空气的水平运动风

•大气运动在地球环境的形成中有重要的作用。大尺度的空气环流将热量从能量盈余的低纬地区输向能量亏损的高纬地区。气流的运动还将水分充足地区，如海面和热带潮湿地区输送到其他地区。盛行气流是形成天气和气候的重要因素。大气运动决定了生态环境的水热条件，从而影响自然景观、动植物群落乃至人类生活。•大气运动对海水运动有极大的影响。风能可以转变为波浪和洋流能，从而形成第二个全球性环流系统。海水运动不只影响了海洋和海岸地貌，而且也将热量从低纬地区输送到高纬地区。非常强烈的大气运动，如台风和龙卷风，会给地球环境带来严重的破坏。Tothinkdeeply1.自然界的大气为什么会运动？2.大气运动主要有几种方式？3.大气首先以哪种方式做运动？一、气压和风大气运动包括垂直运动与水平运动。•以垂直运动为主的空气运动，称为上曳气流或下曳气流。•空气在水平方向的流动称为风。气压的水平分布不均匀是风的起因。（一）气压大气是有重量的，它施加于地面的压力称为气压。气压的单位以毫米水银柱高（mm）或毫巴（mb）表示。单位面积上承受大气柱的重量是产生气压的原因。随着海拔高度的上升，大气柱的重量减少，所以气压随高度升高而降低，气压随高度变化的实际情况与气温和气压条件有关。（1）在气压相同的条件下，气柱温度愈高，单位气压高度差愈大，气压垂直梯度愈小。因此，当空气受热状况有差异时，暖区的气压垂直梯度比冷区小。（2）在相同气温下，气压愈高，单位气压高度差愈小，气压垂直梯度愈大。因此，在地面的高气压区，气压随海拔高度上升很快降低，上空往往出现高空低压。基于这两点，在地面受热较强的暖区，地面气压常比周围低，而高空气压往往比同一海拔高度的邻区高；在地面热量损失较多的冷区，地面气压常比周围高，而高空气压往往比周围低。由于热力和动力的原因，在同一水平面上气压的分布是不均匀的。高气压低气压地面热地面冷热不均形成的空气环流——叫热力环流热力环流——是大气运动的最基本形式低气压低气压高气压高气压冷冷（二）空气的水平运动——风气压的水平分布不均匀产生气压梯度力，从而引起空气运动。空气一旦开始运动就立即会受到地转偏向力、惯性离心力和摩擦力的影响。1.水平气压梯度力风的产生首先是由于存在着水平气压梯度力。由于气压在空间分布不均，便产生一个从高压指向低压的力，这就是气压梯度力。水平气压梯度力虽然很小，但没有受到任何力的抵消，在长时间里会使空气运动产生加速度。这种加速度可以用全球水平气压的平均梯度（G＝1mb/100km）求出。（百帕）100010051010水平面上存在着气压梯度，就产生了促使大气由高压区流向低压区的力，叫水平气压梯度力。1.水平气压梯度力a.垂直于等压线b.由高压指向低压2.地转偏向力地球自转的角速度分为垂直和水平两个方向的分量，水平方向分量对地球上任何作水平运动的物体产生一个与其运动方向相垂直的作用力。这就是地转偏向力F，它的大小为F＝2mvwsinj式中，m为运动物体质量；v为物体水平运动速度；w为地球自转角速度，为0.000073弧度/秒；j为地理纬度。（百帕）100010051010水平气压梯度力地转偏向力（北半球）a.北半球向右偏，南半球向左偏；b.垂直于空气的运动方向(即风向)；c.由低纬向高纬增大；•当空气在气压梯度力作用下运动时，地转偏向力使气流产生偏向。在北半球，气流偏向运动方向的右方；在南半球，气流偏向左方。作用于相同质量和速度但在不同地点运动的物体的地转偏向力的大小是不同的，在赤道为零，随纬度的增高偏向力加大，在两极达最大值。15在气压梯度力和地转偏向力共同作用下的风（北半球高空）（百帕）10001005101010151020气压梯度力地转偏向力风向气压梯度力地转偏向力风向（3）摩擦力水平气压梯度力使空气运动产生加速度，但风速加大总是有限度的。因为处于运动状态不同的气层之间，空气和地面之间都会相互发生作用，对气流运动产生阻力。气层之间产生的阻力，称为内摩擦力；地面对气流运动产生的阻力，叫外摩擦力。摩擦力总是和运动的方向相反。摩擦力的存在限制了风速的加大。地转偏向力（百帕）100010051010（北半球）风向地面摩擦力与空气运动方向相反。请依据图中风向，画出空气运动时的受力情况水平气压梯度力水平气压梯度力地转偏向力(使风向垂直于等压线)(使北半球风向右偏,南半球风向左偏)地面摩擦力大气作水平运动所受作用力二力平衡,风向平行于等压线三种力共同作用下,风向斜穿等压线（与空气的运动方向相反）空气产生水平运动的原动力总结：1.以上三种力对气流运动的意义并不是等同的，在一定条件下，可以忽略某些力的作用。例如，在高空自由大气中，摩擦力可以忽略不计，起作用的主要是气压梯度力和地转偏向力，当这两种力平衡时，就形成地转风。高空风近似于地转风，它的方向与等压线平行，背风而立，在北半球是高压在右，低压在左；在南半球是高压在左，低压在右，即风压定律。在近地面气层中，必须考虑摩擦力对空气运动的作用。摩擦力降低了风速，削弱了地转偏向力的作用，使风向与等压线出现一定交角。2.以上三种力的作用使气流运动具有一定的方向和速度。风可以用风向和风速来描述。风向指气流的来向，它表明风的性质，对天气有直接影响。例如，在北半球，北风表示气流从北方来，会引起气温降低；南风表示气流从南方来，会导致天气转暖。根据风速的大小，可将风力划分为12级（有些国家增为17级）。从风力征象，可估算出相应的风级。从天气预报中的风力等级，也可以知道风力征象。二、大气环流（一）大气环流是指大气圈内空气作不同规模运行的总称。是形成各种天气和气候的主要因素。由于纬度高低、海陆分布及地表状态所受太阳热量不均和地球转动的不同影响，形成各种类型的环流。大型的有行星风系、季风等；小型的有海陆风、山谷风等。全球性气温和气压差异形成行星风系；巨大的海陆差异是季风环流的重要成因；局地的水陆、地形等的差异则形成各种地方性风系。假定地球表面结构均一，且没有自转运动，赤道地带就会由于气温高，空气受热膨胀上升，使气压的垂直梯度变小；两极地带则会由于气温低，使气压垂直梯度变大。这样在赤道上空的气压比同一水平面上的极地为高，形成由赤道指向极地的气流。极地上空积聚的来自赤道的空气向下沉降，使地面空气密度增大，气压升高；而赤道地面因空气上升密度减小，气压降低。结果，在地面上就形成了由极地流向赤道的气流。赤道地区空气以上升运动为主，两极地区以下沉为主，从而形成赤道和极地之间的闭合环流。赤道但地球是在不停地自转运动着，空气一旦开始运动，地转偏向力便随之发生作用。图3-25所示的闭合环流图式，实际上不可能存在。当空气由赤道上空流向极地时，开始受地转偏向力影响很小，基本上按气压梯度力方向沿经圈运动。往后，随纬度增高偏转力加大，气流逐渐具有西风的成分，至纬度20°—30°，地转偏向力与气压梯度力大致平衡，气流运动方向大致与纬圈平行，不可能向极地运动。但是，上空不断有空气来补充，在此堆积的空气必然作下沉运动，以致近地面层空气密度增大，形成动力高压带，这就是副热带高压带。副热带高压带与极地高压区之间是一相对的低压带，称为副极地低压带。这样，全球近地面气层就形成了赤道低压带、副热带高压带、副极地低压带、极地高压区。赤道低压带副热带高压带副极地低压带极地高压带（二）季风环流的形成1、季风的定义——以一年为周期，大范围地区的盛行风随季节而有显著改变的现象。风向不仅有季节改变，而且方向的变化至少在120°以上。2、成因：(1)海陆热力差异的存在：冬季：陆地上高压盛行，海洋上低压强盛，G从陆地指向海洋，形成冬季风，寒冷、干燥。夏季：陆地上低压强盛，海洋上高压势力得到发展，G从海洋指上陆地，盛行夏季风，潮湿、暖热。地点：产生于海陆相接地带，如热带季风、副热带季风、温带季风。（2）行星风带的季节移动：对北半球而言：冬季：盛行东北季风；夏季：由于赤道低压北移，东南信风越过赤道，转向为西南季风；地点：产生于赤道和热带地区，也称赤道季风，热带季风。※随着赤道低压带（热赤道）位置的季节性移动，行星风带也相应移动。冬季，赤道低压带移到南半球，北半球低纬地区盛行东北信风。夏季，赤道低压带移到赤道与10°S之间，南半球的东南信风越过赤道转为西南气流。在印度半岛、中南半岛以及我国云南等地区，每年4—10月盛行西南气流，称为西南季风。这种季风是由行星风系季节移动产生的。东亚季风与西南季风不仅成因不同，特点也有差别。西南季风比东亚季风稳定得多。其气候的主要特征是：(1)一年分为明显的旱季和雨季，雨季降水量占全年降水总量的80％以上；(2)最高气温出现在雨季来临之前，即4月中旬前后。（三）局地环流1.定义：行星风系、季风风系都是在大范围气压场控制下的大气环流。由于局部环境影响，如地形起伏、地表受热不均等等引起的小范围气流，称局地环流。局地环流虽然不能改变大范围气流的总趋势，但对小范围的气候却有很大的影响。2、主要类型（1）海陆风——由于海陆热力差异而引起的以一日为周期变化的风。（2）山谷风——由于山坡、山谷空气受热不均，产生了风向以一日为变化周期的风。（3）樊风——沿着山坡向下吹的热而干的风。（4）龙卷——空气中产生垂直轴，并伴有极大风速的涡旋。3、各种风的形成及特点：1.海陆风：海陆风也是由于海陆热力差异引起的，但影响范围局限于沿海，风向转换以一天为周期。白天，陆地增温比海面快，陆面气温高于海面，因而形成热力环流。下层风由海面吹向陆地，叫海风，上层则有反向气流。夜间，陆地降温快，地面冷却，而海面降温缓慢，海面气温高于陆面，海岸和附近海面间形成与白天相反的热力环流，气流由陆地吹向海面，为陆风。海陆风的转换时间因地区和天气条件而不同。一般说来，陆风在上午转为海风，13—15时海风最盛，日没以后，海风逐渐减弱并转为陆风。阴天，海风要推迟到中午前后才出现。当大范围气压场气压梯度较大时，相应于气压场的风可以掩盖海风。2.山谷风：在山地区域，日出以后山坡受热，其上空气增温很快，而山谷中同一高度上的空气，由于距地面较远，增温较慢，因而产生由山谷指向山坡的气压梯度力，风由山谷吹向山坡，这就是谷风（图3-30）。夜间，山坡辐射冷却，气温降低很快，而谷中同一高度的空气冷却较慢，因而形成与白天相反的热力环流，下层风由山坡吹向山谷，这就是山风。•在山地区域，只要大范围气压场气压梯度比较小，就能出现山谷风现象。在平原与高原相接地区。由于高原边缘地面气温与平原上空同高度上的气温差异，也会出现类似山谷风现象。3.焚风：气流受山地阻挡被迫抬升，空气冷却，水汽凝结；气流越山之后顺坡下沉，此时空气中水汽含量大为减少，下沉气流按干绝热递减率增温（1℃/100米），以致背风坡气温比迎风坡同一高度气温为高，从而形成相对干而热的风，这就是焚风。焚风效应对山地自然环境局部差异有重要的意义，对植被类型形成与生态特征、土壤形成过程与土壤类型都有一定的影响。焚风现象在我国西南峡谷区表现特别显著。例如，云南怒江谷地自然环境具有热带和亚热带稀树草原特征，显然与焚风效应有关。4.龙卷：空气中产生垂直轴，并伴有极大风速的涡旋，称为龙卷。龙卷与强烈的雷暴活动有关，它是从雷雨云中伸向地面呈倒漏斗状的激烈旋转的空气涡旋。龙卷的水平面积很小，其直径在海上为25—100米，在陆上为100—1000米，有时达到2000米。龙卷接近地面时，能拔树掀屋，破坏力极大，对局部地区来说，也是一种灾害性天气。三气团与锋一、气团1、定义：一定范围内，水平方向上气象要素或物理属性（温度、湿度和大气稳定度），相对比较均一的大块空气。一定范围（1）水平范围：几百公里-几千公里（2）垂直范围：几公里-几十公里（3）水平温度梯度小于1℃-2℃/100km2、气团的形成与变性（1）形成条件A）大范围性质比较均一的下垫面。如广阔的海洋、沙漠、冰雪覆盖的地区性质较均一，可以使大气获得相同的水汽和热量；B）有利于空气停滞和缓行的环流条件。如缓慢移动的高压，不仅能使空气有充足的时间同下垫面相互作用，以获得下垫面的属性；而且高压风下沉气流在低空的辐散流场有利于空气湿度、温度水平梯度减小，趋于均