1、第一节第一节 大气概况大气概况第二节第二节 气温气温第三节第三节 气压气压第四节第四节 空气水平运动空气水平运动-风风第五节第五节 大气环流大气环流第六节第六节 大气湿度大气湿度第八节第八节 云和降水云和降水第九节第九节 雾和能见度雾和能见度第十节第十节 船舶海洋水文气象观测船舶海洋水文气象观测l一、大气成分：一、大气成分：主要由多种气体主要由多种气体(氮、氧、氩、二氮、氧、氩、二氧化碳和臭氧等氧化碳和臭氧等)、水汽和悬浮的杂质构成。、水汽和悬浮的杂质构成。l干空气干空气（Dry airDry air）:除水汽和杂质以外的混合气除水汽和杂质以外的混合气体。体。t干空气主要成分干空气主要成分:氮
2、（氮（78.09%78.09%）、氧）、氧(20.95%(20.95%）、）、氩（氩（0.93%0.93%）三项约占总体积的）三项约占总体积的99.97%99.97%。t次要成分次要成分:二氧化碳（二氧化碳（0.030.03）、氢、氖、氦、氪、）、氢、氖、氦、氪、氙、氡、臭氧等稀有气体（氙、氡、臭氧等稀有气体（0.010.01）。）。l大气是可压缩气体，大气密度大气是可压缩气体，大气密度随高度增加而迅速减少。随高度增加而迅速减少。t观测表明，观测表明，1010公里以内集中了公里以内集中了大气质量的大气质量的75%75%，3535公里以下则公里以下则达达99%99%，近地面空气标准密度为，近地面
3、空气标准密度为1.293kg/m1.293kg/m-3-3,大气的总质量为大气的总质量为5.3 105.3 1018 18 kgkg，约为地球质量，约为地球质量的百万分之一。的百万分之一。t其中影响天气、气候变化的主其中影响天气、气候变化的主要大气易变成分为二氧化碳、要大气易变成分为二氧化碳、臭氧和水汽。臭氧和水汽。1.1.二氧化碳二氧化碳:平均含量平均含量0.03%0.03%，二氧化碳能强烈地吸收和放二氧化碳能强烈地吸收和放射长波辐射。射长波辐射。2.2.臭氧臭氧：主要存在于主要存在于20-4020-40公里气层中，又称臭氧层。公里气层中，又称臭氧层。臭臭氧是吸收太阳紫外线的唯一大气成分。氧
4、是吸收太阳紫外线的唯一大气成分。“国际保护臭氧国际保护臭氧层日层日”每年每年16/9。3.3.水汽水汽：水汽能强烈地吸收和放出长波辐射，并在水汽能强烈地吸收和放出长波辐射，并在相变过程中吸收和放出潜热能。相变过程中吸收和放出潜热能。湿空气在同一气湿空气在同一气压和温度下，只有干空气密度的压和温度下，只有干空气密度的62.262.2。大气中。大气中水汽含量范围在水汽含量范围在0 04 4，它也是造成云、雨、雪、，它也是造成云、雨、雪、雾等天气现象的主要物质条件。雾等天气现象的主要物质条件。4.4.杂质杂质：悬浮在空气中的固体或液体微粒，主要包悬浮在空气中的固体或液体微粒，主要包括尘埃、烟粒、细菌
5、、病毒、花粉和微小盐粒等。括尘埃、烟粒、细菌、病毒、花粉和微小盐粒等。它们主要集中在大气的低层，影响能见度，能吸它们主要集中在大气的低层，影响能见度，能吸收部分太阳辐射，并对太阳辐射具有散射作用。收部分太阳辐射，并对太阳辐射具有散射作用。在水汽相变过程中，在水汽相变过程中，杂质可以作为凝结核。杂质可以作为凝结核。l大气污染：大气污染：二氧化碳的逐年增多将导致地球变暖并引起二氧化碳的逐年增多将导致地球变暖并引起全球天气和气候的异常变化。导致极冰融化、海面上升、全球天气和气候的异常变化。导致极冰融化、海面上升、一些陆地和港口将被淹没。另外，大气中的粉尘、二氧化一些陆地和港口将被淹没。另外，大气中的
6、粉尘、二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、硫化氢、碳氢化合物和氨等。硫、一氧化碳、一氧化氮、硫化氢、碳氢化合物和氨等。严重污染大气，对人类造成极大危害。严重污染大气，对人类造成极大危害。l全球全球141个国家和地区签署的旨在遏制全球气候变暖的个国家和地区签署的旨在遏制全球气候变暖的京京都议定书都议定书于于2005年年2月月16日正式生效。日正式生效。l2009年年12月月718日日192个国家在丹麦首都哥本哈根召开个国家在丹麦首都哥本哈根召开联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约第次缔约方会议，旨在第次缔约方会议，旨在遏制全球气候变暖，温家宝总理出席会议。遏制全球气候变暖，温家宝总理出席会议。
7、大气上界大气上界大气上界的高度，常常因科学大气上界的高度，常常因科学家们根据和目的不同而结果相家们根据和目的不同而结果相差很大，因此要精确划定差很大，因此要精确划定 大气大气层上界的高度并为众人公认，层上界的高度并为众人公认，始终是科学研究的一个难题。始终是科学研究的一个难题。t一般以物理现象发生的最高高一般以物理现象发生的最高高度为上界。极光发生在高纬度度为上界。极光发生在高纬度不同高度上，最高达到不同高度上，最高达到1000-1000-1200Km1200Km称为大气的物理上界。称为大气的物理上界。由卫星探测的大气上界为由卫星探测的大气上界为2000-3000Km2000-3000Km。l
8、根据气温、水汽的垂直分布、大气扰动程度和电离现象根据气温、水汽的垂直分布、大气扰动程度和电离现象等不同等特点，自下而上将大气分为五个层次。（等不同等特点，自下而上将大气分为五个层次。（P5P5）1.1.对流层对流层（TroposphereTroposphere）：下界为地面，上界随纬度和）：下界为地面，上界随纬度和季节变化，平均厚度季节变化，平均厚度10-12km10-12km。通常在高纬为。通常在高纬为6-8km6-8km，中，中纬度纬度10-12km10-12km，低纬度，低纬度17-18km17-18km。夏季对流层的厚度比冬。夏季对流层的厚度比冬季高。对流层集中了大气质量的季高。对流层
9、集中了大气质量的8080和全部水汽，与人和全部水汽，与人类关系最为密切，大气中几乎所有的物理和化学过程都类关系最为密切，大气中几乎所有的物理和化学过程都发生在该层。对流层具有三个主要特征。发生在该层。对流层具有三个主要特征。气温随高度而降低。平均幅气温随高度而降低。平均幅度为度为-0.65/100m-0.65/100m。即即 0.65/100m 0.65/100m 称称为为对流层中气温垂直递减率。对流层中气温垂直递减率。具有强烈的对流和湍流运动。具有强烈的对流和湍流运动。是引起大气上下层动量、热量、是引起大气上下层动量、热量、能量和水汽等交换的主要方式。能量和水汽等交换的主要方式。气象要素沿水
10、平方向分布不气象要素沿水平方向分布不均匀。如温度、湿度等。均匀。如温度、湿度等。l根据大气运动的不同特征通常将对流层分为：根据大气运动的不同特征通常将对流层分为：t摩擦层摩擦层(friction layer)(friction layer)：摩擦层又称边界层，从地面到：摩擦层又称边界层，从地面到 1-1.5km1-1.5km高度。高度。其厚度夏季高于冬季，白天高于夜间，大风和其厚度夏季高于冬季，白天高于夜间，大风和扰动强烈的天气高于平稳天气。湍流输送是该层的基本运动扰动强烈的天气高于平稳天气。湍流输送是该层的基本运动特点，多涡动，各种气象要素都有明显的日变化。该层水汽、特点，多涡动，各种气象要
11、素都有明显的日变化。该层水汽、杂子含量多，因而低云、雾、霾、浮尘等出现频繁。杂子含量多，因而低云、雾、霾、浮尘等出现频繁。t自由大气自由大气(free atmosphere)(free atmosphere)：摩擦层以上称自由大气。摩：摩擦层以上称自由大气。摩擦作用擦作用忽略不计，大气运动规律比较简单和清楚。自由大气忽略不计，大气运动规律比较简单和清楚。自由大气的基本运动形式是层流，气流多波状系统。的基本运动形式是层流，气流多波状系统。t对流层顶对流层顶：厚度约为：厚度约为1-2km1-2km，温度随高度呈等温或逆温状态。，温度随高度呈等温或逆温状态。2.2.平流层平流层（Stratosphe
12、reStratosphere）：厚度：自对流层顶到大约）：厚度：自对流层顶到大约55km55km。特点：空气主要是水平运动；水汽含量少；气温随高度升高特点：空气主要是水平运动；水汽含量少；气温随高度升高而递增（而递增（2040km气温突增，形成臭氧层）；气层稳定利气温突增，形成臭氧层）；气层稳定利于飞机飞行。于飞机飞行。3.3.中间层中间层（MesosphereMesosphere）：厚度：自平流层顶到）：厚度：自平流层顶到85km85km左右。左右。特点：气温随高度迅速下降；又称高空对流层。特点：气温随高度迅速下降；又称高空对流层。4.4.热层热层（ThermosphereThermosph
13、ere）：厚度：）：厚度：85-800km85-800km。特点：气温随特点：气温随高度迅速增加；空气处于高度电离状态，又叫电离层。高度迅速增加；空气处于高度电离状态，又叫电离层。5.5.逸散层逸散层（ExosphereExosphere）:厚度：厚度：热层顶以上。可高达热层顶以上。可高达30003000km，地球大气向宇宙空间，地球大气向宇宙空间逸散逸散的过渡区域。的过渡区域。一、气温的定义和温标一、气温的定义和温标l气温气温（Air TemperatureAir Temperature）是大气的重要状态参数之一，）是大气的重要状态参数之一，是天气预报的直接对象。气温的分布和变化与气压场、是
14、天气预报的直接对象。气温的分布和变化与气压场、风场、大气稳定度以及云、雾、降水等天气现象密切相风场、大气稳定度以及云、雾、降水等天气现象密切相关。关。1.1.定义定义：气温是表示空气冷热程度的物理量。：气温是表示空气冷热程度的物理量。空气的冷空气的冷热程度，实质上是反映空气分子运动的平均动能。当空热程度，实质上是反映空气分子运动的平均动能。当空气获得热量时，其分子运动的平均速度增大，平均动能气获得热量时，其分子运动的平均速度增大，平均动能增加，气温升高。反之当空气失去热量时，其分子运动增加，气温升高。反之当空气失去热量时，其分子运动平均速度减小，平均动能随之减少，气温就降低。气温平均速度减小，
15、平均动能随之减少，气温就降低。气温可以通过温度表或温度计直接测得。可以通过温度表或温度计直接测得。2 2温标：温标：温度的数值表示法称温标。常用的温标有三种。温度的数值表示法称温标。常用的温标有三种。l 摄氏温标摄氏温标 ：把水的冰点温度定为：把水的冰点温度定为00，沸点为，沸点为100100，多数非英语国家使用。多数非英语国家使用。l 华氏温标华氏温标 ：水的冰点温度定为：水的冰点温度定为3232 F F，沸点，沸点212212 F F。一。一些英语国家多使用。些英语国家多使用。摄氏与华氏的关系：摄氏与华氏的关系：l 绝对温标绝对温标(K(K氏温标氏温标)K)K：水的冰点温度定为：水的冰点温
16、度定为273K273K，沸点为，沸点为373K373K（由英国物理学家（由英国物理学家KelvinKelvin提出）。多用于理论计算。提出）。多用于理论计算。关系：关系：K K273273C C 或或 T T=t t+273+273)32(95FC3259CF辐射的基本特性辐射的基本特性l自然界中凡温度高于绝对零度的物体均以电磁波（辐射）的自然界中凡温度高于绝对零度的物体均以电磁波（辐射）的方式进行能量交换。电磁波按其波长分为方式进行能量交换。电磁波按其波长分为射线、射线、X X射线、射线、可见光、红外线和无线电波。温度高，辐射强，多为短波；可见光、红外线和无线电波。温度高，辐射强，多为短波；
17、温度低，辐射弱，多为长波。物体因放射辐射消耗内能而使温度低，辐射弱，多为长波。物体因放射辐射消耗内能而使本身的温度降低，同时又因吸收其它物体放射的辐射能并转本身的温度降低，同时又因吸收其它物体放射的辐射能并转变为内能而使本身的温度增高。变为内能而使本身的温度增高。t太阳表面温度约为太阳表面温度约为6000K6000K，辐射波长，辐射波长0.150.154m4m，太阳是短，太阳是短波辐射。波辐射。t地面和大气的温度约为地面和大气的温度约为300K300K，放出长波辐射，放出长波辐射4 4120m120m，称，称长波辐射。长波辐射。t太阳辐射是地球和大气的唯一能量来源。太阳辐射是地球和大气的唯一能
18、量来源。l若将太阳对地球大气系统的若将太阳对地球大气系统的辐射作为辐射作为100100个单位，其中地个单位，其中地气系统反射和散射占气系统反射和散射占30%30%，大，大气吸收占气吸收占19%19%，地表吸收，地表吸收51%51%。地球表面通过长波辐射占地球表面通过长波辐射占21%21%、热传导占热传导占7%7%、水汽相变占、水汽相变占23%23%等过程释放能量。使地球大等过程释放能量。使地球大气系统的温度保持恒定。气系统的温度保持恒定。l大气受热的主要直接热源是大气受热的主要直接热源是地球表面。地球表面。l空气的增热和冷却受下垫面的影响很大。空气的增热和冷却受下垫面的影响很大。下下垫面垫面是
19、泛指不同性质的地球表面。下垫面与是泛指不同性质的地球表面。下垫面与空气之间的热量交换途径有以下几种：空气之间的热量交换途径有以下几种：1.1.热传导热传导（ConductionConduction）：空气与下垫面之）：空气与下垫面之间，通过分子热传导过程交换热量，又称感间，通过分子热传导过程交换热量，又称感热。地面和大气都是不良的热导体。仅在贴热。地面和大气都是不良的热导体。仅在贴近地面几厘米以内明显，故通常不予考虑。近地面几厘米以内明显，故通常不予考虑。2.2.辐射辐射（RadiationRadiation）：地气系统热量交换的主要）：地气系统热量交换的主要方式。地面吸收太阳短波辐射，放射出
20、长波辐射方式。地面吸收太阳短波辐射，放射出长波辐射加热大气。如白天辐射增温，夜间辐射冷却。加热大气。如白天辐射增温，夜间辐射冷却。3.3.水相变化水相变化：水有液态、气态和固态之间的变化。：水有液态、气态和固态之间的变化。液体水蒸发，吸收热量；水汽凝结放出热量。一液体水蒸发，吸收热量；水汽凝结放出热量。一般下垫面水蒸发，吸收热量；上空水凝结放出热般下垫面水蒸发，吸收热量；上空水凝结放出热量。从而通过水相变化将下垫面的热量传给上层量。从而通过水相变化将下垫面的热量传给上层大气。大气。4.4.对流对流（Convection)Convection)：一般将垂直运动称对流，：一般将垂直运动称对流，对流
21、分热力对流和动力对流。由于空气受热不对流分热力对流和动力对流。由于空气受热不均引起有规则的暖湿空气上升、干冷空气下沉，均引起有规则的暖湿空气上升、干冷空气下沉，称热力对流。由于动力作用造成的对流运动称称热力对流。由于动力作用造成的对流运动称动力对流，如空气遇山爬升等。动力对流，如空气遇山爬升等。5.5.平流平流（Advection)Advection)：某种物理量的水平输送称：某种物理量的水平输送称平流。它是大气中异地间热量传输的最重要方平流。它是大气中异地间热量传输的最重要方式，范围大，持续时间长。如温度平流、湿度式，范围大，持续时间长。如温度平流、湿度平流等。平流等。“南风暖、北风寒、东风
22、湿、西风南风暖、北风寒、东风湿、西风干干”。6.6.湍流：湍流：又称乱流（又称乱流（TurbulenceTurbulence），是空气不规则的运动。），是空气不规则的运动。湍流是摩擦层中热量、能量和水汽交换的主要方式。湍流是摩擦层中热量、能量和水汽交换的主要方式。l综上所知，空气与下垫面之间的热量交换是通过综上所知，空气与下垫面之间的热量交换是通过多种途径进行的。多种途径进行的。t通常，地面与大气之间的热量交换以辐射为主，通常，地面与大气之间的热量交换以辐射为主，乱流和水相变化次之；乱流和水相变化次之；t各地空气之间的热量交换以平流为主。各地空气之间的热量交换以平流为主。t上下层空气之间的热量
23、交换以对流和乱流为主。上下层空气之间的热量交换以对流和乱流为主。t以上均为以上均为非绝热过程非绝热过程。空气的增热和冷却主要是空气的增热和冷却主要是非绝热过程引起的。非绝热过程引起的。l大气的热量主要来自下垫面，所以大气的热量主要来自下垫面，所以气温具有与下垫面温度类似的周期气温具有与下垫面温度类似的周期性变化。如冬寒夏暖、午热晨凉反性变化。如冬寒夏暖、午热晨凉反映了气温日、年变化的一般规律。映了气温日、年变化的一般规律。l日变化日变化:一天中气温有一个最低温度和一天中气温有一个最低温度和最高温度。陆地上最低气温出现在日出最高温度。陆地上最低气温出现在日出前，最高气温夏季出现在前，最高气温夏季
24、出现在14141515点，冬点，冬季出现在季出现在13131414点。海洋上最高值滞后点。海洋上最高值滞后陆地陆地1 12 2小时。小时。l气温的日较差：气温的日较差：一日中最高气温与最一日中最高气温与最低气温之差。其大小与纬度、季节、下低气温之差。其大小与纬度、季节、下垫面性质、海拨高度及天气状况有关。垫面性质、海拨高度及天气状况有关。一般有：低纬高纬；陆上海上；夏一般有：低纬高纬；陆上海上；夏季冬季；晴天阴天；低海拨高海季冬季；晴天阴天；低海拨高海拨。（吐鲁番海拔拨。（吐鲁番海拔-154m-154m，日较差大），日较差大）l年变化：年变化：一年中月平均气温有一个最高值和一个最低值。一年中月
25、平均气温有一个最高值和一个最低值。t陆地：陆地：北半球北半球:最高在七月份最高在七月份,最低在一月份。最低在一月份。南半球南半球:最高在一月份最高在一月份,最低在七月份。最低在七月份。t海洋：海洋：比陆地迟后一个月比陆地迟后一个月,即最高在八月即最高在八月,最低在二月最低在二月l年较差：年较差：一年中月平均最高气温与月平均最低气温之差。一年中月平均最高气温与月平均最低气温之差。它与下热面的性质、纬度和海拔等有关。它与下热面的性质、纬度和海拔等有关。t高纬低纬；高纬低纬；陆上海上；陆上海上；海拔低海拔高海拔低海拔高1 1.气温的水平分布气温的水平分布l海平面平均气温从赤道向高纬递减，南半球等温线
26、大约与纬海平面平均气温从赤道向高纬递减，南半球等温线大约与纬圈平行，北半球由于海陆分布不均匀，等温线不与纬圈平行。圈平行，北半球由于海陆分布不均匀，等温线不与纬圈平行。t 夏半球的等温线比较稀疏，冬半球较密集夏半球的等温线比较稀疏，冬半球较密集t冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大致凸向极地，而夏季相反。这是因为在同一纬度上，冬季大致凸向极地，而夏季相反。这是因为在同一纬度上，冬季大陆温度比海洋温度低，夏季大陆温度比海洋温度高的缘故。陆温度比海洋温度低，夏季大陆温度比海洋温度高的缘故。t北半球冬季大洋西部从低纬向东北方向伸出一个暖
27、脊直达北半球冬季大洋西部从低纬向东北方向伸出一个暖脊直达大洋东部中高纬海域。这是两个强大暖流黑潮、湾流所致。大洋东部中高纬海域。这是两个强大暖流黑潮、湾流所致。7月海平面平均气温分布月海平面平均气温分布1月海平面平均气温分布月海平面平均气温分布湾流湾流黑潮黑潮温度脊温度脊t 在南半球不论冬夏，最低气温均出现在南极地区，在南半球不论冬夏，最低气温均出现在南极地区，而在北半球只有夏季在北极，冬季在西伯利亚东北部而在北半球只有夏季在北极，冬季在西伯利亚东北部（佛科扬斯克）和格陵兰，称为（佛科扬斯克）和格陵兰，称为“寒极寒极”(Cold Pole)(Cold Pole)。t 近赤道附近存在一个高温带近
28、赤道附近存在一个高温带,1,1月和月和7 7月平均气温均高月平均气温均高于于2525，称这个高温带称为称这个高温带称为“热赤道热赤道”(Heat Equator)(Heat Equator)。平均在平均在1010 N N左右。左右。l全球平均气温为全球平均气温为14.3 14.3 ，极端最高气温，极端最高气温63（索马（索马里），极端最低气温里），极端最低气温-94（南极附近）。（南极附近）。l在对流层中气温随高度上升而降低在对流层中气温随高度上升而降低,气温随高度气温随高度递减的快慢可用递减的快慢可用气温垂直递减率气温垂直递减率表示表示 ：=0.65/100m=0.65/100ml式中：式中
29、：T T 表示高度增加表示高度增加 Z Z 时，相应的气温变时，相应的气温变化量。化量。Z Z 的单位通常取的单位通常取100m.100m.负号表示气温随高度增加负号表示气温随高度增加而减小。通常而减小。通常0 0。当。当=0=0时表示时表示等温等温。当当0 0时表示时表示逆温逆温。逆温既在某一气层中，气。逆温既在某一气层中，气温随高度增加而升高。温随高度增加而升高。zT一、气压概述一、气压概述1.1.气压与天气气压与天气l气压与天气之间有着密气压与天气之间有着密切的关系，有时称气压切的关系，有时称气压表为晴雨表。如高压控表为晴雨表。如高压控制下是，晴朗、少云、制下是，晴朗、少云、微风好天气；
30、低压控制微风好天气；低压控制下是阴雨、大风和低能下是阴雨、大风和低能见度坏天气。见度坏天气。气压：气压：指单位截面积上大气柱的重量称大气压强，简称指单位截面积上大气柱的重量称大气压强，简称气压。气压。l在标准情况下（即气温为在标准情况下（即气温为00，纬度为，纬度为4545的海平面的海平面上），上），760mm760mm水银柱高的大气压称一个标准大气压，相水银柱高的大气压称一个标准大气压，相当于当于1013.25hPa(1013.25hPa(百帕百帕)()(hecto-pascalhecto-pascal)。l w/sw/sghs/sghs/sghgh （大气压强公式）（大气压强公式）：气压：
31、气压 ：水银密度：水银密度;：水银柱高度：水银柱高度;：重力加速度：重力加速度;：水银柱截面积：水银柱截面积;ghsghs 水银柱重量。水银柱重量。l1hPa=3/4mmHg 1mmHg=4/3hPa1hPa=3/4mmHg 1mmHg=4/3hPa 1mb=1hPa 1mb=1hPa l1.影响气压变化的因素影响气压变化的因素t热力因素：热力因素：温度高，空气受热温度高，空气受热膨胀，空气密度变小，气压下膨胀，空气密度变小，气压下降；温度低，空气冷却收缩，降；温度低，空气冷却收缩，空气密度变大，气压升高。空气密度变大，气压升高。t动力因素：动力因素：包括水平气流的辐包括水平气流的辐合和辐散、
32、空气密度变化和空合和辐散、空气密度变化和空气的垂直运动。气的垂直运动。t水平运动：水平运动：气流水平辐合时，气流水平辐合时，空气聚积，导致气压上升；水空气聚积，导致气压上升；水平辐散时，空气离散，导致气平辐散时，空气离散，导致气压下降。压下降。t垂直运动：垂直运动：当空气有垂直运当空气有垂直运动而气柱内质量没有外流时，动而气柱内质量没有外流时，其总质量没有改变，地面气其总质量没有改变，地面气压不会发生变化。但气柱中压不会发生变化。但气柱中质量的上下传输，可造成气质量的上下传输，可造成气柱中某一层次空气质量改变，柱中某一层次空气质量改变，从而引起气压变化。图中位从而引起气压变化。图中位于于 A、
33、B、C三地上空某一高三地上空某一高度上度上a、b、c三点的气压，在三点的气压，在空气没有垂直运动时，空气空气没有垂直运动时，空气质量不变，则质量不变，则Pa不变；在空不变；在空气有上升运动时，上层空气气有上升运动时，上层空气质量增多，质量增多，Pb变大；在空气变大；在空气有下沉运动时，上层空气质有下沉运动时，上层空气质量减少，量减少，Pc变小。变小。空气垂直运动和气压变化关系空气垂直运动和气压变化关系不变不变变大变大变小变小l水平气流辐合、辐散与垂直水平气流辐合、辐散与垂直运动的关系运动的关系t大气中气压变化往往是几种大气中气压变化往往是几种情况综合作用的结果，它们情况综合作用的结果，它们之间
34、是相互联系、相互制约、之间是相互联系、相互制约、相互补偿的。上层有水平气相互补偿的。上层有水平气流辐合、下层有水平气流辐流辐合、下层有水平气流辐散的区域必然会有空气从上散的区域必然会有空气从上层向下层补偿，从而出现空层向下层补偿，从而出现空气的下沉运动。反之，则会气的下沉运动。反之，则会出现空气上升运动。同理，出现空气上升运动。同理，在出现空气垂直运动的区域在出现空气垂直运动的区域也会在上层和下层出现水平也会在上层和下层出现水平气流的辐合和辐散。气流的辐合和辐散。水平气流辐合、辐散水平气流辐合、辐散与垂直运动的关系与垂直运动的关系l2.2.气压随高度的变化气压随高度的变化t根据气压的定义，随着
35、高度的根据气压的定义，随着高度的增加，气柱变短，空气密度变增加，气柱变短，空气密度变小，气压减小。在海平面上气小，气压减小。在海平面上气压最大（约压最大（约1000hPa1000hPa），到大），到大气上界减为零。下表给出了气气上界减为零。下表给出了气象上所用各标准等压面所对应象上所用各标准等压面所对应的高度。的高度。气压与高度的对应关系气压与高度的对应关系l为了表达气压随高度变化的为了表达气压随高度变化的定量关系。假设：大气处于定量关系。假设：大气处于静止状态。静止状态。l -pp=w=w=ZZs sgg=gZsgZs pp=-=-gZgZ lpp/Z=-/Z=-gg (静力方程静力方程)公
36、式说明：在静力平衡下，气公式说明：在静力平衡下，气压随高度的变化主要取决于压随高度的变化主要取决于空气密度。空气密度。P2P1Z2Z1F2F1WP12zzzppp12l单位气压高度差：单位气压高度差：h=-Z/h=-Z/pp=1/g=RT/Pg=1/g=RT/Pg其中：其中：g=9.8m/sg=9.8m/s2 2,R=287m,R=287m2 2/s/s2 2,T=273(1+t),T=273(1+t),代人代人 h 8000 h 8000（1+t/2731+t/273）/P /P t当温度为当温度为00，气压为，气压为1000hpa1000hpa时，时，h=8m/hPah=8m/hPa。th
37、 h与与t t成正比，与成正比，与P P成反比。成反比。l气压订正气压订正tP0=P1+H/h 其中：其中：P0海平面气压，海平面气压，P1本站气压，本站气压，H 驾驶台驾驶台距海面高度，距海面高度，t海平面气压海平面气压=本站气压本站气压（经刻度、温度和补充（经刻度、温度和补充订正）订正）+高度订正高度订正l日变化日变化(diurnal variation of pressure)(diurnal variation of pressure)：气压的日变气压的日变化以化以12h12h为周期，一日内有两个高值和两个低值。为周期，一日内有两个高值和两个低值。t最高值：最高值：上午上午9-109-
38、10时；时；次高值：次高值：晚间晚间21-2221-22时。时。t最低值：最低值：下午下午15-1615-16时；时；次低值：次低值：凌晨凌晨3-43-4时。时。最高和最低与气温的变化有关，日较差低纬高纬。最高和最低与气温的变化有关，日较差低纬高纬。气压的日变化气压的日变化l气压的年变化气压的年变化(annual(annual variation of pressure):variation of pressure):t气压的年变化随纬度增大而气压的年变化随纬度增大而增大，在中高纬度最明显，增大，在中高纬度最明显，概括为以下几种类型：概括为以下几种类型：t大陆型：大陆型：冬季气压高，夏季冬季气
39、压高，夏季气压低，年较差大。气压低，年较差大。t海洋型：海洋型：冬季气压低，夏季冬季气压低，夏季气压高，年较差小。气压高，年较差小。t高山型：高山型：最高值出现在夏季，最高值出现在夏季，最低值出现在冬季。最低值出现在冬季。1.1.高压高压（High PressureHigh Pressure）:由闭合等压线围成由闭合等压线围成,中心气中心气压比周围高的系统。空间等压面向上凸起，形似山丘。压比周围高的系统。空间等压面向上凸起，形似山丘。2.2.低压低压（Low PressureLow Pressure，DepressionDepression）：由闭合等压线围成，中心气压比周围低的由闭合等压线围
40、成，中心气压比周围低的系统。空间等压面向下凹，形如盆地。系统。空间等压面向下凹，形如盆地。3.3.低压槽和槽线低压槽和槽线（TroughTrough）：由低压向外延伸出来的狭）：由低压向外延伸出来的狭长区域，或一组未闭合的等压线向气压较高的一方凸出长区域，或一组未闭合的等压线向气压较高的一方凸出的部分，简称槽。在低压槽中各条等压线曲率最大处的的部分，简称槽。在低压槽中各条等压线曲率最大处的连线，称槽线连线，称槽线(Trough-Line)(Trough-Line)。空间等压面类似山谷。空间等压面类似山谷。槽线槽线4.4.高压脊和脊线高压脊和脊线（RidgeRidge）：）：由高压向外延伸出来由
41、高压向外延伸出来的狭长区域，或一组未闭合的等压线向气压较低的一方的狭长区域，或一组未闭合的等压线向气压较低的一方凸出的部分，简称脊，脊中曲率最大点的连线称脊线凸出的部分，简称脊，脊中曲率最大点的连线称脊线(RigheRighe Line)Line)。空间等压面类似山脊。空间等压面类似山脊。脊线脊线5.5.鞍形区：鞍形区：相对两高相对两高压和两低压组成的中压和两低压组成的中间区域，简称鞍。间区域，简称鞍。6.6.低压带低压带 ：两高压之两高压之间的狭长区域。间的狭长区域。7.7.高压带：高压带：两低压之两低压之间的狭长区域。间的狭长区域。鞍形区鞍形区定义定义：在水平方向上单位距离内气在水平方向上
42、单位距离内气压的改变量称水平气压梯度，用压的改变量称水平气压梯度，用 -P/-P/nn 表示。表示。l方向：方向：垂直于等压线，由高压指垂直于等压线，由高压指向低压。其物理意义表示了由于向低压。其物理意义表示了由于空间水平气压分布不均匀而作用空间水平气压分布不均匀而作用在单位体积空气上的力。在单位体积空气上的力。l大小：大小：取决于等压线的疏密程度。取决于等压线的疏密程度。等压线愈密，等压线愈密，-P/-P/nn愈大，气愈大，气压梯度越大，风力愈大，反之亦压梯度越大，风力愈大，反之亦然。然。l单位：单位：百帕百帕/赤道度。赤道度。1 1赤道度赤道度111 Km60 111 Km60 n.mil
43、en.mileP4P3P2P1P1P2101210081004100010041000HHLL气压梯度气压梯度 五、气压系统随高度的变化五、气压系统随高度的变化l温压场对称的系统：温压场对称的系统：温压场对称是指温度中心与气压中心基温压场对称是指温度中心与气压中心基本重合。本重合。浅薄系统是指气压系统的强度浅薄系统是指气压系统的强度随随高高度增加而度增加而减弱，减弱，即高低空的高低压中心不一致。这种系统有冷高压（即高低空的高低压中心不一致。这种系统有冷高压（cold cold highhigh）和和 暖低压暖低压 (heat low)(heat low)。深厚系统是指气压系统的深厚系统是指气压
44、系统的强度强度随随高高度增加度增加不变或增强，不变或增强，即高低空的高低压中心一致。即高低空的高低压中心一致。这种系统有暖高压（这种系统有暖高压（warm highwarm high）和冷低压和冷低压 (cold low)(cold low)。暖高压暖高压冷低压冷低压冷高压冷高压暖低压暖低压l温压场不对称的系统：温压场不对称的系统：温压场不对称是指温度中心与温压场不对称是指温度中心与气压中心不重合。在中高纬度地区，气压中心不重合。在中高纬度地区，不对称的低压总不对称的低压总是东暖西冷，低压中心轴线向冷区倾斜；不对称的高是东暖西冷，低压中心轴线向冷区倾斜；不对称的高压总是东冷西暖，高压中心轴线向
45、暖区倾斜。压总是东冷西暖，高压中心轴线向暖区倾斜。中心轴线随高度倾斜中心轴线随高度倾斜t重点：重点：风的表示方法；各种力的表示方法风的表示方法；各种力的表示方法及其物理意义；地转风；梯度风；及其物理意义；地转风；梯度风；l一、概述一、概述l定义定义:空气相对于下垫面的水平运动，空气相对于下垫面的水平运动，称为风（称为风（Wind)Wind)。它是矢量，有大小。它是矢量，有大小和方向。和方向。l风速风速(Wind Speed)(Wind Speed)：风速是指单位时风速是指单位时间内空气在水平方向上的位移。单位间内空气在水平方向上的位移。单位有：有：m/sm/s、Km/hKm/h、n mile/
46、hn mile/h、KnKn(节节)等。等。l换算关系：换算关系：1Km/h=0.28m/s 1Km/h=0.28m/s；1m/s=3.6Km/h 1m/s=3.6Km/h；1Kn=1.852Km/h0.5m/s 1Kn=1.852Km/h0.5m/s；1m/s2Kn1m/s2Knl风向（风向（Wind DirectionWind Direction）：）：风向是指风的来向，常用风向是指风的来向，常用1616个方位个方位(E W S N NE SE NW SW NNE ENE ESE SSE SSW(E W S N NE SE NW SW NNE ENE ESE SSE SSW WSW WNW
47、 NNW)WSW WNW NNW)或度数或度数(0(0 360360)来表示。来表示。l风力风力(Wind(Wind Force)：根据风对地面或海面的影响程度又根据风对地面或海面的影响程度又划出风力等级。国际上采用的风力等级从划出风力等级。国际上采用的风力等级从0 01212共共1313个等个等级（级（Beaufort Scale of Wind Force）。）。我国现采用从我国现采用从0 01717共共1818个等级。参见个等级。参见P19P19风力等级表风力等级表。l风压风压(Wind Pressure)(Wind Pressure)：风压是指与风向垂直的单位面积风压是指与风向垂直的单
48、位面积所受的压力。近似表示为所受的压力。近似表示为:P=0.0625V:P=0.0625V2 2。l阵性：阵性：在摩擦层中，由于湍流作用，风表现为忽大忽在摩擦层中，由于湍流作用，风表现为忽大忽小的阵性。实际上风的阵性就是小尺度的湍涡迭加在大小的阵性。实际上风的阵性就是小尺度的湍涡迭加在大型流场上造成的结果。因此在测风时，要求取其平均值。型流场上造成的结果。因此在测风时，要求取其平均值。一日内阵性最强在午后，一年中阵性最强在夏季。一日内阵性最强在午后，一年中阵性最强在夏季。l日变化：日变化：通常在近地面午后风速大，夜间清晨风速小。通常在近地面午后风速大，夜间清晨风速小。风的日变化幅度，晴天比阴天
49、大，夏季比冬季大，陆地风的日变化幅度，晴天比阴天大，夏季比冬季大，陆地比海洋大。比海洋大。l年变化：年变化：因地而异。因地而异。一、作用在空气微团上的力一、作用在空气微团上的力l重力重力(gravity)(gravity)；大小为大小为g9.8m/sg9.8m/s2 2，方向向下，指向地心。，方向向下，指向地心。l水平气压梯度力水平气压梯度力(pressure gradient force):(pressure gradient force):由于作用在单位质量空由于作用在单位质量空气上的压力在水平方向上分布不均匀，引起气压梯度力。气上的压力在水平方向上分布不均匀，引起气压梯度力。GnGn表示
50、表示。l大小为：大小为：；方向：方向：垂直等压线从高压指向低压。垂直等压线从高压指向低压。(1)(1)GnGn与与成反比，成反比，GnGn与气压梯度与气压梯度 成正比。成正比。(2)(2)一定时，一定时，大，等压线密集，大，等压线密集，GnGn大。大。(3)(3)一定时，一定时，大，空气浓密，大，空气浓密，GnGn小。小。(4)(4)若若 =0,=0,两地没有气压差两地没有气压差 GnGn=0 =0 无风。无风。lGnGn是使空气产生水平运动的原动力。是使空气产生水平运动的原动力。npGn1npnpnpnpl水平地转偏向力水平地转偏向力(deflection force of earth ro
