大連海事大學(xué)氣象學(xué)教案：大氣運(yùn)動(dòng)

1、1.1.空氣的水平運(yùn)動(dòng)（空氣的水平運(yùn)動(dòng)（Horizontal motion of airHorizontal motion of air）2.2.大氣的垂直運(yùn)動(dòng)（大氣的垂直運(yùn)動(dòng)（Vertical motion of airVertical motion of air）3.3.大氣穩(wěn)定度（大氣穩(wěn)定度（Atmospheric stabilityAtmospheric stability）4.4.大氣環(huán)流（大氣環(huán)流（General CirculationGeneral Circulation）5.5.季風(fēng)（季風(fēng)（MonsoonsMonsoons）6.6.局地環(huán)流（局地環(huán)流（Local circula

2、tionLocal circulation）7.7.地方性風(fēng)（地方性風(fēng)（Local windLocal wind）第三章第三章 大氣的運(yùn)動(dòng)大氣的運(yùn)動(dòng)作用在空氣微團(tuán)上的力作用在空氣微團(tuán)上的力n1. 重力重力(gravity)(gravity)；大小為；大小為g9.8m/sg9.8m/s2 2，方向向下，指向地心。，方向向下，指向地心。n2. 2. 水平氣壓梯度力水平氣壓梯度力(pressure gradient force): (pressure gradient force): 由于作用在單由于作用在單位質(zhì)量空氣上的壓力在水平方向上分布不均勻，引起氣壓梯度力。位質(zhì)量空氣上的壓力在水平方向上分布

3、不均勻，引起氣壓梯度力。大小為：大小為： ； 方向：垂直等壓線從高壓指向低壓。方向：垂直等壓線從高壓指向低壓。 ( (1) Gn1) Gn與與成反比，成反比， GnGn與氣壓梯度與氣壓梯度 成正比。成正比。 (2) (2) 一定時(shí)，一定時(shí)， 大，等壓線密集，大，等壓線密集， GnGn大。大。 (3) (3) 一定時(shí)，一定時(shí)，大，空氣濃密，大，空氣濃密，GnGn小。小。 (4) (4) 若若 =0, =0, 兩地沒有氣壓差兩地沒有氣壓差 GnGn=0 =0 無風(fēng)無風(fēng)。nGnGn是使空氣產(chǎn)生水平運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力。是使空氣產(chǎn)生水平運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力。npGn1npnpnpnp作用在空氣微團(tuán)上的力作用在空氣微團(tuán)

4、上的力n3. 3. 水平地轉(zhuǎn)偏向力水平地轉(zhuǎn)偏向力(deflection force of earth rotation)(deflection force of earth rotation) 由于地球自轉(zhuǎn)由于地球自轉(zhuǎn), ,作用在運(yùn)動(dòng)物體上產(chǎn)生使運(yùn)動(dòng)物體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的力，稱作用在運(yùn)動(dòng)物體上產(chǎn)生使運(yùn)動(dòng)物體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的力，稱地轉(zhuǎn)偏向力，地轉(zhuǎn)偏向力，又又稱可科利奧里力稱可科利奧里力(Coriolis(Coriolis force) force)或科氏力或科氏力。n大小為：大小為：A=2Vsin =7.292A=2Vsin =7.2921010-5-5/s/s : :地轉(zhuǎn)角速度地轉(zhuǎn)角速度 V:V:風(fēng)速風(fēng)速

5、:緯度緯度n方向：北半球方向：北半球，恒垂直于物體運(yùn)動(dòng)方向的右側(cè)，恒垂直于物體運(yùn)動(dòng)方向的右側(cè)9090度，南半球相反度，南半球相反. .n討論：討論：(1) A(1) A是物體相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)才產(chǎn)生的，靜止物體不受其作用。是物體相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)才產(chǎn)生的，靜止物體不受其作用。(2) (2) 地轉(zhuǎn)偏向力是虛擬力地轉(zhuǎn)偏向力是虛擬力， 只改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，不改變速度只改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，不改變速度。(3) (3) 在北半球在北半球A A恒垂直于物體運(yùn)動(dòng)的右方，南半球相反恒垂直于物體運(yùn)動(dòng)的右方，南半球相反。(4) (4) A A 與與sinsin成正比，兩極最大，赤道上為零成正比，兩極最大，赤道上為零 。作

6、用在空氣微團(tuán)上的力作用在空氣微團(tuán)上的力n4. 4. 慣性離心力慣性離心力 指物體在作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的一種虛擬力。指物體在作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的一種虛擬力。 大?。号c向心力相等大小：與向心力相等 方向：與向心力相反。方向：與向心力相反。 表示：表示： r r為曲率半徑為曲率半徑n5. 5. 摩擦力摩擦力 運(yùn)動(dòng)物體受下墊面摩擦作用所產(chǎn)生的力。運(yùn)動(dòng)物體受下墊面摩擦作用所產(chǎn)生的力。 表示式：表示式： R= -R= -k k V V 方向與運(yùn)動(dòng)物體相反。方向與運(yùn)動(dòng)物體相反。n 綜上所述，根據(jù)牛頓第二定律，綜上所述，根據(jù)牛頓第二定律， rVC2gRCAGdtVdFan （地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速公式）（1 1）VgVg與水

7、平氣壓梯度成正比，即等壓線密集，與水平氣壓梯度成正比，即等壓線密集，VgVg大。大。（2 2）VgVg與與空氣空氣密度成反比，氣壓梯度一定時(shí)，高空的密度成反比，氣壓梯度一定時(shí)，高空的VgVg大于低空的大于低空的VgVg。（3 3）VgVg與緯度的正弦成反比，低緯與緯度的正弦成反比，低緯VgVg大于高緯大于高緯VgVg。（4 4）赤道）赤道及其及其附近不遵守地轉(zhuǎn)風(fēng)原則。附近不遵守地轉(zhuǎn)風(fēng)原則。地轉(zhuǎn)風(fēng)地轉(zhuǎn)風(fēng) 當(dāng)水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力達(dá)到平衡時(shí)，當(dāng)水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力達(dá)到平衡時(shí)，空空氣氣沿等壓線沿等壓線（等壓面）作無磨擦的直線運(yùn)動(dòng)，（等壓面）作無磨擦的直線運(yùn)動(dòng)，稱地轉(zhuǎn)風(fēng)。即：稱地轉(zhuǎn)風(fēng)

8、。即： 0nnAGnpgvsin21風(fēng)壓定律風(fēng)壓定律 (Buysballot(Buysballots law)s law)n在北半球自由大氣中，風(fēng)在北半球自由大氣中，風(fēng)沿等壓線吹，背風(fēng)而立，沿等壓線吹，背風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。高壓在右，低壓在左。n在南半球自由大氣中，風(fēng)在南半球自由大氣中，風(fēng)沿等壓線吹，背風(fēng)而立，沿等壓線吹，背風(fēng)而立，高壓在左，低壓在右。高壓在左，低壓在右。n它明確地揭示了氣壓場(chǎng)與它明確地揭示了氣壓場(chǎng)與風(fēng)場(chǎng)之間的關(guān)系。風(fēng)場(chǎng)之間的關(guān)系。地轉(zhuǎn)風(fēng)速計(jì)算方法地轉(zhuǎn)風(fēng)速計(jì)算方法n n在地面圖上，取一個(gè)緯距在地面圖上，取一個(gè)緯距 n111Km=60 n milen111Km=60 n

9、mile， =1293g/m=1293g/m3 3，=7.29=7.291010-5-5s s-1-1；若??；若取P=1hPaP=1hPa 則：則： （m/sm/s）n當(dāng)當(dāng)P1hPaP1hPa時(shí)，時(shí)， （m/sm/s）ppVVggsin87. 40sin87.40gVnpgvsin21等壓面上的地轉(zhuǎn)風(fēng)等壓面上的地轉(zhuǎn)風(fēng)n 令 n坐標(biāo)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 n靜力方程：靜力方程：n于是：于是： n定義定義 為位勢(shì)高度和位勢(shì)高度差為位勢(shì)高度和位勢(shì)高度差n則：則：pznzzpnpgzpnzfgnzzpfVpg1zggzzfVg1sin2f 梯度風(fēng)梯度風(fēng)n在自由大氣中，空氣的水平圓周運(yùn)動(dòng)稱為梯度在自由大氣中，空氣

10、的水平圓周運(yùn)動(dòng)稱為梯度風(fēng)（風(fēng)（Gradient Wind）。梯度風(fēng)可以看成是水）。梯度風(fēng)可以看成是水平氣壓梯度力、水平地轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力平氣壓梯度力、水平地轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力三者平衡時(shí)的水平運(yùn)動(dòng)。三者平衡時(shí)的水平運(yùn)動(dòng)。n定義定義: : 在自由大氣中，當(dāng)水平氣壓梯度力、在自由大氣中，當(dāng)水平氣壓梯度力、地地轉(zhuǎn)偏向轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力達(dá)到平衡時(shí)，力和慣性離心力達(dá)到平衡時(shí)，空氣空氣沿等沿等壓線壓線作水平、作水平、無摩擦無摩擦、等速、等速作曲線運(yùn)動(dòng)。作曲線運(yùn)動(dòng)。n即: 0CAGnn低壓（氣旋）中的梯度風(fēng)低壓（氣旋）中的梯度風(fēng)n在北半球在低壓區(qū)（氣旋）中風(fēng)繞中心逆時(shí)針方向在北半球在低壓區(qū)（氣旋）中風(fēng)

11、繞中心逆時(shí)針方向吹，氣壓梯度力沿半徑指向中心，地轉(zhuǎn)偏向力和慣吹，氣壓梯度力沿半徑指向中心，地轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力都沿半徑指向外緣。三力平衡時(shí)性離心力都沿半徑指向外緣。三力平衡時(shí) n即 n或CAGnn1rvvnpcc2sin21低壓（氣旋）中的梯度風(fēng)低壓（氣旋）中的梯度風(fēng)n 則n式中 表示低壓中的梯度風(fēng)速，解這個(gè)以 為未知數(shù)的一元二次方程，得：n根號(hào)前應(yīng)取正號(hào)才有意義。0)(sin22nprrvvcccvcv)()sin(rsin2nprrvc高壓（反氣旋）中的梯度風(fēng)高壓（反氣旋）中的梯度風(fēng)n根號(hào)前應(yīng)取負(fù)號(hào)才有意義。n氣壓梯度和梯度風(fēng)的大小受反氣旋曲率限制。曲率愈大（r愈?。?，氣壓梯度愈小，梯度

12、風(fēng)也小。反之相反。nnACG)()sin(sin2nprrrva氣旋和反氣旋的梯度風(fēng)公式：氣旋和反氣旋的梯度風(fēng)公式：n即n高壓中n 此為高壓梯度風(fēng)速的極限值)()sin(sin2nprrrva)()sin(sin2nprrrvc0)()sin(2nprr22sinrnp22maxsin)(rnpsinrva梯度風(fēng)的討論梯度風(fēng)的討論n1. 1. 在氣旋中在氣旋中:G=A+C:G=A+C，只要?dú)鈮禾荻群吞荻蕊L(fēng)按一定比例，只要?dú)鈮禾荻群吞荻蕊L(fēng)按一定比例增大，三力的平衡總可建立。因此，氣旋中氣壓梯度和增大，三力的平衡總可建立。因此，氣旋中氣壓梯度和風(fēng)速可以任意大。風(fēng)速可以任意大。n2. 2. 在反氣旋

13、中在反氣旋中: A=G+C: A=G+C，當(dāng)氣壓梯度和梯度風(fēng)按一定比，當(dāng)氣壓梯度和梯度風(fēng)按一定比例增大時(shí)，例增大時(shí)，C C比比A A增大的快，三力不能保持平衡。只有使增大的快，三力不能保持平衡。只有使氣壓梯度和梯度風(fēng)減小，才能三力保持平衡。氣壓梯度和梯度風(fēng)減小，才能三力保持平衡。n3. 3. 最大水平氣壓梯度最大水平氣壓梯度的分布，的分布，高壓邊緣高壓邊緣較大，越近中心較大，越近中心越小。曲率小處等壓線密集，曲率大處等壓線稀疏。越小。曲率小處等壓線密集，曲率大處等壓線稀疏。n4. 4. 在中高緯度高壓風(fēng)速大，低緯風(fēng)速小。在中高緯度高壓風(fēng)速大，低緯風(fēng)速小。梯度風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)比較梯度風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)比較n地

14、轉(zhuǎn)風(fēng)地轉(zhuǎn)風(fēng)：n低壓中的梯度風(fēng)：低壓中的梯度風(fēng)：n高壓中的梯度風(fēng)：高壓中的梯度風(fēng)：n因此，在水平氣壓梯度和曲率半徑相同時(shí)，因此，在水平氣壓梯度和曲率半徑相同時(shí)，VaVaVgVgVcVc。 實(shí)際上低壓中的風(fēng)比高壓大，原實(shí)際上低壓中的風(fēng)比高壓大，原因是低壓中因是低壓中 大，不受限制。大，不受限制。nnACGCAGnnnnAGnp摩擦摩擦層層中的風(fēng)中的風(fēng)n在地面天氣圖上，由于地面在地面天氣圖上，由于地面作用，實(shí)際風(fēng)不沿等壓線吹，作用，實(shí)際風(fēng)不沿等壓線吹，而與等壓線存在一個(gè)交角，而與等壓線存在一個(gè)交角，并偏向低壓。此時(shí)的平衡為并偏向低壓。此時(shí)的平衡為: :n地面實(shí)際風(fēng)比地轉(zhuǎn)風(fēng)小，方地面實(shí)際風(fēng)比地轉(zhuǎn)風(fēng)小，

15、方向偏低壓一側(cè)。向偏低壓一側(cè)。0RAGnn摩擦層中的風(fēng)壓定律摩擦層中的風(fēng)壓定律n在北半球摩擦層中，風(fēng)斜穿等壓線吹，背風(fēng)而立，高在北半球摩擦層中，風(fēng)斜穿等壓線吹，背風(fēng)而立，高壓在右后方，低壓在左前方。在南半球高壓在左后方，壓在右后方，低壓在左前方。在南半球高壓在左后方，低壓在右前方。低壓在右前方。n北半球，高壓中風(fēng)穿等壓線沿順時(shí)針方向向外輻散，北半球，高壓中風(fēng)穿等壓線沿順時(shí)針方向向外輻散，低壓中風(fēng)穿等壓線沿逆時(shí)針方向向中心輻合。低壓中風(fēng)穿等壓線沿逆時(shí)針方向向中心輻合。( (右圖）右圖）地面高壓氣流地面低壓氣流實(shí)際風(fēng)向的確定和風(fēng)隨高的變化實(shí)際風(fēng)向的確定和風(fēng)隨高的變化n地面實(shí)際風(fēng)與等壓線的夾角取決于

16、下墊面的粗糙度、大氣穩(wěn)定和地面實(shí)際風(fēng)與等壓線的夾角取決于下墊面的粗糙度、大氣穩(wěn)定和緯度。緯度。通常在中緯度通常在中緯度陸地上夾角為陸地上夾角為35-4535-45 ，海面上為，海面上為10-2010-20 。在。在陸地實(shí)際風(fēng)陸地實(shí)際風(fēng)速速約為相應(yīng)地轉(zhuǎn)風(fēng)約為相應(yīng)地轉(zhuǎn)風(fēng)速速的的1/3-1/21/3-1/2，在海上約為地轉(zhuǎn)風(fēng)，在海上約為地轉(zhuǎn)風(fēng)速速的的3/5-2/33/5-2/3。n在氣壓梯度不隨高度變化的前提下，風(fēng)隨高度的變化主要取決于在氣壓梯度不隨高度變化的前提下，風(fēng)隨高度的變化主要取決于摩擦力隨高度的變化。在北半球，風(fēng)速隨高度增大，風(fēng)向逐漸右摩擦力隨高度的變化。在北半球，風(fēng)速隨高度增大，風(fēng)向逐漸

17、右偏；在南半球，風(fēng)速隨高度增大，風(fēng)向逐漸左偏。偏；在南半球，風(fēng)速隨高度增大，風(fēng)向逐漸左偏。 地形動(dòng)力作用地形動(dòng)力作用繞流岬角效應(yīng) 大氣的垂直運(yùn)動(dòng)大氣的垂直運(yùn)動(dòng)n1. 1. 對(duì)流對(duì)流: 指熱力作用下的暖空氣上升冷空氣下沉。指熱力作用下的暖空氣上升冷空氣下沉。由垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程，狀態(tài)方程和靜力關(guān)系可以由垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程，狀態(tài)方程和靜力關(guān)系可以證明，當(dāng)氣塊溫度證明，當(dāng)氣塊溫度T T與周圍環(huán)境溫度與周圍環(huán)境溫度T T不同時(shí)，就不同時(shí)，就發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)，即發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)，即: : T T T T T T 上升運(yùn)動(dòng)上升運(yùn)動(dòng)n特點(diǎn)：水平范圍小（幾公里到幾十公里），持續(xù)時(shí)間短（幾特點(diǎn)：水平范圍小（幾公里到幾十

18、公里），持續(xù)時(shí)間短（幾十分鐘到幾小時(shí)），垂直速度大（十分鐘到幾小時(shí)），垂直速度大（1-30m/s1-30m/s）。通常造成雷雨）。通常造成雷雨大風(fēng)，冰雹和陣性降水等不穩(wěn)定天氣。大風(fēng)，冰雹和陣性降水等不穩(wěn)定天氣。gTTdtdW)1(0dtdWTTT大氣的垂直運(yùn)動(dòng)大氣的垂直運(yùn)動(dòng)n2. 2. 水平輻合輻散引起的垂直運(yùn)動(dòng)水平輻合輻散引起的垂直運(yùn)動(dòng)：低層輻散引起下沉運(yùn)動(dòng)，低低層輻散引起下沉運(yùn)動(dòng)，低層輻合引起上升運(yùn)動(dòng)。層輻合引起上升運(yùn)動(dòng)。n特點(diǎn)：水平范圍大，垂直運(yùn)動(dòng)小。特點(diǎn)：水平范圍大，垂直運(yùn)動(dòng)小。n3 3鋒面上的垂直運(yùn)動(dòng)：指暖空氣沿鋒面坡度爬升產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)。鋒面上的垂直運(yùn)動(dòng)：指暖空氣沿鋒面坡度爬升產(chǎn)生上

19、升運(yùn)動(dòng)。n4 4地形引起的垂直運(yùn)動(dòng)：當(dāng)氣流遇到高大地形或山脈時(shí)，在迎地形引起的垂直運(yùn)動(dòng)：當(dāng)氣流遇到高大地形或山脈時(shí)，在迎風(fēng)坡產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，在背風(fēng)坡產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)。風(fēng)坡產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，在背風(fēng)坡產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)。垂直運(yùn)動(dòng)中氣溫的絕熱變化垂直運(yùn)動(dòng)中氣溫的絕熱變化n1. 1. 熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)第一定律： 氣體作功或傳遞熱量都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能。氣體作功或傳遞熱量都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能。n空氣塊在垂直運(yùn)動(dòng)過程中可以看作是絕熱過程，即空氣塊在垂直運(yùn)動(dòng)過程中可以看作是絕熱過程，即 dQ0dQ0n2. 2. 干絕熱過程干絕熱過程: : 干空氣或未飽和濕空氣作垂直升降運(yùn)動(dòng)時(shí)與周干空氣或未飽和濕空氣作垂直升降運(yùn)動(dòng)時(shí)與周圍

20、環(huán)境不發(fā)生熱量交換的變化過程，稱干絕熱過程。圍環(huán)境不發(fā)生熱量交換的變化過程，稱干絕熱過程。n3.3.干絕熱直減率干絕熱直減率: : 在干絕熱直過程中在干絕熱直過程中, ,氣塊溫度隨高度的氣塊溫度隨高度的變化變化率率稱干絕熱直減率。即：稱干絕熱直減率。即： n因此因此, ,在干絕熱上升過程中在干絕熱上升過程中, ,氣塊每升高氣塊每升高100100米溫度下降米溫度下降1 1度度, ,每下每下降降100100米溫度升高米溫度升高1 1度。即度。即dZcgdZPCRTgPdPCRTTdPPPdZdTraZTTa01PaCgdZTdrPdPRTdTCdQP垂直運(yùn)動(dòng)中氣溫的絕熱變化垂直運(yùn)動(dòng)中氣溫的絕熱變化

21、n4.4.濕絕熱直減率濕絕熱直減率: : 在濕絕熱直過程中在濕絕熱直過程中, ,氣塊溫度隨高度的氣塊溫度隨高度的變化變化率率稱濕絕熱直減率。即：稱濕絕熱直減率。即：n可以證明，可以證明，m m d d ，因?yàn)樵跐窠^熱過程中，水汽凝結(jié)釋放潛，因?yàn)樵跐窠^熱過程中，水汽凝結(jié)釋放潛熱使冷卻作用變的緩慢。熱使冷卻作用變的緩慢。mm不是常數(shù)，而是隨氣壓和溫度變化不是常數(shù)，而是隨氣壓和溫度變化, ,其中主要隨氣溫的降低而增大。通常取其中主要隨氣溫的降低而增大。通常取 m m0.6 /100m0.6 /100mn5.5.干絕熱線：在干絕熱過程中氣體狀態(tài)的變化曲線。干絕熱線：在干絕熱過程中氣體狀態(tài)的變化曲線。

22、濕絕熱線：在濕絕熱過程中氣體狀態(tài)的變化曲線。濕絕熱線：在濕絕熱過程中氣體狀態(tài)的變化曲線。n6.6.焚風(fēng)：是一種干熱風(fēng)，是干濕絕熱過程中，在迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡焚風(fēng)：是一種干熱風(fēng)，是干濕絕熱過程中，在迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡作用的結(jié)果。作用的結(jié)果。dZTdrm0m1000m3000m大氣穩(wěn)定度的概念大氣穩(wěn)定度的概念 如圖小球處于三個(gè)不同位置，分別是穩(wěn)定平衡，不穩(wěn)定平衡和隨遇如圖小球處于三個(gè)不同位置，分別是穩(wěn)定平衡，不穩(wěn)定平衡和隨遇平衡。平衡。n大氣穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度: : 處于靜力平衡狀態(tài)的大氣層中，一些空氣塊受到動(dòng)力處于靜力平衡狀態(tài)的大氣層中，一些空氣塊受到動(dòng)力因子和熱力因子的擾動(dòng)，產(chǎn)生向上或向下的垂直運(yùn)動(dòng)。這

23、種偏離其因子和熱力因子的擾動(dòng)，產(chǎn)生向上或向下的垂直運(yùn)動(dòng)。這種偏離其平衡位置的運(yùn)動(dòng)能否繼續(xù)發(fā)展成為對(duì)流運(yùn)動(dòng)，是由大氣層結(jié)，即溫平衡位置的運(yùn)動(dòng)能否繼續(xù)發(fā)展成為對(duì)流運(yùn)動(dòng)，是由大氣層結(jié)，即溫度和濕度的垂直分布所決定的。大氣層結(jié)具有的這種影響對(duì)流運(yùn)動(dòng)度和濕度的垂直分布所決定的。大氣層結(jié)具有的這種影響對(duì)流運(yùn)動(dòng)的特性稱為大氣穩(wěn)定度，又稱大氣靜力穩(wěn)定度或大氣層結(jié)穩(wěn)定度。的特性稱為大氣穩(wěn)定度，又稱大氣靜力穩(wěn)定度或大氣層結(jié)穩(wěn)定度。穩(wěn)定度判別的氣塊法穩(wěn)定度判別的氣塊法n通常采用通常采用“氣塊法氣塊法”判斷靜判斷靜力穩(wěn)定度。當(dāng)一氣塊受外力力穩(wěn)定度。當(dāng)一氣塊受外力作用在垂直方向上產(chǎn)生擾動(dòng)作用在垂直方向上產(chǎn)生擾動(dòng)后，周圍

24、大氣有使它返回起后，周圍大氣有使它返回起始位置的趨勢(shì)時(shí)，這種大氣始位置的趨勢(shì)時(shí)，這種大氣層結(jié)是穩(wěn)定的；反之，大氣層結(jié)是穩(wěn)定的；反之，大氣有使它繼續(xù)遠(yuǎn)離起始位置的有使它繼續(xù)遠(yuǎn)離起始位置的趨勢(shì)時(shí)，這種大氣層結(jié)是不趨勢(shì)時(shí)，這種大氣層結(jié)是不穩(wěn)定的；若氣塊隨時(shí)與周圍穩(wěn)定的；若氣塊隨時(shí)與周圍大氣取得平衡時(shí)，這種大氣大氣取得平衡時(shí)，這種大氣層結(jié)是中性的。層結(jié)是中性的。影響穩(wěn)定度變化的因子：輻射和溫度平流影響穩(wěn)定度變化的因子：輻射和溫度平流大氣穩(wěn)定度判據(jù)大氣穩(wěn)定度判據(jù)n干絕熱過程：干絕熱過程： d 層結(jié)穩(wěn)定層結(jié)穩(wěn)定 = = d d 中性中性 d d 層結(jié)不穩(wěn)定層結(jié)不穩(wěn)定n濕絕熱過程：濕絕熱過程： m m 層結(jié)

25、穩(wěn)定層結(jié)穩(wěn)定 = = m m 中性中性 m m 層結(jié)不穩(wěn)定層結(jié)不穩(wěn)定n干濕混合絕熱過程干濕混合絕熱過程 d d 絕對(duì)不穩(wěn)定絕對(duì)不穩(wěn)定 m m d d 條件不穩(wěn)定條件不穩(wěn)定 m m 絕對(duì)穩(wěn)定絕對(duì)穩(wěn)定大氣中的逆溫大氣中的逆溫n1 1逆溫定義逆溫定義：在對(duì)流層中，某一時(shí)刻某氣層溫度隨高度上升或在對(duì)流層中，某一時(shí)刻某氣層溫度隨高度上升或不變的狀態(tài)稱逆溫。逆溫所在的氣層稱逆溫層。不變的狀態(tài)稱逆溫。逆溫所在的氣層稱逆溫層。n2 2逆溫對(duì)天氣的影響：逆溫逆溫對(duì)天氣的影響：逆溫 存在好象一個(gè)蓋子，能有效地抑制存在好象一個(gè)蓋子，能有效地抑制對(duì)流的發(fā)展，阻擋水汽和塵埃等向上輸送。低層逆溫，易發(fā)生霧對(duì)流的發(fā)展，阻擋

26、水汽和塵埃等向上輸送。低層逆溫，易發(fā)生霧或低云天氣?；虻驮铺鞖?。n3 3逆溫的種類：（逆溫的種類：（1 1）輻射逆溫：夜間輻射冷卻形成的逆溫。條）輻射逆溫：夜間輻射冷卻形成的逆溫。條件是陸地，晴朗和微風(fēng)等；（件是陸地，晴朗和微風(fēng)等；（2 2）平流逆溫：暖空氣流到冷的下）平流逆溫：暖空氣流到冷的下墊面（陸面或水面）上形成的逆溫。無日變化；（墊面（陸面或水面）上形成的逆溫。無日變化；（3 3）下沉逆溫：）下沉逆溫：高空空氣絕熱下沉增溫而形成的逆溫。多出現(xiàn)在高壓區(qū)，范圍廣，高空空氣絕熱下沉增溫而形成的逆溫。多出現(xiàn)在高壓區(qū)，范圍廣，厚度大；（厚度大；（4 4）亂流逆溫：低層空氣的亂流混合作用形成的逆溫

27、。）亂流逆溫：低層空氣的亂流混合作用形成的逆溫。多發(fā)生在摩擦層中部。（多發(fā)生在摩擦層中部。（5 5）鋒面逆溫：冷暖氣團(tuán)交界的過渡層）鋒面逆溫：冷暖氣團(tuán)交界的過渡層內(nèi)形成的逆溫。內(nèi)形成的逆溫。大氣環(huán)流大氣環(huán)流（General CirculationGeneral Circulation）n大氣環(huán)流大氣環(huán)流：一般是指一般是指具有全球性、具有全球性、大范圍大范圍空的空的氣運(yùn)行現(xiàn)象，氣運(yùn)行現(xiàn)象，它的水平尺度在數(shù)千公里，垂直尺度在十公里以上，時(shí)間它的水平尺度在數(shù)千公里，垂直尺度在十公里以上，時(shí)間尺度大于尺度大于2424小時(shí)。大氣環(huán)流反映了大氣運(yùn)動(dòng)的基本狀態(tài)和小時(shí)。大氣環(huán)流反映了大氣運(yùn)動(dòng)的基本狀態(tài)和基本特

28、征，是各種不同尺度天氣系統(tǒng)活動(dòng)的基礎(chǔ)和背景?；咎卣?，是各種不同尺度天氣系統(tǒng)活動(dòng)的基礎(chǔ)和背景。同時(shí)也是氣候形成和演變的重要背景條件。通常認(rèn)為同時(shí)也是氣候形成和演變的重要背景條件。通常認(rèn)為影響影響大氣環(huán)流的主要因子有：太陽輻射大氣環(huán)流的主要因子有：太陽輻射、地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)、海陸分布海陸分布不均勻等因素等不均勻等因素等影響。通過本章的學(xué)習(xí)，了解大氣環(huán)流的影響。通過本章的學(xué)習(xí)，了解大氣環(huán)流的基本狀態(tài)和氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)基本狀態(tài)和氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)分布分布的基本特征。的基本特征。太陽輻射太陽輻射單圈環(huán)流單圈環(huán)流n假設(shè)：地球是靜止的，下墊假設(shè)：地球是靜止的，下墊面性質(zhì)均一。面性質(zhì)均一。只考慮太陽輻只考慮太陽輻射隨

29、緯度的不均勻性，赤道射隨緯度的不均勻性，赤道低緯由于受熱垂直上升，極低緯由于受熱垂直上升，極地高緯冷卻下沉，高層地高緯冷卻下沉，高層空氣空氣由赤道流向極地，低層由赤道流向極地，低層空氣空氣由極地流向赤道，從而產(chǎn)生由極地流向赤道，從而產(chǎn)生了一個(gè)簡(jiǎn)單的一圈環(huán)流，了一個(gè)簡(jiǎn)單的一圈環(huán)流，稱稱單圈環(huán)流。單圈環(huán)流。地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)三圈環(huán)流三圈環(huán)流n假設(shè)：下墊面性質(zhì)均假設(shè)：下墊面性質(zhì)均一。一。在太陽輻射隨緯在太陽輻射隨緯度不均勻和地球自轉(zhuǎn)度不均勻和地球自轉(zhuǎn)（地轉(zhuǎn)偏向力）二個(gè)（地轉(zhuǎn)偏向力）二個(gè)因子的作用下，因子的作用下，從赤從赤道到極地形成道到極地形成三圈環(huán)三圈環(huán)流，即赤道環(huán)流流，即赤道環(huán)流（哈哈德萊環(huán)流德萊

30、環(huán)流）、）、極地環(huán)極地環(huán)流和中間環(huán)流流和中間環(huán)流（費(fèi)雷（費(fèi)雷爾環(huán)流）爾環(huán)流）。三圈環(huán)流和行星風(fēng)帶三圈環(huán)流和行星風(fēng)帶氣壓帶和風(fēng)帶的分布?xì)鈮簬Ш惋L(fēng)帶的分布n氣壓帶：赤道低壓氣壓帶：赤道低壓帶，副熱帶高壓帶，帶，副熱帶高壓帶，副極地低壓帶和極副極地低壓帶和極地高壓。南北半球地高壓。南北半球?qū)ΨQ。對(duì)稱。n風(fēng)帶：赤道無風(fēng)帶，風(fēng)帶：赤道無風(fēng)帶，信風(fēng)帶，副熱帶無信風(fēng)帶，副熱帶無風(fēng)帶，西風(fēng)帶和極風(fēng)帶，西風(fēng)帶和極地東風(fēng)帶。南北半地東風(fēng)帶。南北半球?qū)ΨQ。球?qū)ΨQ。風(fēng)帶風(fēng)帶一一. 赤道無風(fēng)帶赤道無風(fēng)帶（Doldrums）n平均位于南北緯平均位于南北緯10范范圍內(nèi)，特征：對(duì)流旺圍內(nèi)，特征：對(duì)流旺盛、平流微弱、云量盛、平

31、流微弱、云量多、溫高、濕大、多多、溫高、濕大、多雷雨、風(fēng)微弱不定向，雷雨、風(fēng)微弱不定向，位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。風(fēng)帶風(fēng)帶二信風(fēng)帶（二信風(fēng)帶（Trades Wind Zone）n位于副熱帶高壓帶與赤道低壓帶之間，位于副熱帶高壓帶與赤道低壓帶之間，平均位置在南北緯平均位置在南北緯10-28附近。北半附近。北半球吹東北信風(fēng)，南半球吹東南信風(fēng)。特球吹東北信風(fēng)，南半球吹東南信風(fēng)。特征：風(fēng)向常年穩(wěn)定少變，風(fēng)力一般征：風(fēng)向常年穩(wěn)定少變，風(fēng)力一般34級(jí)，天氣晴朗，大洋西部降水較多，位級(jí)，天氣晴朗，大洋西部降水較多，位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。置隨季節(jié)南北移動(dòng)。三三. 副熱帶無風(fēng)帶（副熱帶無風(fēng)帶（Hor

32、se Latitudes）n位于信風(fēng)帶和西風(fēng)帶之間，平均位于南位于信風(fēng)帶和西風(fēng)帶之間，平均位于南北緯北緯30附近。特征：內(nèi)部多下沉氣流，附近。特征：內(nèi)部多下沉氣流，天氣晴朗、少云、微風(fēng)、陸上干燥、海天氣晴朗、少云、微風(fēng)、陸上干燥、海上潮濕，位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。上潮濕，位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。風(fēng)帶風(fēng)帶四盛行西風(fēng)帶（四盛行西風(fēng)帶（Westerlies）n位于副熱帶高壓帶與副極地低壓帶之間，在南北緯位于副熱帶高壓帶與副極地低壓帶之間，在南北緯30-60之間。大氣主要自西向東運(yùn)動(dòng)，北半球主要為之間。大氣主要自西向東運(yùn)動(dòng)，北半球主要為 SW風(fēng)，南半風(fēng)，南半球?yàn)榍驗(yàn)镹W風(fēng)。特征：此區(qū)域氣旋活動(dòng)頻繁，天氣十分復(fù)

33、雜，風(fēng)。特征：此區(qū)域氣旋活動(dòng)頻繁，天氣十分復(fù)雜，常有大風(fēng)和雷雨，風(fēng)速較大，南半球在此范圍內(nèi)，除南美尖常有大風(fēng)和雷雨，風(fēng)速較大，南半球在此范圍內(nèi)，除南美尖端外幾乎沒有陸地，常年盛行強(qiáng)勁的西風(fēng)，端外幾乎沒有陸地，常年盛行強(qiáng)勁的西風(fēng)，7級(jí)以上的大風(fēng)級(jí)以上的大風(fēng)頻率每月可達(dá)頻率每月可達(dá)10天以上，故有天以上，故有“咆哮西風(fēng)帶咆哮西風(fēng)帶”之稱。位置之稱。位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。隨季節(jié)南北移動(dòng)。五極地東風(fēng)帶（五極地東風(fēng)帶（Polar Easterlies） 位于南北緯位于南北緯60-90之間，北半球吹之間，北半球吹NE風(fēng)，南半球吹風(fēng)，南半球吹SE風(fēng)。風(fēng)。 實(shí)際實(shí)際海平面平均氣壓場(chǎng)的海平面平均氣壓場(chǎng)的基本基本特

34、征特征n冬季：北半球受四個(gè)大范圍的氣壓系統(tǒng)（又稱大氣活動(dòng)中心）控冬季：北半球受四個(gè)大范圍的氣壓系統(tǒng)（又稱大氣活動(dòng)中心）控制，它們是阿留申低壓，冰島低壓，蒙古高壓和北美高壓。蒙古制，它們是阿留申低壓，冰島低壓，蒙古高壓和北美高壓。蒙古高壓前部的偏北氣流就是亞洲穩(wěn)定的冬季季風(fēng)。南半球在南太平高壓前部的偏北氣流就是亞洲穩(wěn)定的冬季季風(fēng)。南半球在南太平洋，南大西洋和南印度洋分別是三個(gè)高壓中心，在南非，澳大利洋，南大西洋和南印度洋分別是三個(gè)高壓中心，在南非，澳大利亞和南美大陸上是熱低壓組成的低壓帶。亞和南美大陸上是熱低壓組成的低壓帶。n夏季：北半球的大氣活動(dòng)中心有印度低壓，北美低壓，太平洋副夏季：北半球的

35、大氣活動(dòng)中心有印度低壓，北美低壓，太平洋副高和大西洋副高，同時(shí)冰島低壓和阿留申低壓明顯減弱，范圍大高和大西洋副高，同時(shí)冰島低壓和阿留申低壓明顯減弱，范圍大大縮小。南半球大陸上的高壓加強(qiáng)伸展，在副熱帶緯度上，高壓大縮小。南半球大陸上的高壓加強(qiáng)伸展，在副熱帶緯度上，高壓帶環(huán)繞全球。帶環(huán)繞全球。n春秋兩季屬于過渡季節(jié)，北半球春季，原有的四個(gè)大氣活動(dòng)中心春秋兩季屬于過渡季節(jié)，北半球春季，原有的四個(gè)大氣活動(dòng)中心減弱，副熱帶高壓開始增強(qiáng)。減弱，副熱帶高壓開始增強(qiáng)。冬季（冬季（1月）平均水平氣壓場(chǎng)月）平均水平氣壓場(chǎng) 夏季（夏季（7月）平均水平氣壓場(chǎng)月）平均水平氣壓場(chǎng)大氣活動(dòng)中心大氣活動(dòng)中心n永久性大氣活動(dòng)中

36、心永久性大氣活動(dòng)中心：指常年存在的大范圍氣壓區(qū)。如赤道低壓指常年存在的大范圍氣壓區(qū)。如赤道低壓帶、海上副熱帶高壓、南極高壓、帶、海上副熱帶高壓、南極高壓、 冰島低壓、阿留申低壓和南冰島低壓、阿留申低壓和南半球副極地低壓帶。半球副極地低壓帶。n半永久性大氣活動(dòng)中心：指大范圍的氣壓區(qū)隨季節(jié)改變。如蒙古半永久性大氣活動(dòng)中心：指大范圍的氣壓區(qū)隨季節(jié)改變。如蒙古高壓、北美高壓、印度低壓、北美低壓、澳大利亞高壓、南美高高壓、北美高壓、印度低壓、北美低壓、澳大利亞高壓、南美高壓、非洲高壓、澳大利亞低壓、南美低壓和非洲低壓。壓、非洲高壓、澳大利亞低壓、南美低壓和非洲低壓。n影響我國天氣和氣候的大氣活動(dòng)中心主要

37、有：西伯利亞高壓、阿影響我國天氣和氣候的大氣活動(dòng)中心主要有：西伯利亞高壓、阿留申低壓、西太平洋副高、印度低壓。留申低壓、西太平洋副高、印度低壓。n大氣活動(dòng)中心的季節(jié)變化必然引起大氣環(huán)流的季節(jié)變化，而大氣大氣活動(dòng)中心的季節(jié)變化必然引起大氣環(huán)流的季節(jié)變化，而大氣活動(dòng)中心的短期變化對(duì)大范圍的天氣造成重大影響，它們是制作活動(dòng)中心的短期變化對(duì)大范圍的天氣造成重大影響，它們是制作天氣預(yù)報(bào)的背景條件。天氣預(yù)報(bào)的背景條件。季風(fēng)季風(fēng)（MonsoonsMonsoons）n季風(fēng)定義：大范圍風(fēng)向隨季節(jié)而有規(guī)律改變的盛行風(fēng)。要季風(fēng)定義：大范圍風(fēng)向隨季節(jié)而有規(guī)律改變的盛行風(fēng)。要求盛行風(fēng)的方向改變求盛行風(fēng)的方向改變1201

38、20，盛行風(fēng)頻率占，盛行風(fēng)頻率占4040。n季風(fēng)的成因（季風(fēng)的成因（Formation of MonsoonsFormation of Monsoons）：）：（1 1）海陸季風(fēng)：由海陸之間熱力異差引起的風(fēng)系，隨季節(jié)）海陸季風(fēng)：由海陸之間熱力異差引起的風(fēng)系，隨季節(jié)有極明顯的變化有極明顯的變化， 稱海陸季風(fēng)。稱海陸季風(fēng)。（2 2）行星季風(fēng)：由于行星風(fēng)帶隨季節(jié)移動(dòng)而引起的風(fēng)系變）行星季風(fēng)：由于行星風(fēng)帶隨季節(jié)移動(dòng)而引起的風(fēng)系變化，典型代表是南亞季風(fēng)?；?，典型代表是南亞季風(fēng)。（3 3）青藏高原的地形作用：青藏高原在夏季的熱源作用和）青藏高原的地形作用：青藏高原在夏季的熱源作用和冬季的冷源作用對(duì)維持和加

39、強(qiáng)南亞季風(fēng)起了重要的作用。冬季的冷源作用對(duì)維持和加強(qiáng)南亞季風(fēng)起了重要的作用。季風(fēng)的分布季風(fēng)的分布n季風(fēng)主要分布在南亞、東亞、東南亞和赤道非季風(fēng)主要分布在南亞、東亞、東南亞和赤道非洲四個(gè)區(qū)域。洲四個(gè)區(qū)域。東亞季風(fēng)東亞季風(fēng)n成因成因: : 主要是由于海陸間的熱力差異引起的。主要是由于海陸間的熱力差異引起的。n范圍：我國大部分地區(qū)，朝鮮半島和日本附近洋面。范圍：我國大部分地區(qū)，朝鮮半島和日本附近洋面。n冬季風(fēng)特征：蒙古高壓盤踞亞洲大陸，寒潮和冷空氣不斷爆發(fā)南冬季風(fēng)特征：蒙古高壓盤踞亞洲大陸，寒潮和冷空氣不斷爆發(fā)南下，高壓前緣的偏北風(fēng)成為東亞的冬季風(fēng)。我國大部、朝鮮半島下，高壓前緣的偏北風(fēng)成為東亞的冬

40、季風(fēng)。我國大部、朝鮮半島和日本附近洋面吹西北風(fēng)，東海南部、南海、臺(tái)灣海峽吹東北風(fēng)，和日本附近洋面吹西北風(fēng)，東海南部、南海、臺(tái)灣海峽吹東北風(fēng)，風(fēng)力均在風(fēng)力均在5-65-6級(jí)，最大級(jí)，最大8-98-9級(jí)。級(jí)。n夏季風(fēng)特征：陸地是印度低壓（亞洲低壓），海上是西太平洋副夏季風(fēng)特征：陸地是印度低壓（亞洲低壓），海上是西太平洋副熱帶高壓。我國東部沿海、朝鮮、日本吹東南風(fēng)；南海、臺(tái)灣海熱帶高壓。我國東部沿海、朝鮮、日本吹東南風(fēng)；南海、臺(tái)灣海峽、菲律賓附近洋面吹西南風(fēng)。風(fēng)力一般峽、菲律賓附近洋面吹西南風(fēng)。風(fēng)力一般3-43-4級(jí)。級(jí)。n季風(fēng)的天氣氣候特征：夏季風(fēng)：高溫、潮濕、多陰雨，來臨慢；季風(fēng)的天氣氣候特征：

41、夏季風(fēng)：高溫、潮濕、多陰雨，來臨慢； 冬季風(fēng)：來臨快、強(qiáng)度大、大風(fēng)、干冷等。冬季風(fēng)：來臨快、強(qiáng)度大、大風(fēng)、干冷等。冬季風(fēng)大于夏季風(fēng)。冬季風(fēng)大于夏季風(fēng)。南亞季風(fēng)南亞季風(fēng)n成因：主要是南半球東南信風(fēng)帶北移引起的，也有海成因：主要是南半球東南信風(fēng)帶北移引起的，也有海陸間的熱力差異和大地形（青藏高原）的作用。陸間的熱力差異和大地形（青藏高原）的作用。n范圍：東非、西南亞、南亞、中印半島一帶，又稱印范圍：東非、西南亞、南亞、中印半島一帶，又稱印度季風(fēng)。度季風(fēng)。n夏季風(fēng)特征：由南半球東南信風(fēng)越過赤道，在地轉(zhuǎn)偏夏季風(fēng)特征：由南半球東南信風(fēng)越過赤道，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，變?yōu)槲髂巷L(fēng)，迭加上印度低壓南側(cè)的向力的作用下，變?yōu)?/p>