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§4.4 摩擦层中的风 4 大气的运动 上海海事大学 商船学院 《航海气象学与海洋学》教研组 2009年9月 目 录 4.1 作用于空气微团上的外力 4.2 空气的水平运动—风 4.3 空气的垂直运动 思考题 4.1 作用于空气微团上的外力 重力 由于气压分布不均而产生的气压梯度力（水平气压梯度力，垂直气压梯度力） 由于地球自转而产生的地转偏向力（水平地转偏向力） 由于空气层之间、空气与地面之间存在相对运动而产生的摩擦力 由于空气作曲线运动时产生的惯性离心力。 一、 水平气压梯度力 水平气压梯度力 ※ 垂直气压梯度力 在垂直方向上，气压分布总是不均的，单位质量的空气微团受到的垂直方向上的净压力，称为垂直气压梯度力。 二、 水平地转偏向力（科里奥利力） 水平地转偏向力 纬度一定时： 风速越大，水平地转偏向力越大。风速为0时，水平地转偏向力也为0。说明静止的空气不受地转偏向力的作用。 风速一定时： 纬度越高，水平地转偏向力越大。 赤道上，风速再大，也不受地转偏向力的作用。 水平地转偏向力 三、 惯性离心力 四、 摩擦力 小 结 4.2 空气的水平运动—风 风--空气相对海底所作的水平运动。 风的大小： 风速：m/s，km/h，kn（节，nm/h），1m/s≈2kn 蒲福风级：0～17级。 风速与风级的关系：V＝0.836B3/2。 风向：风的来向 方位度数（0°～360°） 16方位 风向的表示方法 概述 风压：风作用于物体时，在垂直于风的方向上物体单位面积所受到的压力。 风的日变化：近地面层风速，白天大，夜间小；上层风速白天小，夜间大。 风的年变化与地理条件和气候条件有关。 风的阵性：是指风向变动不定、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表现显著，特别是山区更甚。随着高度的增高，风的阵性在逐渐减弱。 二、自由大气中的风 自由大气中，等压线平直的气压场内，当水平气压梯度力与水平地转偏向力达到平衡时，空气的等速直线水平运动。 2. 梯度风 自由大气中，空气质点作曲线运动时，当水平气压梯度力，水平地转偏向力，惯性离心力这三个力达到平衡时的风。 小结 1）北半球，高压中的风顺时针吹，低压中的风逆时针吹；南半球，高压中的风逆时针吹，低压中的风顺时针吹。 风向与气压场之间满足白贝罗风压定律。 2）梯度风风速与水平气压梯度、纬度的正弦、空气密度和曲率半径有关。 3）低压（气旋）区中的水平气压梯度不受限制；高压（反气旋）中的水平气压梯度不能超过某一临界值。 4）反气旋区内，边缘风速较大，中心附近微风或者静风；曲率较小处，即等压线平直处，等压线密，风速大；曲率较大处，即等压线弯曲较大处，等压线疏，风速较小。 5）中高纬度反气旋的风速较大，低纬度反气旋内风速较小。 6）Va（反气旋中的风）〉Vg（地转风）〉Vc（气旋的风）。 三、摩擦层中的风 摩擦力对风的影响 对风速的影响 陆面上，实际风速/地转风速＝1/3～1/2； 海面上，实际风速/地转风速＝3/5～2/3。 海上经验公式：Vo＝65％Vg。 对风向的影响 风去向斜穿等压线偏向低压一侧，与等压线的交角α， 在中高纬陆上，为35°～45°；海上，10°～20°。 风压定律的修正：背风而立，北半球，高压在右后方，低压在左前方；南半球，高压在左后方，低压在右前方。 风随高度的变化 近地面层（30m～50m以下），风随高度的变化不明显。 在近地层以上到摩擦层顶之间的气层中，在气压场不随高度改变的前提下，由于摩擦力和空气密度随着高度升高而减小，因此随高度的升高，风速增大，北半球风向逐渐右偏，南半球 逐渐左偏，摩擦层顶处，风速接近地转风，风向接近地转风向。 4.3 空气的垂直运动 大气的垂直运动又称为对流运动，指空气在垂直方向上有规则的上升和下沉运动。 垂向受力：重力、垂直气压梯度力； 导致垂直方向上力的不平衡的原因 热力原因：热力对流 动力原因： 水平辐散、辐合 锋面抬升 地形抬升 一、热力对流 下垫面受热不均匀引起的垂直运动。 二、水平辐合、辐散引起的垂直运动 地面水平辐合（低压、槽、切变线、辐合式渐近线）引起上升运动； 地面水平辐散（高压、脊、辐散式渐近线）引起下沉运动 。 三、锋面上的垂直运动 暖气团受锋面抬升产生上升运动，通常上升速度缓慢，但持续时间可以很长，形成大范围的层状云系和连续性降水。降水区在冷气团一侧。 四、地形抬升引起的垂直运动 在山的迎风坡一侧，气流上升；在背风坡一侧，气流下沉。云雨区出现在迎风坡一侧。 思考题 1.两种常用的风速单位之间换算关系如何？风向指风吹来的方向还是吹走的方向？ 2.作用在空气微团上的外力有哪些？水平气压梯度力的大小.方向在天气图上如何定性判断？水平地转偏向力，惯性离心力和摩擦力的大小和方