1.4-风解析

§1.4风空气相对于地面或海底的水平运动称为风。风是矢量，既有大小又有方向。§1.4风一、风及其描述方法：1、风向：是指风的来向。航海上描述风向常用以下两种方法（1）圆周法：风向用度数表示，以测站为中心，从正北0°开始，顺时针分成360等分，正东为090°，正南为180°，正西为270°。（2）16点方位法：以测站为中心，从北开始，把整个圆周分为16等分。基点：N、E、S、W隅点：NE、SE、SW、NW三字点：NNE、ENE、ESE、SSE、SSW、WSW、WNW、NNW§1.4风3、风速：单位时间内空气在水平方向上移动的距离。常用单位：米/秒（m/s）、节（kn）它们的关系为：1m/s=2kn日常生活和实际工作中，习惯用风力表示风的大小。根据风对地面或海面的影响程度确定了不同的风力等级。目前，国际上采用的风力等级是英国人蒲福（FrancisBeaufort）于1905年拟定的，故又称“蒲氏风级”，从0级～12级共13个等级。自1946年以后，风力等级又有修改，并增加到18个等级，即0级～17级。§1.4风§1.4风三、风的产生：作用于空气微团上的力：空气内部的气压分布不均匀而产生的气压梯度力Gn；由于地球自转而产生的地转偏向力An；空气做圆周曲线运动时产生的惯性离心力C；地球表面和大气之间在相对运动时产生的摩擦力R；因为风是指空气的水平运动，所以，我们主要分析水平方向上的力。影响大气运动的作用力水平方向作用于空气的力水平气压梯度力Gn水平地转偏向力An惯性离心力C摩擦力R§1.4风1、水平气压梯度力Gn：（pressuregradientforce）1)、水平气压梯度：垂直于等压线，方向由高压指向低压，单位距离内气压减小的数值称为水平气压梯度。水平气压梯度=－Dp/Dn。Dn代表前后两点间的距离Dp代表这两点间的气压差负号表示沿着水平气压梯度的方向气压是减小的。§1.4风2)、水平气压梯度力Gn：单位质量的空气块在气压场中所受到的由于水平气压分布不均匀而产生的力，叫做水平气压梯度力。Gn＝－1/ρ·（△p/△n）Gn与水平气压梯度数值（△p/△n）成正比；Gn而与空气密度成反比；水平气压梯度力是空气产生水平运动的原动力。2、水平地转偏向力（科里奥利力、科氏力）AOABOBxyOAx’y’B以圆盘外为参照系以圆盘为参照系地转偏向力的方向：与运动方向垂直北半球指向运动方向的右侧南半球指向运动方向的左侧§1.4风1)、定义：由于地球自转而产生的使运动着的空气微团发生偏转的力叫地转偏向力.2)、地转偏向力的性质：地转偏向力只是在空气相对于地面运动时才产生。空气静止时不受其作用。An的大小与风速和所在纬度的正弦成正比。。在北半球，An的方向垂直指向空气运动方向的右方，使空气向右偏转。在南半球，An的方向垂直指向空气运动方向的左方，使空气向左偏转。An只改变空气运动的方向，不改变空气运动的速度。§1.4风3、惯性离心力C（centrifufalforce）：定义：当空气块作水平曲线运动时，产生由运动轨迹中心沿曲率半径向外的力。性质：C的方向是沿运动轨迹的曲率半径由中心指向外，始终与空气块曲线运动的线速度垂直。C只能改变空气运动方向，而不能改变其运动速度。一般情况下C很小，只有在低纬度海区，当出现风速很大且曲率半径很小的台风时，C在台风中心附近才能达到很大的值。§1.4风4、摩擦力R（frictionalforce）：定义：近地面运动的空气与较为粗糙的下垫面的摩擦而产生的力。定义式：R＝－kVk－－摩擦系数，与下垫面的粗糙程度有关。V－－风速性质：R的大小取决于下垫面的粗糙程度和风速的大小。在摩擦层底部R最大。随着高度的增加，R逐渐减小§1.4风总之，作用于空气微团上的水平方向上的外力有：水平气压梯度力Gn、水平地转偏向力An、惯性离心力C、摩擦力R。其中，水平气压梯度力Gn是空气产生水平运动（即风）的原动力；而An和C只能改变空气运动方向，不能改变空气运动速度。§1.4风四、地转风、梯度风和摩擦层中的风：（一)、地转风（geostrophicwind）：是在无摩擦力作用时，水平气压梯度力Gn与水平地转偏向力An平衡时产生的空气的水平等速直线运动。即：Gn+An=0地转偏向力风向地转偏向力水平气压梯度力地转风的形成（北半球）10101008100610041002(hPa)水平气压梯度力§1.4风2、地转风的特点：根据地转风定义：Gn+An=0即－1/ρ·Dp/Dn＋2wVgsinf＝0地转风风速公式：Vg＝－Dp/Dn·1/(2ρwgsinf)由此式可得出以下结论:§1.4风1)、地转风速变化规律：Vg＝－Dp/Dn·1/(2ρwgsinf)地转风速与水平气压梯度成正比。即自由大气中，等压线越密集的地方，地转风越大；等压线越稀疏的地方，地转风越小。地转风速与空气密度成反比。气压梯度相同的情况下,越往高空风速越大。地转风速与纬度的正弦成反比。当气压梯度相同时，低纬区的地转风速比高纬地区大。但是，在赤道上由于sinf=0，所以不存在地转风。实际上，除热带风暴外，低纬地区的气压梯度是很小的，因而，地转风速也很小。§1.4风2)、地转风的风向规律：风压定律/白贝罗定律：背风而立：在北半球，高压在右，低压在左；南半球，高压在左，低压在右。§1.4风3、地转风速的计算方法：取△n＝1赤道度(即60n.mile)，在标准情况下空气密度ρ＝1.293代入地转风速公式中，计算后得：Vg＝4.78/sinf·△p例如：当f＝30°，△p＝1.5mb时，求Vg。Vg＝4.78/sin30×1.5=14.3m/s§1.4风（二)、梯度风（gradientwind）：在无摩擦力自由的自由大气中，由水平气压梯度力Gn、水平地转偏向力An、惯性离心力C三者平衡时，空气所作的水平匀速圆周运动。定义式：Gn＋An＋C＝0梯度风：（北半球）GAVLCAGVHC北半球高压中，风沿顺时针方向吹（北高顺）；北半球低压中风沿逆时针方向吹（北低逆）；南高逆，南低顺。高压公式：An=Gn+C低压公式：Gn=An+C§1.4风2)、梯度风风速规律：低压区：Vc＝-ρwsinf＋(ρwsinf)2＋r/ρ(-△p/△n)在低压区中水平气压梯度(－△p/△n)不受限制，可以取任何值。所以，在低压中可以有很大的风速。§1.4风高压区：Va＝ρwsinf－(ρwsinf)2－r/ρ(-△p/△n)高压区式中，根号内两项的正负号相反，因此高压区中的水平气压梯度(－△p/△n)不能超越某一临界值，否则根号将出现负值，使算出的Va没有实际意义。表明高压区中的梯度风存在最大值：Va＝wρsinf在高压区边缘风速较大，愈向中心部分风速愈小。当曲率半径相同时，高纬度梯度风速大于低纬。§1.4风旋衡风：在风力特别强大的小尺度气压系统中，由于空气微团的运动轨迹曲率半径很小，地转偏向力比气压梯度力和惯性离心力小很多，可以忽略不计，此时的平衡运动称为旋衡风（CyclostrophicWind）。例如：龙卷风就属于这类运动。不论是气旋式还是反气旋式旋转的龙卷风都对应着低压。这时，Gn＝C即V2/r＝－1/ρ·△p/△n可得：V＝－r/ρ·△p/△n。可见，风沿着圆形的密集的等压线吹。§1.4风（三)、摩擦层中的风：1、摩擦力对风的影响：A、在平直等压线内：由于R的存在，Gn与An的平衡关系被破坏，风向便会发生偏转。当达到Gn＋(An＋R)＝0时，风向趋于稳定。由于摩擦力的存在使平直等压线中的风向与等压线存在一个交角而斜穿等压线。摩擦力愈大，交角愈大。海洋上，一般风向与等压线的交角取10°～20°；中纬陆地上取35°～45°左右。§1.4风§1.4风摩擦层中的风压定律/白贝罗定律在北半球，背风而立，高压在右后方；低压在左前方。在南半球，背风而立。高压在左后方；低压在右前方。B、在弯曲等压线内：北半球，高压区中的风绕中心顺时针向外辐散；低压区中的风绕中心逆时针向中心辐合。（北高顺，北低逆；高压辐散，低压辐合）南半球，（南高逆，南低顺；高压辐散，低压辐合）风逆时针旋转，向中心辐合。绝热上升，多阴雨天气GAVLRCAGVHCR顺时针旋转，向四周辐散绝热下沉，多晴好天气弯曲等压线的气压场中的风C≠0（北半球）空气所受的力：G、A、C、R§1.4风2、摩擦力对风速的影响：由于摩擦力的作用,陆面(10~12M高度)的风速要比自由大气中地转风和梯度风的风速小。一般海上实际风速取高空风速的70％左右；陆地上实际风速取高空风速的35～50％左右。V0=Vg*65%二、摩擦层中风的变化日变化近地层白天午后最大，夜间和清晨最小；上层白天午后风小，夜间风大晴天阴天，陆地海洋年变化我国大部份地区春季是冷暖空气交替时期，所以春季风最大。一般北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小；垂直变化摩擦层：风呈爱克曼（Ekman）螺线分布摩擦层顶：风速接近地转风、风向与等压线平行。练习题101表示风大小的常用单位包括____________．A．米/秒B．节C．风力等级D．A、B、C都对103在天气图上风向的表示方法通常采用____________．A．8方位B．16方位C．3600周天法D．A、B、C都对10610级风的风速范围是____________．A．20．8~24．4米/秒B．24．5~28．4米/秒B．28．5~32．6米/秒D．30．6米/秒107下列正确的说法是____________．A．我国气象台海上大风警报下限风力为6级B．国外气象台海上大风警报下限风力为8级C．A、B都对D．A、B都错108水平地转偏向力的大小与____________．A．风速成正比B．纬度的正弦成正比C．A、B都对D．A、B都错练习题109地转风不适用的纬度____________．A．00附近B．300C．450D．600110通常在中高纬开阔洋面上,实际风向与等压线之间的交角约为__．A．00~100B．100~200C．200~300D．300~450111在开阔海面上,实际风速约为相应气压场中地转风速的_______．A．25%左右B．35%左右C．45%左右D．65%左右112在自由大气中背风而立，____________．A．在北半球，高压在右，低压在左；在南半球，高压在左，低压在右B．在北半球，高压在左，低压在右；在南半球，高压在右，低压在左C．在北半球，高压在右，低压在左，在南半球，高压在右，低压在左D．在北半球，高压在左，低压在右，在南半球，高压在左，低压在右练习题115在北太平洋面上背真风而立，低压在____________．A．右后B．左后C．右前D．左前117在黄海面上背真风而立，高压在____________．A．右后B．左后C．右前D．左前118在高气压中等压线的分布规律是____________．A．越往中心越稀疏B．越往外围越密集C．A、B都对D．A、B都错120在高气压区中，风的分布规律是____________．A．中心附近微风或无风B．大风集中在外围C．A、B都对D．A、B都错122在自由大气低压区中，风沿等高线绕中心____________．A．在北半球顺时针方向吹B．在南半球逆时针方向吹C．A、B都对D．A、B都错练习题122在自由大气低压区中，风沿等高线绕中心____________．A．在北半球顺时针方向吹B．在南半球逆时针方向吹C．A、B都对D．A、B都错123由于狭管效应台湾海峡夏季盛行____________．A．SW风D．SE风C．S风D．E风124北半球摩擦层中的低气压为____________．ABCD125北半球摩擦层中的高气压为____________．ABCD谢谢！