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04_大气的运动幻灯片

§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

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