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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
2、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=13. 59g /c m 3 9 8 0 . 665c m /秒 2 76cm 1達(dá)因 =1克 cm/秒 2 所以： p=1013250達(dá)因 /cm2 1hpa=1000達(dá)因 /cm2 因此： p=1013.25 hpa 因為 p=760mm=1013.25hpa 所以 1mm=4/3 hpa 1hpa=3/4mm 二 、 氣壓的水平分布 氣壓不僅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
3、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
4、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
5、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(dá)到均 衡為止 ， 空氣也是一樣 ， 它的密度也在努力趨于 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
6、 ， 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)的根本原因 。 一 、 風(fēng)的概念 空氣在
7、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
8、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) 。
9、 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
10、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
11、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(dá)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) ， 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
12、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
13、 ， 下沉后向赤道運動 ， 這樣空氣便會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 30 30 60 60 60 60 30 30 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
14、 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 30 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
15、部分分別向南和向 北運動 ， 向北的空氣到達(dá)極地后填補了空 氣下沉而產(chǎn)生的空缺 ， 向南的空氣到達(dá)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 30 30 60 60 60 60 30 30 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
16、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
17、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 季風(fēng)環(huán)流 冬季 陸 地 冷 熱 低氣壓 高氣壓 低氣壓 高氣壓 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 ， 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
18、， 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)；
19、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(yuǎn)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 山坡的谷風(fēng)；夜間冷卻降溫 ， 形成了與白 天相反的環(huán)流 ， 風(fēng)從山坡吹向山谷 ， 形成 山風(fēng) 。 3） 、 狹谷風(fēng) 當(dāng)空氣從開闊地流入狹窄的走廊或谷口 時 ， 風(fēng)速加大 ， 這種風(fēng)稱狹谷風(fēng) 。 4） 、 焚風(fēng) 焚風(fēng)是由于空氣做絕熱下沉運動時 ， 因 溫度升高 、 濕度降低而形成的一種干熱風(fēng) ， 稱焚風(fēng) 。 焚風(fēng)形成在背風(fēng)坡 ， 在高壓區(qū)內(nèi) ， 如有 較強的下沉氣流時也可形成焚風(fēng) 。 狹谷風(fēng)、焚風(fēng)示意圖 六 、 風(fēng)與植物 風(fēng)是重要的植物生態(tài)因子 ， 特別是在 熱量 、 水汽和 CO2的輸送方面尤其重要 。 1、 風(fēng)可以調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候狀況 2、 風(fēng)能傳播花粉和種子 3、 風(fēng)可對植物直接或間接產(chǎn)生危害
農(nóng)業(yè)氣象學(xué)氣壓和風(fēng)
