農(nóng)業(yè)氣象學(xué)氣壓和風(fēng)課件

1、第四章、氣壓和風(fēng) 第一節(jié)、氣壓第二節(jié)、風(fēng) 第一節(jié)、氣壓一、氣壓及其單位二、氣壓的水平分布三、水平氣壓梯度重點：氣壓系統(tǒng)、水平氣壓梯度第一節(jié)、氣壓 氣壓是表征大氣狀態(tài)的一個基本氣象要素，氣壓隨時間和空間的變化與大氣運動和天氣變化有密切關(guān)系。研究表明，氣壓降低時，一般多陰雨天氣，氣壓升高時，一般多晴好天氣。因此，氣壓的分布和變化是天氣分析和預(yù)報的重要依據(jù)。一、氣壓及其單位氣壓即大氣壓強，在數(shù)值上等于單位截面積上大氣柱的重量。氣壓的單位有兩種：hpa mm在標(biāo)準(zhǔn)情況下（=45 h=0米 T=0）所測得的大氣壓強稱為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，其值為：p=1013.25 hpa氣壓各單位之間的換算關(guān)系 p=gh=

2、13.59g/cm3980.665cm/秒276cm1達因=1克cm/秒2所以：p=1013250達因/cm21hpa=1000達因/cm2因此：p=1013.25 hpa因為p=760mm=1013.25hpa所以 1mm=4/3 hpa1hpa=3/4mm二、氣壓的水平分布?xì)鈮翰粌H在垂直方向上有差異，而且在水平方向上的分布也是不均勻的。這是由于各地溫度不同，空氣密度也不同，因而水平方向上氣壓就不相等。但總有氣壓相等的地方，我們把氣壓相等的各點所連成的曲線叫等壓線。由無數(shù)條等壓線組成的氣壓的分布圖叫等壓線圖。在等壓線圖上可以看出氣壓的分布有高壓、低壓、高壓脊、低壓槽、鞍形場。高壓：中心氣壓高

3、于四周閉會等壓線區(qū)。高壓脊：由高壓向外延伸的部分低壓：中心氣壓低于四周的閉會等壓線區(qū)。低壓槽：由低壓向外延伸的部分鞍形場：兩個高壓和兩個低壓交錯相對的中間區(qū)域高壓：中心氣壓高于四周閉會等壓線區(qū)。高壓脊：由高壓向外延伸的部分。低壓：中心氣壓低于四周的閉會等壓線區(qū)。低壓槽：由低壓向外延伸的部分。鞍形場：兩個高壓和兩個低壓交錯相對的中間區(qū)域。以上各種氣壓場統(tǒng)稱為氣壓系統(tǒng)，不同的氣壓系統(tǒng)造成空氣的運動方式不同，因此，具有不同的天氣類型。三、水平氣壓梯度在等壓線圖上，不僅可以看出各地氣壓分布狀況，而且也能了解氣壓變化的程度，等壓線比較密集的地方，氣壓變化大，等壓線比較稀疏的地方，氣壓變化小，對于水平方向

4、上的變化通常用水平氣壓梯度來表示。水平氣壓梯度就是單位距離內(nèi)的氣壓差。水平氣壓梯度是一個矢量，它的方向是垂直于等壓線從高壓指向低壓，它的大小是單位距離內(nèi)的氣壓差。水平氣壓梯度實質(zhì)上是氣壓場中單位體積空氣在水平方向上所承受的作用力。水平氣壓梯度越大作用在空氣上的力就越大，水平氣壓梯度越小作用在空氣上的力就越小，這個作用力稱為水平氣壓梯度力。水平氣壓梯度力是產(chǎn)生風(fēng)的作用力，它是形成風(fēng)的直接動力，這個力雖然很小，但卻能使空氣產(chǎn)生加速運動。事實上，根據(jù)自然界物質(zhì)均勻規(guī)律，任何一種物質(zhì)只要是流體都會向均衡發(fā)展變化，比如水溶液，濃的溶液向稀的地方擴散，最后以達到均衡為止，空氣也是一樣，它的密度也在努力趨于

5、平衡，但由于太陽輻射的作用，也就是說，各地接受的太陽輻射不均勻，或者各地的熱特性不一致接受太陽輻射后產(chǎn)生的熱量不一致，不管怎樣，我們地球表面上的溫度在各地存在著溫差，溫度不同的地面給大氣加熱也不均勻，造成大氣的溫度在水平方向上的不一致，所以大氣的密度也就不一樣。密度大的地方總會向密度小的地方疏散，這種疏散靠一種自然力來疏散，這種自然力是密度產(chǎn)生的，密度是溫度產(chǎn)生的，所以這個力又來自于溫度，溫度力又來自于太陽輻射。最簡單地講，只要太陽輻射在大地上，地面給大氣加熱，大氣受熱不均就會產(chǎn)生空氣運動。所以，我們可以用兩句話來表示風(fēng)的成因：氣壓水平分布不均勻是產(chǎn)生風(fēng)的直接原因，而溫度水平分布不均勻是產(chǎn)生風(fēng)

6、的根本原因。一、風(fēng)的概念空氣在水平方向上的運動叫做風(fēng)風(fēng)是矢量，它的大小用風(fēng)速或風(fēng)力等級來表示，它的方向用8個方位或360角度來表示。第二節(jié)、風(fēng)二、風(fēng)的成因風(fēng)是由水平方向上氣壓分布不均勻引起的，當(dāng)相鄰兩處氣壓在水平方向上不相等時，便會有水平氣壓梯度存在，空氣在水平氣壓梯度力的作用下，會沿著垂直于等壓線的方向由高壓流向低壓，這樣便產(chǎn)生了風(fēng)。在平直等壓線組成的氣壓場中，風(fēng)的方向不是垂直于等壓線的，這是因為運動的空氣會受到地球自轉(zhuǎn)的影響而產(chǎn)生一種作用力作用在運動空氣上，這個力稱水平地轉(zhuǎn)偏向力。1、地轉(zhuǎn)風(fēng)水平地轉(zhuǎn)偏向力示意圖在北半球，水平地轉(zhuǎn)偏向力始終作用在運動空氣的右側(cè)，其大小隨空氣運動速度的增大而增

7、大。這樣，運動空氣在水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力的共同作用下，會使其運動方向逐漸發(fā)生改變，最終風(fēng)的方向就會沿平行于等壓線的方向做慣性運動，這種風(fēng)稱地轉(zhuǎn)風(fēng)。風(fēng)向和氣壓場的關(guān)系（風(fēng)壓定律）是：背風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。2、梯度風(fēng)在實際天氣圖上，等壓線多是彎曲的。在彎曲等壓線中運動的空氣，除受水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力的作用外，還要受慣性離心力的影響，在以上三個力的合力會使空氣做穩(wěn)定的曲線運動，這種風(fēng)稱梯度風(fēng)。梯度風(fēng)仍符合風(fēng)壓定律。3、摩擦風(fēng)在近地層中，空氣運動會受到強烈摩擦，產(chǎn)生摩擦力。在水平氣壓梯度力、水平地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力和摩擦力共同作用下風(fēng)會斜穿等壓線由高壓吹向低壓，這種風(fēng)稱摩

8、擦風(fēng)。摩擦風(fēng)和實際觀測到的風(fēng)很相近，風(fēng)壓定律是：在北半球，背風(fēng)而立，高壓在右后方，低壓在左前方。 三、閉合等壓線區(qū)的風(fēng)向閉合等壓線區(qū)指高壓和低壓在高壓區(qū)風(fēng)按順時針方向由里向外做渦旋運動。在低壓區(qū)風(fēng)按逆時針方向由外向里做渦旋運動。在高壓區(qū)，由于空氣由高壓中心向外輻散，所以上面的空氣下沉來補充輻散產(chǎn)生的空缺，這樣在高壓區(qū)上空，空氣做下沉運動產(chǎn)生絕熱增溫，使大氣飽和程度降低，出現(xiàn)晴好天氣。我國北方的春旱、夏旱就是由于副熱帶太平洋上形成高壓后，它的脊發(fā)展延伸到我國大陸上，我國北方受副高脊控制形成長期干旱。副高形成后可控制大部分地區(qū)，時間較長，約2-3個月。在低壓區(qū)，由于空氣由外向低壓中心輻合，所以輻合

9、在一起的空氣便會旋轉(zhuǎn)上升，這樣在低壓區(qū)空氣做絕熱上升運動，使大氣飽和程度增大，最終出現(xiàn)陰雨天氣。我國夏季的雷陣雨、秋季的冷雨多數(shù)都是由低壓造成的，當(dāng)?shù)蛪旱膹姸燃哟髸r，還可產(chǎn)生冰雹，甚至產(chǎn)生龍卷風(fēng)，產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。 四、風(fēng)的日變化和年變化 1、風(fēng)的日變化當(dāng)氣壓形勢穩(wěn)定時，風(fēng)有明顯的日變化，在低層大氣中，日出后，風(fēng)速逐漸增大，午后風(fēng)速達到最大，之后風(fēng)速逐漸減小，至清晨最小。風(fēng)速的日變化是由亂流混合的日變化引起的。2、風(fēng)的年變化風(fēng)的年變化與氣候和地理條件有關(guān)，在北半球的中緯度地區(qū)，一般風(fēng)速的最大值出現(xiàn)在冬季，最小值出現(xiàn)在夏季。我國大部分地區(qū)春季風(fēng)速最大，因為春季是冷暖空氣頻繁交替的時期，易形成大風(fēng)，

10、再加上春季植被還沒有長出葉子，對風(fēng)的阻擋作用小，地面因降水少而成干土層，易形成沙塵天氣，如每年春季的沙塵。五、大氣環(huán)流地球上各種規(guī)模的氣流的綜合，稱為大氣環(huán)流。大氣環(huán)流包括超長波、長波、高空急流、副熱帶高壓等行星尺度系統(tǒng)；鋒面氣旋、高空短波槽、切變線、臺風(fēng)等大尺度的氣流；山谷風(fēng)、海陸風(fēng)、龍卷風(fēng)、雷雨云等中小尺度系統(tǒng)。大氣環(huán)流使熱量和水汽在不同地區(qū)之間，特別是高低緯之間和海陸之間得以交換和輸送，對各地的天氣變化和氣候形成起著重要作用。1、單圈環(huán)流假設(shè)地球表面是均勻的，并且無地轉(zhuǎn)偏向力的作用，那么，低緯地區(qū)熱，空氣受熱上升，上升后向兩極運動；兩極地區(qū)冷，空氣冷卻下沉，下沉后向赤道運動，這樣空氣便會

11、在赤道和極地之間進行循環(huán)流動，這種簡單的經(jīng)圈環(huán)流稱為單圈環(huán)流。單一環(huán) 流圈北極南極赤道赤道2、三圈環(huán)流實際上，單圈環(huán)流是不存在的，因為空氣在流動時會受到地轉(zhuǎn)偏向力的作用，使空氣的運動方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最終會在半個球面上形成三個環(huán)流圈。赤道南極北極赤道3030606060603030西南東北偏西風(fēng)西南西南偏東風(fēng)西北東南偏西風(fēng)西北西北偏東風(fēng)赤道低氣壓帶副熱帶高壓帶東北信風(fēng)帶低緯環(huán)流圈極地高壓帶副極地低壓帶中緯環(huán)流圈西風(fēng)帶東風(fēng)帶高緯環(huán)流圈副熱帶高壓帶東南信風(fēng)帶西風(fēng)帶副極地低壓帶東風(fēng)帶極地高壓帶低緯環(huán)流圈中緯環(huán)流圈高緯度環(huán)流在北半球，從赤道上空向北運動的空氣，受地轉(zhuǎn)偏向力的作用會不斷向右偏轉(zhuǎn)，到緯度約3

12、0的地方，偏轉(zhuǎn)成西風(fēng)（又稱西風(fēng)急流）。西風(fēng)的形成阻擋了繼續(xù)北上的空氣，空氣在此不斷堆積而下沉，在副熱帶地面上形成高壓（副熱帶高壓），赤道地面由于空氣上升而形成低壓，因此，地面上空氣由副熱帶地區(qū)流向赤道，在地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力的作用下，形成東北風(fēng)。此風(fēng)因比較恒定，故稱東北信風(fēng)。在副熱帶地面上空氣分兩支分別向南和向北運動，向北的氣流在緯度約60的地方與南下的極地冷空氣相遇后被抬升，形成極峰。此空氣分兩部分分別向南和向北運動，向北的空氣到達極地后填補了空氣下沉而產(chǎn)生的空缺，向南的空氣到達副熱帶后填補了空氣下沉而產(chǎn)生的空缺。這樣便形成了三個環(huán)流圈，稱為三圈環(huán)流。3、三風(fēng)四帶三圈環(huán)流理論基本上符合地球上的

13、行星風(fēng)系。行星風(fēng)系是指全球范圍內(nèi)帶狀分布的氣壓帶和風(fēng)帶。他們被稱為“三風(fēng)四帶”，即：赤道低壓帶，副熱帶高壓帶，副極地低壓帶，極地高壓帶。東北信風(fēng)，盛行西風(fēng)，極地東風(fēng)。赤道南極北極赤道3030606060603030西南東北偏西風(fēng)西南西南偏東風(fēng)西北東南偏西風(fēng)西北西北偏東風(fēng)赤道低氣壓帶副熱帶高壓帶東北信風(fēng)帶低緯環(huán)流圈極地高壓帶副極地低壓帶中緯環(huán)流圈西風(fēng)帶東風(fēng)帶高緯環(huán)流圈副熱帶高壓帶東南信風(fēng)帶西風(fēng)帶副極地低壓帶東風(fēng)帶極地高壓帶低緯環(huán)流圈中緯環(huán)流圈高緯度環(huán)流赤道南極北極赤道行星風(fēng)系的季節(jié)性移動節(jié)氣：春分節(jié)氣：夏至節(jié)氣：秋分節(jié)氣：冬至北半球中緯度地區(qū)屬盛行西風(fēng)帶，受西風(fēng)急流的影響，天氣系統(tǒng)通常是由西向東

14、發(fā)展，因此，做天氣預(yù)報時，只要知道西面的天氣狀況，便可預(yù)測東邊的未來天氣。4、季風(fēng)環(huán)流1）、大氣活動中心大氣活動中心是指由于海洋和陸地這兩個熱力性質(zhì)差異很大的下墊面的存在，會將原來呈帶狀的氣壓帶變成獨立的高低壓系統(tǒng)，這些獨立的高低壓系統(tǒng)稱為大氣活動中心。2）、季風(fēng)環(huán)流季風(fēng)是以年為周期，隨季節(jié)而改變風(fēng)向的風(fēng)。季風(fēng)環(huán)流是中等范圍的大氣環(huán)流，它的形成與海陸分布及大氣活動中心有關(guān)。季風(fēng)環(huán)流 夏季陸 地海 洋夏季熱低氣壓 冷高氣壓高氣壓低氣壓夏季風(fēng)季風(fēng)環(huán)流 冬季陸 地冷熱低氣壓高氣壓低氣壓高氣壓冬季風(fēng)海 洋由于海洋和陸地的熱力差異很大，接受太陽輻射后會產(chǎn)生不同的溫度。在夏季增溫的季節(jié)，陸地比海洋溫度高，

15、在陸地上形成低壓，在海洋上形成高壓，風(fēng)從海洋吹向陸地；在冬季降溫的季節(jié)，陸地比海洋溫度低，在陸地上形成高壓，在海洋上形成低壓，風(fēng)從海洋吹向陸地。這種風(fēng)向的變化隨季節(jié)交替出現(xiàn)，故稱季風(fēng)。我國地處海洋和陸地的交接處，正是形成季風(fēng)的特殊地理位置，故我國冬季盛行偏北風(fēng)，夏季盛行偏南風(fēng)。5、地方性風(fēng)1）、海陸風(fēng)海陸風(fēng)是發(fā)生在沿海地區(qū)以天為周期的小范圍熱力環(huán)流，它的原理和季風(fēng)相似，只不過周期是一晝夜，范圍是近地層，白天吹海風(fēng)，晚上吹陸風(fēng)。有些較大的水體一天中也可形成水陸風(fēng)。海陸風(fēng)示意圖2）、山谷風(fēng)在山地中，經(jīng)常出現(xiàn)以天為周期，風(fēng)向隨晝夜而發(fā)生改變的風(fēng)，稱山谷風(fēng)。白天風(fēng)從山谷吹向山坡，稱谷風(fēng)；夜間風(fēng)從山坡吹向山谷，稱山風(fēng)。山谷風(fēng)是由于在接近山坡的空氣和同高度谷底上空的空氣間白天增熱和夜間失熱程度不同而產(chǎn)生的一種小范圍熱力環(huán)流。山谷風(fēng)示意圖白天山坡接受太陽輻射后很快增溫，靠近山坡的空氣也隨之很快增溫，同高度谷底上空的空氣因遠離山坡和谷底，所以增溫慢，這樣山坡上空氣受熱上升，谷底上空空氣下沉補缺，便形成了由谷底吹向