6-農(nóng)業(yè)氣象學-氣壓

1、第五章 氣壓和風1.氣壓、氣壓場2.空氣的水平運動(風)3.大氣環(huán)流1.氣壓的概念 大氣在地球重力場的作用下，對地球表面施予的壓力，稱為大氣壓力。 單位面積上受到的大氣壓力，稱大氣壓強，簡稱氣壓（P）。 壓強單位：Pa 1Pa = 1 N/m2 (牛頓/m2) 氣壓單位：百帕(hPa) 1hPa=100Pa 第一節(jié) 氣壓和氣壓場一、氣壓及其變化 2. 氣壓的變化 (1) 氣壓隨時間變化 a.氣壓的周期性變化（1.氣壓的日變化；2.年變化） b.氣壓的非周期性變化 (2) 氣壓隨空間的變化 a.氣壓的垂直變化 b.氣壓的水平分布 （2）氣壓隨空間的變化 a. 氣壓的垂直分布 b. 氣壓的水平分布

2、 a. 氣壓的垂直分布由于大氣層的厚度隨高度的增高而變薄，空氣密度也隨高度增高而迅速減小，所以，氣壓隨高度增高而急劇減小。 大氣靜力學方程 P = - W W = gz P = - gz地面 壓高公式b.氣壓的水平分布各地溫度不同 空氣密度分布有差異 氣壓的水平分布不均勻。 1.氣壓場 氣壓在空間的分布狀況稱為氣壓場。 氣壓場可以用等高面上的等壓線分布圖； 等壓面上的等高線分布圖表示。2.氣壓場的基本型式3.氣壓系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)(垂直結(jié)構(gòu)) 二、氣壓場 （1）等高面圖 高度處處相等的面叫做等高面。等高面上的氣壓分布情況可用等壓線來表示。 1.氣壓場（等高面圖、等壓面圖）（2）等壓面圖 等壓面是空

3、間氣壓相等的各點所組成的面。 等壓面上的高度 位勢米 位勢：單位質(zhì)量空氣相對于海平面所具有的位能稱為重力位勢。 單位：位勢米（9.8J/kg） H：位勢高度(位勢米)； 位勢米 Z：幾何高度(m); g：重力加速度(m/s2) 2.氣壓場的基本型式 （1）低氣壓：具有閉合等壓線，中心氣壓低，外圍氣壓高的氣壓區(qū)。（2）低壓槽：從低壓區(qū)里延伸出來的狹長區(qū)域。 在低壓槽中，各等壓線彎曲最大處的連線稱槽線。2. 氣壓場的基本型式 （3）高氣壓：具有閉合等壓線，中心氣壓高，外圍氣壓低的氣壓區(qū)。（4）高壓脊：從高壓區(qū)里延伸出來的狹長區(qū)域。 在脊中，各等壓線彎曲最大處的連線稱脊線。2. 氣壓場的基本型式 （

4、5）鞍形場：兩個高壓和兩個低壓交錯相對的中間區(qū)域，稱為鞍形場2. 氣壓場的基本型式 高空氣壓場3.氣壓系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)（垂直結(jié)構(gòu)） 氣壓系統(tǒng)存在于三維空間中，在靜力平衡下，氣壓系統(tǒng)隨高度的變化同溫度分布密切相關(guān)。 溫壓場對稱系統(tǒng) 溫度場與氣壓場配置重合的系統(tǒng)。 溫壓場不對稱系統(tǒng) 溫度場與氣壓場配置不重合的系統(tǒng)。 3. 氣壓系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)（垂直結(jié)構(gòu)） （1）溫壓場對稱系統(tǒng) a. 暖性高壓 b. 冷性低壓 c. 暖性低壓 d. 冷性高壓3.氣壓系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)（垂直結(jié)構(gòu)） （2）溫壓場不對稱系統(tǒng) 高氣壓：由于暖區(qū)一側(cè)氣壓隨高度升高而降低比冷區(qū)一側(cè)慢，所以高壓中心 越到高空越向暖區(qū)靠近。 低氣壓：由于冷

5、區(qū)一側(cè)氣壓隨高度升高而降低比暖區(qū)一側(cè)快，所以低壓中心 越到高空越向冷區(qū)靠近。第二節(jié) 空氣的水平運動一、作用于空氣質(zhì)點上的力(形成風的作用力)二、大氣中的風 1. 自由大氣中空氣的水平運動(地轉(zhuǎn)風、梯度風) 2. 摩擦層中空氣的水平運動空氣的任何方向運動，均可分解為水平和垂直方向的兩個部分。 氣象學上把空氣的水平運動稱之為風。 風是矢量，包括風向和風速。 風向：指風的來向，通常用16個方位表示。 風速：指單位時間內(nèi)空氣水平移動的距離，用米秒-1表示。風的概念1. 水平氣壓梯度力 (Air Pressure-Gradient Force) 氣壓梯度：指垂直于等壓面，向氣壓減低的方向，在單位距離內(nèi)氣

6、壓減低的數(shù)值。 氣壓梯度力：由于氣壓梯度的存在，空氣從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，這種促使空氣流動 的力稱之為氣壓梯度力（G）。 (單位質(zhì)量空氣受到的氣壓梯度力)一、作用于空氣質(zhì)點上的力(形成風的作用力)2.水平地轉(zhuǎn)偏向力 (Coriolis Force) 空氣在轉(zhuǎn)動著的地球上運動著，當運動著的空氣質(zhì)點依其慣性順著氣壓梯度力的方向運動時，由于地球轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的使空氣偏離氣壓梯度力方向的力，叫做地轉(zhuǎn)偏向力 (A)。 3. 慣性離心力 (Centrifugal force) 當空氣作曲線運動時，還要受到慣性離心力。 慣性離心力的方向，同空氣運動方向相垂直，并自曲線路徑的曲率中心指向外線。4. 摩擦力 (Fri

7、ction force) 兩個相互接觸的物體相對運動時，接觸面之間所產(chǎn)生的一種阻礙物體運動的力。 摩擦力 內(nèi)摩擦力、外摩擦力內(nèi)摩擦力：速度不同或方向不同的，相互接觸的兩個空氣層之間所產(chǎn)生的一種相互牽制的力。外摩擦力：空氣貼近下墊面運動時，下墊面對空氣的阻力。 它的方向與空氣運動方向相反，大小與空氣運動速度和摩擦系數(shù)成正比。上述四個力，都是在水平方向上作用于空氣的力。近地面層所測得的風，都是這四個力共同作用的結(jié)果。 氣壓梯度力是產(chǎn)生風的主要動力。 其它力是空氣開始運動后產(chǎn)生和起作用的，其作用視具體情況而不相同。 討論低緯度地區(qū)空氣運動時，有時可不考慮地轉(zhuǎn)偏向力。 空氣作近似直線運動時，慣性離心力

8、可以不考慮。 討論高層大氣的空氣運動時，一般不考慮摩擦力。1. 自由大氣中空氣的水平運動 a. 地轉(zhuǎn)風在自由大氣等壓線平直的氣壓場中，水平氣壓梯度力與水平地轉(zhuǎn)偏向力相平衡時所形成的風，稱為地轉(zhuǎn)風。 二、大氣中空氣的水平運動風壓定律(風與氣壓場的關(guān)系)背風而立，高壓在右，低壓在左。1. 自由大氣中空氣的水平運動 b. 梯度風 在自由大氣中，空氣作曲線運動時， 除了受水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力的作用外，還受慣性離心力的作用， 在這三個力達到平衡時的風，稱為梯度風。北半球：低壓中的梯度風平行于等壓線，繞低壓中心作逆時針方向旋轉(zhuǎn) - 氣旋高壓中的梯度風平行于等壓線，繞高壓中心作順時針方向旋轉(zhuǎn) -

9、反氣旋2. 摩擦層中空氣的水平運動 在摩擦層中，由于摩擦層的作用，使空氣運動不沿等壓線，而是穿過等壓線， 向著梯度力的方向偏去。交角：摩擦力越大，風速降低得越多，交角越大。 陸上：35-45；該氣壓場所應(yīng)有的地轉(zhuǎn)風速的35-45% 海上：10-20；該氣壓場所應(yīng)有的地轉(zhuǎn)風速的60-70%風第三節(jié) 大氣環(huán)流一、三圈環(huán)流二、季風環(huán)流三、地方性風 大氣環(huán)流：地球上各種規(guī)?？諝膺\動狀況稱為大氣環(huán)流。 大氣環(huán)流即包含大尺度的大氣運動，也包含一些中、小尺度的大氣運動。 形成大氣環(huán)流的主要因素： a. 太陽輻射造成的赤道與極地之間的溫度差異 b. 地球自轉(zhuǎn)造成的對氣流運動的偏轉(zhuǎn)作用 c. 地球表面海陸分布和

10、地形條件的影響 1.單圈環(huán)流 假設(shè)地球表面是均勻一致的，并且沒有地球自轉(zhuǎn)運動。 一、三圈環(huán)流2. 三圈環(huán)流 只受太陽輻射和地球自轉(zhuǎn)影響所形成的環(huán)流圈，稱為三圈環(huán)流。3.行星風系和大氣活動中心 行星風系：地球表面氣壓帶的分布都是相互平行的，沿緯圈環(huán)繞地球成帶狀的分布。 由這些氣壓帶所產(chǎn)生的相應(yīng)的風帶，稱為行星風帶。3.行星風系和大氣活動中心 大氣活動中心由于海陸分布和地形條件的影響，使得上述有規(guī)律性分布的氣壓帶和風帶或者斷裂，或者變形。由于海陸分布割斷了帶狀分布的緯向氣壓帶而形成的高、低壓中心，對天氣有決定性影響，故稱為大氣活動中心。季風：大范圍的盛行風向隨季節(jié)有顯著改變的現(xiàn)象稱為季風。 顯著改

11、變：一月和7月盛行風向改變至少120。季風的形成原因： 海陸之間對熱力反應(yīng)發(fā)生差異所引起； 行星風帶季節(jié)性移動所致。 二、季風環(huán)流我國的季風環(huán)流 冬季：空氣來之大陸高緯度地區(qū)（蒙古高壓） 帶來干冷空氣(西北風、北風和東北風) 天氣：晴朗、干冷。 夏季：風從海洋吹向陸地（太平洋副熱帶高壓） 帶來溫暖濕潤（西南風、南風、東南風） 天氣：多云、多雨地方性風：與地形或地表性質(zhì)有關(guān)的局部地區(qū)的風，稱為地方性風。1. 海陸風 在沿海地區(qū)發(fā)生的晝夜間有風向轉(zhuǎn)換現(xiàn)象的風，稱為海陸風。 白天風由海洋吹向陸地稱為海風。 夜間風由陸地吹向海洋稱為陸風。三、地方性風2.山谷風 在山區(qū)出現(xiàn)的隨晝夜交替而轉(zhuǎn)換風向的風，稱

12、為山谷風。 晝間風由山谷吹向山頂稱為谷風。 夜間風由山頂吹向山谷稱為山風。3. 焚風 氣流翻越高大山嶺時，在背風坡絕熱下沉，形成又干又熱的風稱為焚風。4.峽谷風當空氣由開闊地區(qū)進入狹窄谷地時，谷口截面積小，但空氣質(zhì)量又不可能在這里堆積，于是氣流就必須加速前進，因而形成了強風，這種風稱為峽谷風。1. 風可以調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候狀態(tài) 風能影響農(nóng)田湍流交換強度： 增強地面與空氣的熱量和水分等的交換 增加土壤蒸發(fā)和作物蒸騰 增加空氣中CO2等成分的交換 作物群體內(nèi)部的空氣不斷更新，對株間的溫度、水汽、CO2等調(diào)節(jié)有重要作用影響作物的光合作用和蒸騰作用。 第四節(jié) 風與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)2. 風對花粉、種子傳播的影響 有

13、些異花授粉植物是靠風來傳播花粉，微風能提高授粉、受精，有利于高產(chǎn)。 一些植物的果實種子靠風力傳到很遠的地方，擴大它們的繁殖。 3.風害 大風引起的對農(nóng)作物或樹木造成的直接或間接的危害。 （1）風對作物的危害 強風對農(nóng)作物的直接危害有： 使作物倒伏和折斷，使作物遭受機械損害 造成落花、落莢、落鈴、落果 可吹走表土，使植物根系暴露 大風加速植物蒸騰，使耗水過多，造成葉片氣孔關(guān)閉，光合強度降低。 （2）風能加重土壤干旱，造成土壤風蝕 干旱地區(qū)、干旱季節(jié)的多風天氣 增加土壤水分消耗，加重旱情。 大風吹走大量表土，造成風蝕。 沙漠化 從地表面風蝕開始，經(jīng)過風化、片狀流沙發(fā)育和形成密集沙丘。 （3）風能傳播病蟲害、雜草 風能傳播病原體，引起作物病害的蔓延。 風能幫助一些害蟲遷飛，擴大危害范圍。 風能傳播雜草種子，擴大繁殖區(qū)。 防御風沙害的措施和對策 a.增加地面植被覆蓋 營造防風林，設(shè)置風障等。 b.改進農(nóng)業(yè)技術(shù)措施 選育矮稈、莖稈堅韌能抗風的優(yōu)良品種 調(diào)整播種期，盡可能避開風沙害時期 高稈作物的培土防風 果樹類的修剪、整形和立桿支撐 作物種植行向與地區(qū)盛行風向一致 c.調(diào)整