第四章2第三节大气的水平运动与垂直运动预案.ppt

假设等压面在低层是水平的（气压梯度为零），因温度差别，到高层以后，等压面就会出现倾斜。 暖区一侧等压面抬起，冷区一侧等压面降低，结果使高层水平面上的气压值不相等，出现了由暖区指向冷区的气压梯度力，从而产生了平行于等温线的风。 气层中平均温度梯度愈大，高层出现的风也愈大 由于水平温度梯度的存在而产生的地转风在铅直方向上的速度矢量差，即热成风 热成风的方向与等温线的方向平行，在北半球，背风而立，高温在右，低温在左。南半球相反。 等温线与等高线不同配置情况（P101） 热成风与原风速方向相同 热成风与原风速方向相反 在自由大气中，随着高度的增高，不论风向如何变化，高层风总是愈来愈趋向于热成风，实际情况也是如此。 比如北半球的对流层中，温度分布大致是南暖北冷，并且在纬度30°附近温度梯度最大，因而在对流层上层总是以西风为主（热成风是西风），并在纬度30°附近上空出现最大的西风风速区，称为西风急流。 地转风是作用力平衡情况下的风，所以热成风也是平衡状态下的风差。 三、摩擦层中空气的运动 　　 在摩擦层中，空气的水平运动因受摩擦力作用，不仅风速减弱，风向受到干扰，而且破坏了气压梯度力与地转偏向力的平衡关系，表现出气流斜穿等压线，从高压吹向低压的特征。 如果地面层等压线为平行直线时，空气质点受到气压梯度力（G）、地转偏向力（A）和地面摩擦力（R）的共同作用。当三个力达到平衡时，便出现了稳定的地面平衡风 在等压线弯曲的气压场中，例如闭合的高压和低压中，由于地面摩擦力的作用，风速比气压场中所应有的梯度风风速要小，风斜穿等压线吹向低压区。所以，低压中的空气是一面旋转、一面向低压中心辐合。高压中空气则是一面旋转、一面从高压中心向外辐散 摩擦层中风场与气压场的关系为： 在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方，此即白贝罗风压定律。 风向偏离等压线的角度（α）及风速减小的程度，取决于摩擦力的大小。 摩擦力愈大，交角愈大，风速减小得愈多。 摩擦层中风随高度的变化 受摩擦力、气压梯度力随高度变化的影响。 假若各高度上的气压梯度力都相同， 由于摩擦力随高度减小，风速要随高度增高逐渐增大， 风向随高度不断向右偏转(北半球)； 到摩擦层顶部，风速接近于地转风， 风向与等压线平行。 ------埃克曼螺线 实际上，气压梯度力随高度也在改变，因而摩擦层中风的变化并不完全符合上述规律，需要根据热成风原理，用矢量合成方法进行修正。 V1、V2、V3?代表自地面起各高度的风向、风速矢量，接连各风矢量终点的平滑曲线，称为埃克曼螺线，是风速矢端迹图。 （三）风的日变化和风的阵性 1．风的日变化: 近地面层中，风存在着有规律的日变化。 近地面白天风速增大，午后增至最大，夜间风速减小，清晨减至最小。而摩擦层上层则相反。 摩擦层中，通常是上层风速大于下层。 白天地面受热，空气不稳定，湍流发展，上下空气动量交换增强，使上层风速大的空气进入下层，致下层风速增大，风向向右偏转。 同理，下层风速小的空气进入上层，造成上层风速减小，风向向左偏转。 午后湍流发展旺盛，下层风速增至最大值，风向右偏最多，上层风速减到最小值，风向左偏最多，这时上下层风的差异最小。 夜间湍流减弱，下层风速变小、风向左偏，上层风速增大、风向右偏。 上层与下层的分界线随季节而有变化，夏季湍流最强，可达300m，冬季湍流最弱，低至20m，平均约50—100m。 风的日变化：晴天＞阴天，夏季＞冬季，陆地＞海洋。 当有强烈天气系统过境时，日变化规律可能被扰乱或被掩盖。 2．风的阵性 指风向变动不定、风速忽大忽小的现象。它是因大气中湍流运动引起的。 风的阵性在摩擦层中经常出现，特别是山区更甚，以夏季和午后最为明显。随着高度的增高，风的阵性在逐渐减弱。 随着涡旋的过往，该地的风速就 会忽大忽小，风向有忽左忽右 的变化 四、空气的垂直运动 空气的垂直运动速度很小。 （一）对流运动 对流运动是由于某团空气温度与周围空气温度不等而引起的。 大气中这种热力对流的水平尺度多在0.1—50km，是温暖的低、中纬度地区和温暖季节经常发生的空气运动现象。 它的规模较小、维持时间短暂，但对大气中热量、水分、固体杂质的垂直输送和云雨形成、天气发展演变具有重要作用。 （二）系统性垂直运动 是指由于水平气流的辐合、辐散、暖气流沿锋面滑升以及气流受山脉的机械阻滞等动力作用所引起的大范围、较规则的上升或下降运动。 这种运动垂直速度很小，只有1-10cm/s，但范围很广，上升区或下降区的范围可达几百至几千千米。 系统性垂直运动的发生往往同天气系统相联系。例如与高压、低压、槽、脊以及