第四章1 大氣壓力

1、第四章第四章 大氣的運(yùn)動(dòng)大氣的運(yùn)動(dòng)王錫平河北師范大學(xué)地球大氣時(shí)時(shí)刻刻都在運(yùn)動(dòng)地球大氣時(shí)時(shí)刻刻都在運(yùn)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)（風(fēng)）水平運(yùn)動(dòng)（風(fēng)）垂直（對(duì)流運(yùn)動(dòng)）空氣的運(yùn)動(dòng)空氣運(yùn)動(dòng)的原因：大氣壓力分布的不均勻（氣壓梯度力）空氣運(yùn)動(dòng)的原因：大氣壓力分布的不均勻（氣壓梯度力）n 熱量和水分的傳輸和交換n 不同空氣相互接近、相互作用n 影響天氣、氣候的形成和演變第一節(jié)第一節(jié) 氣壓隨高度和時(shí)氣壓隨高度和時(shí)間的變化間的變化一、氣壓隨高度的變化一、氣壓隨高度的變化l氣壓氣壓（大氣壓力） 靜止大氣中任意高度上的氣壓值 單位面積上大氣柱的重量單位面積上大氣柱的重量: 從觀測(cè)高度到大氣上從觀測(cè)高度到大氣上界單位截面積垂直空氣柱的

2、重量界單位截面積垂直空氣柱的重量。l固定地點(diǎn)氣壓變化的原因固定地點(diǎn)氣壓變化的原因 空氣柱質(zhì)量空氣柱質(zhì)量產(chǎn)生變化 空氣柱厚度? 密度? AMgP/大氣低層氣壓隨高度變化大；高層氣壓隨高度變化?。ǎ﹍作用：作用：描述空氣密度大小與氣壓隨高度變化的定量關(guān)系假設(shè) 大氣相對(duì)于地面處于靜止?fàn)顟B(tài)ZgZZgPPP)(1212氣壓隨高度的增加而降低ZgZZgPPP)(1212dP如果空氣柱取得非常薄，則Z趨向無窮小gdZdP大氣靜力學(xué)基本方程gdzdpgdzdp大氣靜力學(xué)方程的物理意義大氣靜力學(xué)方程的物理意義 兩高度上的壓力差應(yīng)等于兩高度之兩高度之間單位截面積上的空氣柱所受的重力間單位截面積上的空氣柱所受的重力

3、 氣壓隨高度遞減的速度與氣壓隨高度遞減的速度與空氣密度空氣密度和和重力加速度重力加速度有關(guān)有關(guān)。主要決定于空氣密度主要決定于空氣密度（重力加速度隨高度變化很?。ゞdZdP大氣靜力學(xué)基本方程的適用條件大氣靜力學(xué)基本方程的適用條件l推導(dǎo)靜力學(xué)方程的前提條件是假定大氣是靜止的，理論方程。 除在有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)的地區(qū)外，一般條件下其誤差1。l當(dāng)氣層不太厚和要求精度不高時(shí)，靜力學(xué)方程可以用來粗略地估算氣壓與高度間的定量關(guān)系估算氣壓與高度間的定量關(guān)系，或者用于將地面氣壓訂正為海平面氣壓。氣層高度變化范圍很大，空氣柱中上下層溫度、密度變化顯著，無法直接利用靜力靜力學(xué)方程學(xué)方程，需要采用適合較大氣壓隨高度變化

4、的關(guān)系式 。l引入目的引入目的 獲得氣壓與高度的更精確對(duì)應(yīng)關(guān)系。l實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用：如海平面氣壓訂正海平面氣壓訂正，野外工作中的氣壓測(cè)高氣壓測(cè)高等，需要在較大的高度范圍內(nèi)較大的高度范圍內(nèi)進(jìn)行壓高計(jì)算進(jìn)行壓高計(jì)算 l方法方法 將靜力學(xué)方程在氣層積分2121zzppgdzdp任意兩個(gè)高度上的氣壓差等于這兩個(gè)高度間的單位截面積空氣柱的重量 2121zzppgdzdp因?yàn)镽Tp（狀態(tài)方程）2121zzppdzRTgpdp2112zzdzRTgepp通用的壓高方程2112zzdzRTgepp方程在使用中存在的問題方程在使用中存在的問題：g、R、T均隨高度產(chǎn)生變化，積分困難氣壓氣壓 隨隨 的增加按的增加按

5、 指指 數(shù)數(shù) 規(guī)律遞規(guī)律遞減減解決方法解決方法：根據(jù)實(shí)際情況做某些特定假設(shè)忽略重力加速度重力加速度的變化和水汽水汽的影響，假定氣溫不隨氣溫不隨高度發(fā)生變化高度發(fā)生變化，得到（溫度不隨高度的變化而變化的大氣）壓高公式：2112lg)2731 (18400PPtZZm氣層平均溫度問題：實(shí)際大氣并非等溫大氣問題：實(shí)際大氣并非等溫大氣解決辦法解決辦法：將實(shí)際大氣劃分為許多薄層，每一薄層可以看作是等溫的，求出每一薄層的tm，然后分別計(jì)算各薄層的厚度，最后把各薄層的厚度求和便是實(shí)際大氣的厚度。等溫大氣壓高公式的用途等溫大氣壓高公式的用途（1）根據(jù)不同高度上的氣壓差和氣柱的平均溫度，求這兩處之間的高度差高度

6、差。（氣壓測(cè)氣壓測(cè)高原理高原理）2112lg)2731 (18400PPtZZm（2）根據(jù)某高度的氣壓值和氣柱的平均溫度，推算另一高度的（海平面氣壓訂正海平面氣壓訂正）（3）由不同高度上的氣壓，求兩高度之間的氣柱的。l氣壓：觀測(cè)高度到大氣上界單位截面積垂直空氣柱的重量l空氣柱的重量是其質(zhì)量質(zhì)量和重力加速度重力加速度的乘積l重力加速度通常近似看作是定值 一個(gè)地方氣壓的變化決定于其上空氣柱質(zhì)量的變化（一）氣壓變化的原因（一）氣壓變化的原因l熱力因子：指溫度的升高或降低引起的體積膨脹或者收縮、密度的增大或減小; 會(huì)伴隨氣流輻合或輻散，造成質(zhì)量的增多或減少。l動(dòng)力因子：大氣運(yùn)動(dòng)所引起的氣柱質(zhì)量的變化，

7、可分為三種情況空氣柱質(zhì)量變化的動(dòng)力原因空氣柱質(zhì)量變化的動(dòng)力原因1 1、水平氣流的輻合與輻散、水平氣流的輻合與輻散輻合與輻散：由于空氣運(yùn)動(dòng)速度的不均勻而導(dǎo)致空氣質(zhì)量在某些區(qū)域堆聚或流散的現(xiàn)象空氣都背著同一條線或同一點(diǎn)散開，而且前面的空氣速度快，后面的空氣速度慢，顯然這個(gè)區(qū)域的空氣質(zhì)點(diǎn)會(huì)逐漸向周圍流散，引起氣壓降氣壓降低低，這種現(xiàn)象稱為水平氣流輻散水平氣流輻散 空氣柱質(zhì)量變化的動(dòng)力原因空氣柱質(zhì)量變化的動(dòng)力原因11 1、水平氣流的輻合與輻散、水平氣流的輻合與輻散：由于空氣運(yùn)動(dòng)速度的不均勻而導(dǎo)致空氣質(zhì)量在某些區(qū)域堆聚或流散的現(xiàn)象空氣向著同一點(diǎn)或同一條線集聚，而且前面空氣質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度慢，后面運(yùn)動(dòng)速度快，

8、結(jié)果這個(gè)區(qū)域里空氣質(zhì)點(diǎn)會(huì)逐漸聚積起來，引起氣壓升氣壓升高高，這種現(xiàn)象稱為水平氣流輻合水平氣流輻合 空氣柱質(zhì)量變化的動(dòng)力原因空氣柱質(zhì)量變化的動(dòng)力原因22 2、不同密度氣團(tuán)的移動(dòng)、不同密度氣團(tuán)的移動(dòng)不同密度的空氣交替不同密度的空氣交替會(huì)引起氣壓變化。 性質(zhì)不同的氣團(tuán)，密度往往不同。如果移到某地的氣團(tuán)比原來氣團(tuán)密度大，則該地上空空氣柱中質(zhì)量會(huì)增多，氣壓隨之升高。反之該地氣壓就要降低。 冷空氣冷空氣溫度低，密度大，造成流經(jīng)之地氣壓明顯上升 夏季時(shí)暖濕氣流暖濕氣流北上，引起流經(jīng)之處密度減小，地面氣壓下降空氣柱質(zhì)量變化的動(dòng)力原因空氣柱質(zhì)量變化的動(dòng)力原因33 3、空氣垂直運(yùn)動(dòng)、空氣垂直運(yùn)動(dòng)當(dāng)空氣有垂直運(yùn)動(dòng)而

9、空氣柱內(nèi)質(zhì)量沒有外流時(shí)，空氣柱中總質(zhì)量沒有改變，地面氣壓不會(huì)發(fā)生變化。但空氣柱中質(zhì)量的空氣柱中質(zhì)量的上下傳輸，可造成上下傳輸，可造成空氣柱中某空氣柱中某一層次一層次空氣質(zhì)量改變，引起氣空氣質(zhì)量改變，引起氣壓變化。壓變化。二、氣壓隨時(shí)間的變化二、氣壓隨時(shí)間的變化（二）氣壓的周期性變化（二）氣壓的周期性變化指在氣壓隨時(shí)間變化隨時(shí)間變化的曲線上呈現(xiàn)出有規(guī)律的周期性波動(dòng)，明顯的是以日為周期的和以年為周期的波動(dòng)。l氣壓的日變化有單峰、雙峰和三峰等型式l雙峰型最為普遍：一天有一個(gè)最高值，一個(gè)次高值，一個(gè)最低值，一個(gè)次低值。l氣壓的日變化與氣溫日變化有關(guān)，與潮汐有關(guān)氣壓的日變化與氣溫日變化有關(guān)，與潮汐有關(guān)l

10、日較差隨緯度升高而減小日較差隨緯度升高而減小2、氣壓的年變化 氣壓的年變化是以年為周期的波動(dòng)。可以分為以下三種類型： （1）大陸型：一年中氣壓最高值 出現(xiàn)在冬季，最低值出現(xiàn)在夏季，氣壓年變化值很大，并由低緯向高緯逐漸增大。（2）海洋型：一年中氣壓最高值 出現(xiàn)在夏季，最低值出現(xiàn)在冬季，氣壓年較差小于同緯度的陸地。（3）高山型：一年中氣壓的最高值出現(xiàn)在夏季，最低值出現(xiàn)在冬季。大氣壓的高山型年變化（三）氣壓的非周期性變化（三）氣壓的非周期性變化 氣壓的非周期性變化是指氣壓的變化不存在固定周期的波動(dòng)，它是氣壓系統(tǒng)移動(dòng)和演變的結(jié)果。第二節(jié)第二節(jié) 氣壓場(chǎng)氣壓場(chǎng)氣壓的空間分布稱為氣壓場(chǎng)氣壓場(chǎng)一、氣壓場(chǎng)的表示

11、方法一、氣壓場(chǎng)的表示方法（一）等壓線和等壓面1、等高面圖 是空間高度相等的（平）面。在等高面圖上，各點(diǎn)氣壓值不同，通過分析等壓線等壓線了解空間氣壓氣壓分布情況。 等壓線等壓線：同一等高面上各氣壓相等點(diǎn)的連線。等壓線的形狀和疏密程度反映著水平方向上氣壓的分布形勢(shì)。指空間氣壓相等的各點(diǎn)組成的曲面（因?yàn)橥桓叨壬细鞯氐臍鈮翰幌嗤?，為類似地形一樣起伏不平的曲面?2、等壓面圖 等壓面是曲面的原因：下墊面性質(zhì)的差異、水平方向上溫度分布和動(dòng)力條件的不均勻，所以同一高度上各地的氣壓不一樣(如 海平面)通常用等壓面圖上的來表示等壓面附近的氣壓分布。一、氣壓場(chǎng)的表示方法一、氣壓場(chǎng)的表示方法（二）位勢(shì)高度（重力

12、位勢(shì)）位勢(shì)高度位勢(shì)高度：將單位質(zhì)量的空氣從海平面（令其位勢(shì)等于零）抬升到任一高度Z時(shí)，克服重力，又稱為重力位勢(shì)，以J/kg為單位，簡(jiǎn)稱為位勢(shì)。 1位勢(shì)米位勢(shì)米: 1空氣上升1米時(shí)，克服重力作了9.8J的功，也就是獲得了9.8J/kg位勢(shì)能(的高度差)，即：1位勢(shì)米9.8J/kg8 . 9zgH位勢(shì)米和幾何米的換算公式位勢(shì)高度重力加速度幾何高度位勢(shì)米是能量單位，幾何米是長度單位二、氣壓場(chǎng)的基本型式二、氣壓場(chǎng)的基本型式 等壓線閉合，氣壓自四周向中心遞減，氣流自四周逆時(shí)針向中心輻合的地區(qū)。低壓又稱為氣旋氣旋。2 2、低壓槽、低壓槽是低壓向某一方向延伸的部分，低壓槽中等壓線曲率最大處各點(diǎn)連線稱，氣流自

13、槽線兩側(cè)向槽線氣流自槽線兩側(cè)向槽線輻合輻合。低氣壓低氣壓 與與 低壓槽低壓槽等壓線閉合，氣壓由中心向四周低，氣流自中心向四周順時(shí)針順時(shí)針輻散輻散的地區(qū)，高壓又稱反氣旋反氣旋。是高壓在某一方向的延伸部分，高壓脊中，等壓線曲率最大處各點(diǎn)的連線稱脊線脊線，氣流自脊線向兩側(cè)氣流自脊線向兩側(cè)輻散輻散。 高氣壓高氣壓 與與 高壓脊高壓脊5、鞍型場(chǎng)由兩兩相對(duì)排列的高、低壓區(qū)組成的氣壓系統(tǒng)，其空間等壓面形似馬鞍，故得此名。鞍型場(chǎng)兩高壓區(qū)之間是氣流的輻合地帶。高空常見的氣壓系統(tǒng)高空氣壓系統(tǒng)比低空氣壓系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單多呈現(xiàn)沿緯向（即東西向）的平直或波狀等高線，有時(shí)也有閉合系統(tǒng)如切斷低壓、阻塞高壓 1 1、溫壓場(chǎng)對(duì)稱的

14、系統(tǒng)、溫壓場(chǎng)對(duì)稱的系統(tǒng)溫壓場(chǎng)對(duì)稱的系統(tǒng)指氣壓系統(tǒng)的高、低壓中心與溫度場(chǎng)的冷暖中心重合的系統(tǒng)。包括深厚系統(tǒng)和淺薄系統(tǒng)兩類。有冷低壓和暖高壓兩種系統(tǒng)。冷低壓：低壓中心與低溫中心重合。其空間結(jié)構(gòu)特征為：等壓面坡度隨高度的增高而增大，冷低壓隨高度逐漸增強(qiáng) 單位氣壓的高度差小于周圍地區(qū)暖高壓：高壓中心與高溫中心重合。其空間結(jié)構(gòu)特征是：等壓面坡度隨高度的增高而增大，暖高壓隨高度逐漸增強(qiáng) 單位氣壓的高度差大于周圍地區(qū)有暖低壓和冷高壓兩種系統(tǒng)。暖低壓：低壓中心與高溫中心重合。暖低壓的空間結(jié)構(gòu)是：隨高度的增高等壓面坡度減小，低壓中心下凹的程度越來越小，到某一高度以上，等壓面反而隆起，暖低壓隨高度減弱，在一定高度以上消失，而出現(xiàn)暖高壓冷高壓冷高壓：高壓中心與低溫中心重合，冷高壓隨高度減弱，在一定高度以上消失，出現(xiàn)冷低