气象水文学大气的运动.ppt

气象水文学,大气的运动,2,大气的运动,第一节 气压随高度和时间的变化第二节 气压场第三节 大气的水平运动和垂直运动第四节 大气环流,3,第一节 气压随高度和时间的变化,一、气压及其单位,气压指大气的压强，等于单位面积上所承受的大气柱的重量。,1Pa=1N/m,气压单位：百帕（hPa），毫米汞柱mmHg，标准大气压：在温度为0，在纬度45N(S)的海平面上的大气压。其值为1013.2 hPa,相当于760mm的水银柱高度。,4,二、气压变化的原因,4,a 水平气流的辐合与辐散,水平气流辐散：前面运动速度快，后面 慢，空气向周围流散，气压降低水平气流辐合：前面运动速度慢，后面快，空气聚积，气压升高,水平气流的辐散(a、c)和辐合(b、d),5,b 不同密度气团的移动,不同性质的气团，密度往往不同。如果移到某地的气团比原来气团密度大，则该地上空气柱质量增多，气压升高。反之，气压降低。,6,c 空气垂直运动,空气垂直运动和气压变化的关系,7,水平气流辐合辐散和垂直运动的关系,二、气压变化的原因,8,三、气压随高度的变化,9,四、气压随时间的变化,气压的周期性变化,气压的周期性变化是指在气压随时间变化的曲线上呈现出有规律的周期性波动，明显的是以日为周期和以年为周期的波动。,地面气压的日变化有单峰、双峰和三峰等型式，其中以双峰型最为普遍。,日气压最高、最低值出现的时间和变化幅度随纬度而有区别。,10,气压年变化受气温的年变化影响很大，也同纬度、海陆性质、海拔高度等地理因素有关。,四、气压随时间的变化,11,气压的非周期性变化,气压的非周期性变化是指气压变化不存在固定周期的波动，是气压系统移动和演变的结果。通常在中高纬度地区气压系统活动频繁，气团属性差异大，气压非周期性变化远较低纬度明显。,四、气压随时间的变化,12,第二节 气压场,气压的空间分布称为气压场。由于各地气柱质量不相同，气压的空间分布也不均匀，有的地方气压高，有的地方气压低，气压场呈现出各种不同的气压形势，统称气压系统。,13,一、气压场的表示方法,等压线是同一水平面上各气压相等点的连线。等压线的形状和疏密程度反映着水平方向上气压的分布形势。,1、等压线,14,等压面是空间气压相等点组成的面。用一系列等压面的排列和分布可以表示空间气压的分布状况。,2、等压面,一、气压场的表示方法,等压面并不是一个水平面，而像地表形态一样，是一个高低起伏的曲面。,等压面形状,等压面下凹部位对应着水平面上的低压区域，等压面愈下凹，水平面上气压低得愈多。同一等压面上各点的高度可能不同，同一高度上的点具有的气压值可能不同,15,用类似绘制地形等高线的方法，将某一等压面上相对于海平面的各位势高度点投影到海平面上，得到一张等位势高度线图，此图能表示该等压面的形势，故称为等压面图。,等压面的二维表示,一、气压场的表示方法,等压面与等高面的对应关系：1013百帕-0高度（海平面）850百帕-1500米700百帕-3000米500百帕-5500米300百帕-9000米100百帕-16000米,16,二、气压场的基本形式,1）低气压：低压、气旋。定义：三维空间上的大尺度涡旋，同一高度上，其中心气压比四周低。形如盆地。天气：对应的天气不好。强度：中心气压值表示，气压越低，强度越强。,17,简称槽，低压延伸出来的狭长区域。在槽中各等压线曲率最大的点的连线称为槽线，如狭长山谷。对应天气不好，多雨。,2）、低压槽（槽）,18,二、气压场的基本形式,3）高气压：高压、反气旋。定义：是三维空间上的大尺度涡旋，同一高度上，其中心气压比四周高。空间等压面形如山丘。天气：对应的天气好。强度：中心气压表示，气压越高，强度越强。,19,由高压延伸出来的狭长区域，在脊中各等压线弯曲最大处的连线叫脊线，其气压值沿脊线向两边递减，脊附近空间等压面类似地形中狭长山脊。,4）、高压脊(脊),20,是由两个高压区和两个低压区相对组成的中间区域，形如马鞍。对应天气多变。,5）、鞍形气压场(鞍),二、气压场的基本形式,鞍形气压场示意图,21,第三节 大气的水平运动和垂直运动,一、作用于大气的力,22,地面气压场与风向,高空气压场与风,二、空气的水平运动,23,三、空气的垂直运动,垂直运动驱动力来自：热力差异、辐合辐散、机械抬升作用,1、对流运动：空气团温度与周围大气温度不等时，空气团发生向上或向下的运动，形成热力对流运动。通常速度较快、规模较小、维持时间较短。,24,三、空气的垂直运动,2、系统性垂直运动：由水平运动引发的辐合辐散作用、锋面抬升作用以及地表隆起的阻滞机械抬升作用所导致的垂直运动。,25,辐合旋风与辐散旋风：,低压中，梯度风斜穿等压线，逆时针旋转风并向低压中心辐合高压中，梯度风斜穿等压线，顺时针旋转风并向高压四周辐散,三、空气的垂直运动,B（冷）A（热）C（冷）,大气的垂直运动,同一水平面气压差异,大气的水平运动,直接原因,地面冷热不均,归纳,27,第四节 大气环流,地球上各种规模的大气运动的综合表现，称为大气环流。,28,大气环流特点,平均纬向环流 平均经圈环流 平均水平环流急流这种不同形式的运动之间相互联系、相互制约，形成一个整体的环流系统。,29,一、大气环流的成因,1、地表获得的太阳辐射差异,辐射梯度,形成向两极的温度梯度引起气压梯度引发环流,30,理想经圈环流,直接热力环流,太阳辐射对地气系统的加热不均是大气环流的根本原因大气在高低纬间热量收支不平衡是大气环流的直接动力,一、大气环流的成因,31,2、地球自转 地转偏向力的影响,纬向气压带形成和维持是经圈环流形成的必需条件，是全球大气环流形成和维持的重要因子。,一、大气环流的成因,32,3.地表性质作用,海陆差异对气流的影响地形起伏对气流的影响,海、陆热力差异对气流的影响。夏季，陆地为相对热源，海洋为相对冷源；冬季则相反。这种冷热源分布使完整的纬向气压带分裂成一个个闭合的高压和低压大气活动中心。海、陆间的季节性热力差异引起的气压梯度驱动着海陆间的大气流动，这种随季节而转换的环流是季风形成的重要因素。,一、大气环流的成因,33,均一地表假定下的行星风带,海陆分布影响下的行星风带,34,季风形成的原因海陆差异产生的地面环流及气压分布,陆 地,海 洋,夏季,热,低气压,冷,高气压,高气压,低气压,夏季风,35,地面环流 冬季,陆 地,冷,热,低气压,高气压,低气压,高气压,冬季风,海 洋,36,亚洲季风一月,亚洲季风七月,37,3、地表性质作用,海陆差异对气流的影响 地形起伏对气流的影响,一、大气环流的成因,地形起伏对气流的影响。一是动力影响，高原或高山迎风坡空气辐合，形成高压脊，而背风坡形成低压槽，如东亚大槽、北美大槽；当地形过于高大或气流较浅薄，则在迎风坡气流发生绕流，背风坡气流又汇合。二是热力影响，高原相对于四周大气而言，夏季为热源，冬季则为冷源。,38,39,太阳辐射 地球自转 地表覆盖性质,对大气系统加热不均匀是产生大规模大 气运动的根本原因，是大气环流的原动力,全球大气环流形成和维持的重要因子,使低层大气环流复杂化，并使中高层大气环流出现平均槽、脊的趋势,一、大气环流的成因,40,二、大气环流平均状况,1、平均纬向环流：以极地为中心旋转的纬向环流，也就是东、西风带。,平均纬向风速的经向剖面图,对流层中、上层由低纬指向高纬的经向温度梯度所决定,41,高纬度极地东风带,从地面向上都是西风，称盛行西风带。纬向宽度、风速随高度而增大，北半球冬季西风风速大于夏季。,自地面到高空是深厚的东风层，称热 带东风带或信风带。它是纬向风带中风向最为稳定、风速较大（平均风速48m/s）、活动范围广阔（几乎占全球的一半）的风带。,二、大气环流平均状况,冬夏季都是一层很浅薄的东风带。,中纬度盛行西风带,低纬度信风带,纬向环流分布特征,三个风带,42,赤道,南极,北极,30,30,60,60,60,60,30,30,东北信风带,西风带,东风带,东南信风带,西风带,东风带,43,2、平均经圈环流,指南北向沿经圈垂直剖面上，由风速的平均北南分量和垂直分量构成的平均环流圈；俗称的“三圈环流”是理想模式,二、大气环流平均状况,44,赤道,北纬30度,赤道受热，空气膨胀上升，近地面形成低压,南风,北纬30度形成高压,近地面气流右偏成东北风,被迫下沉,45,副热带高压带,46,副热带高压带,副极地低压带,-三圈环流,思考：同为高压，极地高气压带和副热带高气压带在成因上有何区别？,赤 道 低 压 带,副热带高压带,副热带高压带,副极地低压带,副极地低压带,极地高压带,极地高压带,东,南,信,风,盛,行,西,风,极 地 东 风,热力作用,热力作用,动力作用,动力作用,冷却收缩下沉,冷暖气流辐合上升,聚积下沉,受热膨胀上升,48,副热带高压带,副极地低压带,49,副热带高压带,副极地低压带,50,赤 道 低 压 带,副热带高压带,副热带高压带,副极地低压带,副极地低压带,极地高压带,极地高压带,东,南,信,风,盛,行,西,风,极 地 东 风,地球上的气压带(7个)和风带(6个),关于赤道南北对称,51,高低纬间热量差异,地转偏向力,单圈环流,三圈环流,气压带和风带的形成,52,52,气压带和风带对气候的影响,53,思考：,哪些地区容易出现降雨？哪些地区不易降雨呢？,54,3、平均水平环流,指纬向环流（即东风带与西风带）受到扰动（源于地表海陆分布、地面摩擦和大地形作用）后发展起来的槽、脊气流和高压与低压环流；气流方向为漩涡、或偏南、或偏北,对流层高空（500hPa）盛行槽、脊 对流层低空盛行高压系统和低压系统,二、大气环流平均状况,55,3、平均水平环流,二、大气环流平均状况,阿尔卑斯山,高加索山和青藏高原,落基山,对流层中上层平均水平环流,西风带上存在着大尺度的平均槽、脊。,56,北半球 7 月 500 hPa 等压面图,3、平均水平环流,二、大气环流平均状况,7 月份，西风带显著北移，槽脊的位置也发生很大变动，即东亚大槽东移入海，原欧洲浅槽已不存在，并变为脊，而欧洲西岸和贝加尔湖地区各出现一个浅槽，北美大槽位置基本未动。,对流层中上层平均水平环流,57,北半球 1 月海平面等压面图,阿留申低压1000 hPa,冰岛低压997 hPa,西伯利亚高压1035 hPa,北美高压1020 hPa,3、平均水平环流,二、大气环流平均状况,对流层低层水平环流,58,北半球 7 月海平面等压面图,南亚低压997 hPa,北美低压1011 hPa,北太平洋高压1027 hPa,北大西洋高压1027 hPa,3、平均水平环流,二、大气环流平均状况,对流层低层水平环流,59,4、急流,位于对流层上层或平流层中，由西向东的强而窄的气流。风速 30 m/s 以上、最大可达 200 m/s 的狭窄强风带。,温带急流（西风急流）：4555 m/s 副热带急流：5060 m/s 热带东风急流：3040 m/s,二、大气环流平均状况,60,急流示意图,61,年变化 中短期变化,中高纬西风带（500hPa）：冬季（14月）为三槽三脊，夏季（68月）四浅槽三脊，春秋交替过渡，较稳定；但急流（200hPa上）有纬度和强度的剧烈变化,纬向环流与经向环流之间交替出现的周期变化,用纬向环流指数（西风指数）和经向环流指数来表示短期变化：如果西风强烈、纬向环流盛行，称高指数，天气多平稳的西风常态；如果经向环流盛行，称低指数，多南北空气交流，如冬季寒潮向南爆发侵袭就是出现在低指数期,二、大气环流平均状况,大气环流变化,62,62,三、大气环流的作用,使高低纬度之间、海陆之间的热量和水汽交换,促使全球的热量和水汽的平衡,是形成天气和气候的基础,影响环境的发展,63,1.大气环流形成的主要因子是哪些？2.简述三圈环流模型及其形成机制。3.简述地面气压带及行星风带分布。4.平均纬向环流、经向环流以及水平环流的特征是什么？,思考题,