.2 大气运动.ppt

大气运动在地球环境的形成中有重要的作用。大尺度的空气环流将热量从能量盈余的低纬地区输向能量亏损的高纬地区。气流的运动还将水分充足地区，如海面和热带潮湿地区输送到其他地区。盛行气流是形成天气和气候的重要因素。大气运动决定了生态环境的水热条件，从而影响自然景观、动植物群落乃至人类生活。 大气运动对海水运动有极大的影响。风能可以转变为波浪和洋流能，从而形成第二个全球性环流系统。海水运动不只影响了海洋和海岸地貌，而且也将热量从低纬地区输送到高纬地区。 非常强烈的大气运动，如台风和龙卷风，会给地球环境带来严重的破坏。 一、气压和风 大气运动包括垂直运动与水平运动。以垂直运动为主的空气运动，称为上曳气流或下曳气流。空气在水平方向的流动称为风。气压的水平分布不均匀是风的起因。 （一）气压 大气是有重量的，它施加于地面的压力称为气压。气压的单位以毫米水银柱高（mm）或毫巴（mb ） 表示。单位面积上承受大气柱的重量是产生气压的原因。随着海拔高度的上升，大气柱的重量减少，所以气压随高度升高而降低，气压随高度变化的实际情况与气温和气压条件有关。 在地面受热较强的暖区，地面气压常比周围低，而高空气压往往比同一海拔高度的邻区高；在地面热量损失较多的冷区，地面气压常比周围高，而高空气压往往比周围低。由于热力和动力的原因，在同一水平面上气压的分布是不均匀的。 （二）. 空气的水平运动： 风 气压的水平分布不均匀产生气压梯度力，从而引起空气运动。空气一旦开始运动就立即会受到地转偏向力、惯性离心力和摩擦力的影响。 1、水平气压梯度力 风的产生首先是由于存在着水平气压梯度力。由于气压在空间分布不均，便产生一个从高压指向低压的力，这就是气压梯度力。水平气压梯度力虽然很小，但没有受到任何力的抵消，在长时间里会使空气运动产生加速度。 2、地转偏向力 地球自转的角速度分为垂直和水平两个方向的分量，水平方向分量对地球上任何作水平运动的物体产生一个与其运动方向相垂直的作用力。这就是地转偏向力F，它的大小为F＝2mvwsinj。式中m 为运动物体质量；v 为物体水平运动速度；w 为地球自转角速度，为0.000073 弧度/秒；j为地理纬度。 当空气在气压梯度力作用下运动时，地转偏向力使气流产生偏向。在北半球，气流偏向运动方向的右方；在南半球，气流偏向左方。作用于相同质量和速度但在不同地点运动的物体的地转偏向力的大小是不同的，在赤道为零，随纬度的增高偏向力加大，在两极达最大值。 3、 摩擦力 水平气压梯度力使空气运动产生加速度，但风速加大总是有限度的。因为处于运动状态不同的气层之间，空气和地面之间都会相互发生作用，对气流运动产生阻力。气层之间产生的阻力，称为内摩擦力；地面对气流运动产生的阻力，叫外摩擦力。摩擦力总是和运动的方向相反。摩擦力的存在限制了风速的加大。 以上三种力对气流运动的意义并不是等同的，在一定条件下，可以忽略某些力的作用。例如，在高空自由大气中，摩擦力可以忽略不计，起作用的主要是气压梯度力和地转偏向力，当这两种力平衡时，就形成地转风。高空风近似于地转风，它的方向与等压线平行，背风而立，在北半球是高压在右，低压在左；在南半球是高压在左，低压在右。在近地面气层中，必须考虑摩擦力对空气运动的作用。摩擦力降低了风速，削弱了地转偏向力的作用，使风向与等压线出现一定交角。 以上三种力的作用使气流运动具有一定的方向和速度。风可以用风向和风速来描述。风向指气流的来向，它表明风的性质，对天气有直接影响。例如，在北半球，北风表示气流从北方来，会引起气温降低；南风表示气流从南方来，会导致天气转暖。根据风速的大小，可将风力划分为12 级（有些国家增为17 级）。从风力征象，可估算出相应的风级。从天气预报中的风力等级，也可以知道风力征象。 二、大气环流 （一）全球大气环流 是指大气圈内空气作不同规模运行的总称。是形成各种天气和气候的主要因素。由于纬度高低、海陆分布及地表状态所受太阳热量不均和地球转动的不同影响，形成各种类型的环流。大型的有行星风系、季风等；小型的有海陆风、山谷风等。全球性气温和气压差异形成行星风系(全球大气环流)；巨大的海陆差异是季风环流(区域大气环流)的重要成因；局地的水陆、地形等的差异则形成各种地方性风系(地方性大气环流)。 假定地球表面结构均一，且没有自转运动，赤道地带就会由于气温高，空气受热膨胀上升，使气压的垂直梯度变小；两极地带则会由于气温低，使气压垂直梯度变大。这样在赤道上空的气压比同一水平面上的极地为高，形成由赤道指向极地的气流。极地上空积聚的来自赤道的空气向下沉降，使地面空气密度增大，气压升高；而赤道地面因空气上升密