3空气的水平运动解析.pptx

风的形成是空气流动的结果，常指空气相对地面的风的形成是空气流动的结果，常指空气相对地面的水平运动，是一个矢量水平运动，是一个矢量,用风向和风速表示。用风向和风速表示。在北半球，气流向右偏转，在南半球使气流向左偏在北半球，气流向右偏转，在南半球使气流向左偏转。所以，地球大气的运动，除受到气压梯度力的转。所以，地球大气的运动，除受到气压梯度力的作用外，还受地转偏向力的影响。作用外，还受地转偏向力的影响。第四章第四章 气气 象象 空气的水平运动空气的水平运动 一、风的表示和测量 二、风的形成 三、风的变化 四、风对飞行的影响主要内容主要内容一、风的表示和测量一、风的表示和测量n1.风的表示n气象上的风向是指 风的来向，n常用360或16个方位来表示气象台常用八个方位发布风向的预报，气象台常用八个方位发布风向的预报，即东（即东（E）、）、南（南（S）、西（）、西（W）、北（）、北（N）、东南（）、东南（SE）、西）、西南（南（SW）、西北（）、西北（NW）和东北（）和东北（NE）。风向观）。风向观测是用十六个方位来表示的，即在上述八个方位中测是用十六个方位来表示的，即在上述八个方位中间再增加北东北（间再增加北东北（NNE）、东东北（）、东东北（ENE）、东）、东东南（东南（ESE）、南东南（）、南东南（SSE）、南西南（）、南西南（SSW）、）、西西南（西西南（WSW）、西西北（）、西西北（WNW）和北西北）和北西北（NNW）。）。实际测风报告中还经常用实际测风报告中还经常用0360范围内的数字表范围内的数字表示示风向，以风向，以0为北，为北，90为东，为东，180为南，为南，270为为西，余类推。西，余类推。在天气预报中有时还用偏北风、偏南风等名称，偏在天气预报中有时还用偏北风、偏南风等名称，偏字表示风向围绕某个方位作小范围摆动。字表示风向围绕某个方位作小范围摆动。风的16个方位表示风速n风速是指单位时间内空气微团的水平位移，常用的风速单位是：米/秒（m/s），千米/小时（km/h），海里/小时（nm/h）1海里/小时也称为节（KT）2.风的测量n（1）仪器测量 风向风速仪、测风气球、风袋、多普勒测风雷达等。风向风速仪测风气球风袋多普勒测风雷达测风雷达是测风的专用雷达。气球携带回答器（或反射靶）升空，当雷达天线对准气球时，发出询问脉冲，能立即接收到回答脉冲（或反射脉冲）。根据回答脉冲和询问脉冲的时间间隔可确定气球距雷达的直线距离，加上天线的方位和仰角，即可确定气球的空间位置。由气球运动轨迹可计算得到各高度风向和风速。测风雷达的探测高度可达30km，且不受天气条件限制，但测角精度低于光学经纬仪，设备庞大。中国气象部门使用的是国产701测风雷达。2.目视估计-风力等级表风力风力等级等级陆地地物象征陆地地物象征相当风速相当风速m/skm/h范围范围中数中数0静，烟直上静，烟直上0.00.2 0.1小于小于11烟能表示风向烟能表示风向0.31.5 0.9152人面感觉有风，树叶有微响人面感觉有风，树叶有微响1.63.3 2.56113树叶及微枝摇动不息，旌旗展开树叶及微枝摇动不息，旌旗展开3.45.4 4.412194能吹起地面灰尘及纸张，小树枝摇动能吹起地面灰尘及纸张，小树枝摇动5.57.96.720285有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波8.010.79.429386大树枝摇动，电线呼呼有声，张伞困难大树枝摇动，电线呼呼有声，张伞困难10.813.812.339497全树摇动，大树枝下弯，迎风步行不便全树摇动，大树枝下弯，迎风步行不便13.917.115.550618可折坏树枝，迎风步行感觉阻力甚大可折坏树枝，迎风步行感觉阻力甚大17.220.719.062749烟囱及平屋房顶受到破坏，小屋受破坏烟囱及平屋房顶受到破坏，小屋受破坏20.824.422.6758810陆上少见，可使树木拔起，建筑物吹坏陆上少见，可使树木拔起，建筑物吹坏24.528.426.58910211陆上很少，有则必有重大损毁陆上很少，有则必有重大损毁28.532.630.610311712陆上绝少，其摧毁极大陆上绝少，其摧毁极大32.736.934.8118133二、风的形成（一）形成风的力（二）风的形成及风压定理（一）形成风的力1 水平气压梯度力2 地转偏向力 3 摩擦力4 惯性离心力1.水平气压梯度力水平气压梯度力n由水平气压梯度引起的作用在单位质量空气上的压力差就是水平水平气压梯度力气压梯度力水平气压梯度的意义水平气压梯度的意义n水平气压梯度可以表示单位体积的空气块受到的水平静压力水平气压梯度力的大小和方向水平气压梯度力的大小和方向n大小：大小：与水平气压梯度成正比，与空气密度成反比n方向：方向：垂直于等压线由高压指向低压2.地转偏向力地转偏向力 n定义：由地球自转引起的使相对于 地球运动的物体偏离原来运 动方向的力地球旋转的作用水也一样水也一样地转偏向力的大小和方向地转偏向力的大小和方向n地转偏向力的大小：n地转偏向力的方向垂直于物体运动的方向，在北半球指向右，在南半球指向左。3.摩擦力摩擦力 n空气在近地面运动时，地表对空气产生的阻碍作用即摩擦力。n摩擦力可表示为：式中K为摩擦系数，它取决于地表的粗糙程度；负号表示R与V的方向总是相反的。三种力与风向的关系三种力与风向的关系4.惯性离心力惯性离心力 n空气在地球表面上作圆周运动时要受到惯性离心力的作用。n惯性离心力的方向与速度V垂直，由曲率中心指向外缘。n惯性离心力的大小为 （二）风的形成及风压定理 1.自由大气中风的形成及风压定理2.摩擦层中风的形成及风压定理 1.自由大气中风的形成地转风n由气压梯度力与地转偏向力相平衡而形成的风，称为地转风。地转风是指自由大气中空气的水平等速直线运动，是指无加速度、惯性离心力不起作用情况下的运动。自由大气中的风压定理n风沿着等压线吹，在北半球背风而立，高压在右，低压在左，等压线越密，风速越大。n南半球风的运动方向与北半球相反。自由大气中低压区和高压区的风结 论n北半球低压区空气逆时针旋转 n高压区空气顺时针旋转 n在北半球穿过低压区飞行，先碰到左侧风，后碰到右侧风。n在北半球穿过高压区飞行，先碰到右侧风，后碰到左侧风。应 用2.摩擦层中风的形成及风压定理 摩擦层是指从地面到1500米高度的气层图2-10 摩擦层中风的形成 摩擦层中的风压定理n摩擦层中的风压定理：风斜穿等压线吹，在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方，等压线越密，风速越大。n南半球风的运动方向与北半球相反摩擦层大气中作曲线运动的空气块n低压附近的风是沿逆时针方向向内吹n高压附近的风是沿顺时针方向向外吹已知气压场，判断风场（摩擦层）风压定理的应用已知气压场，判断风场（自由大气）三、风 的 变 化（一）摩擦层中风的变化（二）自由大气中风的变化（三）地方性风（一）摩擦层中风的变化 1.风随高度的变化2.日变化3.风的阵性 1.摩擦层中风随高度的变化 在北半球随高度增加，风速增大，风向右偏。南半球风向变化相反。北半球摩擦层中风随高度变化示意图 2.摩擦层中风的日变化n白天，近地面的风风速增大，风向向右偏转，上层风的变化则相反。n晚上，下层风风速减小，风向向左偏转，上层风速增大，风向右偏转。3.摩擦层中风的阵性n乱流涡旋随大范围基本气流一起运动，引起局地风向不断改变，风速时大时小，形成风的阵性。（二）自由大气中风的变化 1.自由大气中风随高度变化的原因 由于水平方向上温度分布不均而造成在一定高度上出现气压差，而形引起风的变化风随高度的变化风随高度的变化热成风热成风定义：由气温的水平差异而形成的风称 为热成风。规律：风沿着等温线吹，在北半球背热 成风而立，高温在右，低温在左 等温线越密，风速越大。西风急流的形成n由于北半球南高北低的温度分布，热成风为西风，高度越高，风速越大。上升到一定高度后，就可能形成西风急流。由热成风的定义和性质可知，北半球中纬度地区的高空风由热成风的定义和性质可知，北半球中纬度地区的高空风为西风的原因正是热成风的存在。因为高空风遵循为西风的原因正是热成风的存在。因为高空风遵循“准准地转平衡地转平衡”，即水平科氏力，即水平科氏力 和和“水平气压梯度力水平气压梯度力”平衡，平衡，所以高空风几乎就是地转风。然而，因为自西向东的热成所以高空风几乎就是地转风。然而，因为自西向东的热成风的存在，使得地转风从底层到高层渐渐地也自西向东吹，风的存在，使得地转风从底层到高层渐渐地也自西向东吹，这样北半球中纬度地区高空风吹的就是西风。这就是这样北半球中纬度地区高空风吹的就是西风。这就是 北北半球中纬度地区高空风是西风半球中纬度地区高空风是西风”的说法的由来。的说法的由来。（三）地方性风 一一些些特特殊殊的的地地理理条条件件也也会会对对局局地地空空气气运运动动产产生生影影响响，形形成成与与地地方方性性特特点点有有关关的的局局部部地地区区的风，称为地方性风。的风，称为地方性风。主要的地方性风有：1.海陆风 2.山谷风 3.峡谷风 4.焚风 海陆风是因海洋和陆地受热不均匀而在海岸附近形海陆风是因海洋和陆地受热不均匀而在海岸附近形成的一种有日变化的风系。在基本气流微弱时，白成的一种有日变化的风系。在基本气流微弱时，白天风从海上吹向陆地，夜晚风从陆地吹向海洋。前天风从海上吹向陆地，夜晚风从陆地吹向海洋。前者称为海风，后者称为陆风，合称为海陆风。者称为海风，后者称为陆风，合称为海陆风。海 风由于山谷与其附近空气由于山谷与其附近空气之间的热力差异而引起之间的热力差异而引起白天风从山谷吹向山坡，白天风从山谷吹向山坡，这种风称这种风称“谷风谷风(valley breeze)”；到夜晚，风从；到夜晚，风从山坡吹向山谷称山坡吹向山谷称“山风山风(mountain breeze)”。山。山风和谷风总称为山谷风。风和谷风总称为山谷风。山谷风山谷风峡谷风峡谷风当气流从开阔地区向两山对峙的峡谷地带流入时，当气流从开阔地区向两山对峙的峡谷地带流入时，由于空气质量不能在峡谷内堆积，于是气流将加速由于空气质量不能在峡谷内堆积，于是气流将加速流过峡谷，风速相应增大，这种比附近地区风速大流过峡谷，风速相应增大，这种比附近地区风速大得多的风叫做峡谷风（穿堂风）。得多的风叫做峡谷风（穿堂风）。焚 风焚风往往以阵风形式出现，从山上沿山坡向下吹。焚风现象是由于焚风往往以阵风形式出现，从山上沿山坡向下吹。焚风现象是由于湿空气越过山脉时，被迫抬升失去水分（一般形成地形雨），并在湿空气越过山脉时，被迫抬升失去水分（一般形成地形雨），并在山脉背风坡一侧下沉时增温，形成高温并且干燥的气流。因而气团山脉背风坡一侧下沉时增温，形成高温并且干燥的气流。因而气团所经之地湿度明显下降，气温也会迅速升高。所经之地湿度明显下降，气温也会迅速升高。四、地形与障碍物风的影响 地表面的粗糙度 地形和大的建筑物会分散风的流向，产生会快速改变方向和速度的阵风。五、风对飞行的影响（一）风对飞机起飞着陆的影响（二）风对飞机航行的影响 风对飞机起飞着陆的影响地面顺风地面逆风地面侧风 逆风，逆风，迎面吹向飞机的风。由于逆风会迎面吹向飞机的风。由于逆风会增加升力增加升力，飞，飞机大多在逆风情况下机大多在逆风情况下起飞或降落。起飞或降落。顺风，顺风，从飞机后面吹来的风。顺风会从飞机后面吹来的风。顺风会减低升力，减低升力，飞机飞机通常会通常会避免在顺风情况下起飞或降落。避免在顺风情况下起飞或降落。侧风，侧风，从侧面吹来的风。飞机降落时如遇到侧风剧变，从侧面吹来的风。飞机降落时如遇到侧风剧变，或会偏离跑道中线或会偏离跑道中线风切变，风切变，是指逆风或顺风出现持续多于几秒的转变而是指逆风或顺风出现持续多于几秒的转变而引致浮力产生变化。浮力减少可导致引致浮力产生变化。浮力减少可导致飞机向下偏离，飞机向下偏离，低于低于预定飞行路线。预定飞行路线。湍流，湍流，是由大气快速不规则的流动所引起的。它使飞是由大气快速不规则的流动所引起的。它使飞机产生机产生颠簸，颠簸，严重时飞机可能严重时飞机可能会短暂失控。会短暂失控。影响飞机飞行的影响飞机飞行的5种风种风地面侧风高空风对飞行的影响n高空顺风：会增大地速、缩短飞行时间、减少燃油消耗、增加航程。n高空逆风：会减小地速、增加飞行时间、缩短航程。n高空侧风：会产生偏流，需进行适当修正以保持正确航向。风与地速高空侧风复习思考题 1.形成风的力有哪些，北半球地转偏向力的方向如何？2.自由大气和摩擦层中的风压定理是如何表述的，区别在哪里？3.摩擦层中风的变化方式有哪些，变化原因是什么？