5hPa等。在等压面图（也称高空天气图）上，一般规定每隔4位势什米画一条等高线如：144、148、152等296、300、304等548、552、556等。第二节空气运动第二节空气运动空气的运动可分为水平运动、垂直运动、环流运动、湍流运动等形式。一、空气的水平运动一、空气的水平运动空气的水平运动称为风。风是矢量，包括风向、风速。1.作用于空气质点上的力作用于空气质点上的力水平气压梯度力、水平地转偏向力、惯性离心力和摩擦力。1)、水平气压梯度力水平气压梯度力（1）定定义义：气气压压梯梯度度存存在在时时，单单位位质质量量空空气气所所承承受受的力。的力。（2）水平气压梯度力的大小：水平气压梯度力的大小：G=1/(P/N)1/(P/N)(3)水平气压梯度力的方向：由高压指向低压水平气压梯度力的方向：由高压指向低压（4）水水平平气气压压梯梯度度力力的的单单位位：N/Kg=(kg.m/s2)/kg=m/s2是重力加速度单位是重力加速度单位（5）水平气压梯度力是产生风的原动力）水平气压梯度力是产生风的原动力2)、地转偏向力、地转偏向力地转偏向力是因地球绕自身轴转动而产生的非惯性力。地转偏向力是因地球绕自身轴转动而产生的非惯性力。（1）定定义义：因因把把有有自自转转运运动动的的地地球球当当作作参参照照物物，使使相相对对地地球球作作运运动动的的物物体体的的运运动动方方向向向向右右偏偏转转（南南半半球球向向左左偏偏转转）的的力叫地转偏向力。力叫地转偏向力。（2）地地转转偏偏向向力力的的方方向向：与与运运动动方方向向垂垂直直，并并指指向向运运动动方方向向的右方（北半球）的右方（北半球）(3)地转偏向力的大小：地转偏向力的大小：A=2Vsin在极地在极地=90，A最大，最大，在赤道在赤道=0，A最小最小为为0。（4）地转偏向力的单位地转偏向力的单位：m/s23)、惯性离心力、惯性离心力（1）定定义义：当当空空气气作作曲曲线线运运动动时时，由由曲曲率率中中心心沿沿曲曲率率半半径径向向外外作作用用在在空空气气质质点点上上的的力力。这这个个力力是是物物体体为为保保持持沿惯性方向运动而产生的，因而叫惯性离心力。沿惯性方向运动而产生的，因而叫惯性离心力。（2）惯性离心力大小：）惯性离心力大小：C=V2/r（龙卷风的（龙卷风的r特小）特小）(3)惯惯性性离离心心力力的的方方向向：与与运运动动方方向向垂垂直直，由由曲曲率率中中心心沿曲率半径指向外缘沿曲率半径指向外缘（4）惯性离心力的单位：）惯性离心力的单位：m/s24)、摩擦力摩擦力（1）定定义义：两两个个相相互互接接触触的的物物体体作作相相对对运运动动时时，在接触界面上产生阻碍相对运动的力叫摩擦力。在接触界面上产生阻碍相对运动的力叫摩擦力。（2）摩擦力的方向：与空气运动方向相反。）摩擦力的方向：与空气运动方向相反。(3)摩擦力的大小：摩擦力的大小：R=-kV（4）摩擦力的单位）摩擦力的单位：m/s2对以上四种力作一个简要总结对以上四种力作一个简要总结1、水平气压梯度力是形成风的原动力，是最基本的力，其它、水平气压梯度力是形成风的原动力，是最基本的力，其它力是在空气开始运动后才产生和起作用的。力是在空气开始运动后才产生和起作用的。2、由于地转偏向力和惯性离心力的方向与空气运动方向垂直，、由于地转偏向力和惯性离心力的方向与空气运动方向垂直，所以只能改变空气运动方向，不能改变运动速度。而摩擦力所以只能改变空气运动方向，不能改变运动速度。而摩擦力可以改变空气运动速度，不能改变运动方向。可以改变空气运动速度，不能改变运动方向。3、地转偏向力对高纬地区的空气运动影响较大，而对低纬地、地转偏向力对高纬地区的空气运动影响较大，而对低纬地区特别是赤道附近的空气运动的影响可忽略不计。区特别是赤道附近的空气运动的影响可忽略不计。4、惯性离心力是当空气作曲线运动时才起作用，而当空气作、惯性离心力是当空气作曲线运动时才起作用，而当空气作近于直线运动时，可忽略不计。近于直线运动时，可忽略不计。5、摩擦力只在地表面上空、摩擦力只在地表面上空1-2Km的摩擦层内起作用，而在自的摩擦层内起作用，而在自由大气层中可忽略不计。由大气层中可忽略不计。2、自由大气中的风、自由大气中的风在离地面12km以上自由大气中，由于摩擦力对空气运动影响很小，可忽略不计，所以空气基本是沿等压线吹。1)、地转风：有、地转风：有G G、A A两个力作用两个力作用2)、梯度风：有、梯度风：有G、A、C三个力作用三个力作用白贝罗风压定律：背风而立，高压在右，低压在左。白贝罗风压定律：背风而立，高压在右，低压在左。为什么北半球温压不对称的低压系统总是东暖西冷，为什么北半球温压不对称的低压系统总是东暖西冷，而高压系统总是东冷西暖？而高压系统总是东冷西暖？怎样读天气图上的风向风速？怎样读天气图上的风向风速？风向杆所指得方向为风的方向，即指风吹来的方向。如右上图所示，风向杆所指得方向为风的方向，即指风吹来的方向。如右上图所示，风的方向为东北风。风的方向为东北风。3、摩擦层中的风、摩擦层中的风1).在平直等压线的气压场中：三个力作用：G梯度力，A偏向力，R摩擦力2.)在曲线等压线的气压场中：则受四个力作用G，A，C，R在低压中心（气旋）中，气流斜穿等压线逆时针向中心辐合；在高压中心（反气旋）中，气流斜穿等压线顺时针向外辐散。天气系统图示气压状况水平气流北半球南半球垂直气流天气状况天气实例气旋反气旋近地面由四周向中心旋转辐合逆时针方向顺时针方向近地面由中心向四周旋转辐散逆时针方向顺时针方向上升下沉阴雨晴朗夏秋之交我国东南沿海的台风天气夏季，我国长江流域的伏旱天气；低气压高气压我国北方“秋高气爽”的好天气。4、地方性风地方性风包括：1)、海陆风2)、山谷风3)、峡谷风4)、焚风二、大气环流运动二、大气环流运动1、三圈环流1).单圈环流单圈环流：只考虑气压梯度力的作用2.)三圈环流三圈环流：同时考虑气压梯度力和地转偏向力的作用（1）第一圈环流：赤道低压与副热带高压之间，称为“信风环流圈”、“热带环流圈”或“哈得来（Hadley）环流圈”（2）第二圈环流：副极地低压与极地高压之间，称为“极地环流圈”（3）第三圈环流：副极地低压与副热带高压之间，称为“逆环流圈“、”中纬度环流圈“或”费雷尔（Ferrel）环流圈“。2、行星风系和大气活动中心1）、行星风系2）、大气活动中心三个因素全考虑，即再加上下垫面状况。表5.1气压带和大气活动中心气压带半永久性活动中心季节性活动中心7月1月北半球副极地低压带冰岛低压阿留申低压北美高压蒙古高压副热带高压带夏威夷高压亚速尔高压印度低压,北美低压赤道低压带平均位置1215N平均位置5S南半球南太平洋高压南印度洋高压南大西洋高压澳洲高压南非高压澳洲低压南美低压南非低压