气压和风的观测
《气压与风》 讲义
《气压与风》讲义一、气压的基本概念气压，简单来说，就是大气施加在单位面积上的力。
想象一下，大气就像一个巨大的海洋，而气压就如同海水的压力。
我们生活在这个大气海洋的底部，时刻受到气压的影响。
在地球上，气压并不是处处相等的。
它会受到多种因素的影响，比如海拔高度、温度、空气的湿度等等。
一般来说，海拔越高，气压越低；温度越高，气压越低；空气湿度越大，气压越低。
二、气压的测量与单位为了测量气压，科学家们发明了气压计。
常见的气压计有水银气压计和无液气压计。
水银气压计是利用水银柱的高度来测量气压，而无液气压计则是通过弹性金属片的变形来反映气压的变化。
在国际单位制中，气压的单位是帕斯卡（Pa）。
但在气象学中，常用的单位还有百帕（hPa）和毫米汞柱（mmHg）。
比如，一个标准大气压大约相当于 101325 百帕或者 760 毫米汞柱。
三、风的形成风的形成与气压的差异密切相关。
当不同地区存在气压差时，空气就会从气压高的地方流向气压低的地方，从而形成了风。
打个比方，如果把大气看作是一个巨大的气球，气压高的地方就像是气球被吹得鼓鼓的部分，而气压低的地方则像是气球瘪下去的部分。
为了让气球恢复平衡，空气就会从鼓起来的地方流向瘪下去的地方，这就类似于风的流动。
四、影响风的因素除了气压差，还有很多因素会影响风的大小和方向。
首先是地形。
山脉、峡谷、平原等地形会改变风的流动路径和速度。
比如，当风遇到山脉时，可能会被迫上升，在山顶风速可能会增大，而翻过山脉后，风速又可能会减小。
其次是海陆分布。
由于陆地和海洋的比热容不同，在同一时间，陆地和海洋的温度可能不同，从而导致气压差异，形成海陆风。
白天，陆地升温快，气压低，风从海洋吹向陆地；夜晚，陆地降温快，气压高，风从陆地吹向海洋。
再者是季节变化。
不同的季节，太阳直射点的位置不同，导致全球范围内的气压分布发生变化，从而形成季风。
比如，在亚洲地区，夏季盛行东南季风，冬季盛行西北季风。
五、风的类型根据不同的标准，风可以分为多种类型。
气象学课件第五章气压和风
A’
ω·Δt
O
AB
ω
3 . 惯性离心力(inertial centrifugal force)
当空气作曲线运动时，还要受到惯性 离心力的作用。其大小为：
C= ω2r=v2/r
4. 摩擦力(friction force)
空气运动时，要受到空气与地面之间 和不同空气层之间的摩擦力的作用。
等压面的高度与气压分布的关系：
等压面上高度高的地方，其附近水 平面上的气压也高，反之亦然。
所以只需表示出等压面的形状，就 等于知道了气压的分布。
等压面的高度的表示方法
等压面高度的表示方法与地理上表示 地形的方法相同，都是用等高线表示。
起伏不平的地形
地形与等高线图的对照
(3)等压面上的等高线(isohypse)
(1) 温压场对称系统
暖性高压
冷性低压
温压场对称系统
D
暖性低压
G
暖
冷
暖
冷性高压
(2) 温压场不对称系统
高压
低压
第二节 空气的水平运动
一 作用于空气的力 二 自由大气中空气的水平运动 三 摩擦层中空气的水平运动
通常把空气的水平运动称为风。
风的特点：
1.风是矢量。风向指风的来向，用16方位表示； 风速以m/s或风力级为单位。
意义完全不同。
2. 气压场的基本型式
高压(high pressure)：是中心气压高、向四周气压逐渐降低的闭 合等压线区。
低压(low pressure) ：是中心气压低、向四周气压逐渐升高的闭 合等压线区。
高
低
脊 脊槽
鞍 低
低
槽
4.气压的观测
1、仪器差订正
⑸标尺误差 用来测量水银柱高度的标尺和游标尺是刻在金属套管上 的，在进行刻度时，由于受到刻度机本身的精度和环境条件 的影响就会使标尺和游标尺刻度产生一定的误差。 ⑹由于安装条件不妥引起的误差 定槽式水银气压表由于悬挂不垂直，当倾角达到17′ 时，读数误差可达0.01hPa。通常气压表在自由下垂停止摆 动时，约可偏斜 15′--20′。动槽式水银气压表因为不垂直还 要影响象牙针的零点基准面，所以引起的误差就要更大一 些。 ⑺其它误差 定槽式水银气压表由于其构造特点容易产生一些特定的 误差，如水银槽部横截面积与内管横截面积之比偏离配合标 准，以及水银量不能绝对准确等原因所产生的误差。 以上误差实际上是作为仪器差综合表现出来的，一般不 进行逐项的检定，只是在与标准气压表进行比较检定后，得 出综合订正值表供观测时使用（一般的仪器差检定表给出不 同的气压范围的仪器误差的订正值）。 25
12
§4.2水银气压表
4.2.3 水银气压表的类型
13
§4.2水银气压表
4.2.4 动槽式水银气压表的构造原理
动槽式水银气压表的主 要特点是有测定水银柱高度 的固定“零点”，故每次测定 都需调整水银面的高低，使 其符合固定零点的位置。才 能读取水银柱高度。
14
动槽式水银气压表主要分为 三部分： 内管；外套管；槽部
2、温度差订正
26
(1)什么是温度差订正
当温度变化时水银密度也随之改变， 从而引起水银柱高度的变化，同时温度的 变化也将使测量水银柱高度的黄铜标尺发 生胀缩。这样，当外界气压不变，而温度 发生变化时，水银柱和黄铜标尺均会发生 胀缩。 这种纯系温度的变化而引起的气压读 数的改变值，称为水银气压表的温度差。
30
3、重力差订正
试验四气压和风的测定
（3）用目测法估计风力，目测风向
• 目测风向一般是根据炊烟、旌旗和布条展开 的方向以及人体的感觉等方法，按八个方位 进行估计。 • 目测风力是根据风对地面或海面物体的影响 而引起的各种征象，按照《风力等级表》估 计风力等级，并记录其相应风速的中数值。 • 目测风向风力时，观测者应站在空旷处，多选 几个物体，认真地观测，以尽量减少估计误差。 观测时应连续观看两分种，以平均情况作为记 录。
风向标的作用原理
• 风向标的箭头永远指向风的来向， 其原理其实非常简单： • 箭尾受风面积比箭头大，若箭头及 箭尾均受风，箭尾必会被风推后， 移到风的下风方，使箭头移往风的 来向。
风压是垂直于风向 的平面上,最大风 目前普遍采用的测定风速的仪器为 速时所承受到的压 风杯形风速器。 强。
它的感应部分是由三个或四个圆锥 形或半球形固定在架子上的风杯组 成。整个架子连同风杯装在一个可 以自由转动的轴上，所有的风杯都 顺着一面。在风压的作用下，风杯 就顺着圆锥（球形）的凸面方向自 由旋转。
指示风速 m/s
（三）轻便磁感风向风速表
• 测量瞬时风向 和瞬时风速的 仪器。 • 启动风速为 1.7m/s。
观测方法
• 风速测量时应将仪器举到观测者头部上方， 以免观测者的身体或其他障碍阻挡风的流 动。 • 测量时，要使风杯动10-13秒之后，风速 稳定时进行读数。 • 在测量小阵风时，可读一次读数；但在测 量风速改变较大的阵风时要多读几次数， 然后取其平均。 • 风向观测时，应在风向指针稳定时，读取 方位读数。
风速感应器
当风从左方吹来时，风杯（1）与风向平行， 但风杯开始转动后，由于风杯（ 2）顺着风 风对风杯（1）的压力在垂直于风杯轴方向上 的方向转动，受风的压力相对减小，而风 的分力近似为零。风杯（ 2）与（3）同风向 杯（ 3 ）迎着风以同样的速度转动，所受风 °角相交，对风杯（2）而言，其凹面迎 成 60 压相对增大，风压差不断减小，经过一段 着风，承受的风压最大；风杯（3）其凸面迎 时间后（风速不变时），作用在三个风杯 风，风的绕流作用使其所受风压比风杯（2） 上的分压差为零时，风杯就变作匀速转动。 小，由于风杯（ 2 ）与风杯（ 3 ）在垂直于风 这样根据风杯的转速（每秒钟转的圈数） 杯轴方向上的压力差，而使风杯开始顺时针 就可以确定风速的大小。 方向旋转，风速越大，起始的压力差越大， 产生的加速度越大，风杯转动越快。
第五章 风的观测
§5.6单翼风向传感器和风杯风速传感器
风向风速传感器用于测量距地10米处的 地面风的速度及方向值，并转换为电信号， 此信号可以直接传送到显示仪器或记录设 备进行处理。传感器由风向传感器、风速 传感器及传感器支架三部分组成。传感器 的供电电源为12V。
一、单翼风向传感器 1、原理： 风向感应器为单翼风标，它是低启动 风速的光电风向传感器。风向的信号发 生装置是由风标转轴连接一个由风标带 动的6-8位的格雷码光码盘（常用七位） 组成，码盘由七个等分的同心圆组成， 由内到外分别作0、2、2、2、2、2、 （2、2）等分，相邻每份作透光与不透 光处理，通过位于码盘两侧同一半径上 的6-8对光电耦合器件相应的6-8位格雷 码，码盘的上面安装有一组6-8个红外 发光二极管，下面有一组光电转换器 （6-8个）都正对码盘的7个轨道。随风 向标的转动，码盘下面的光电管接收到 的电码发生变化，第一个格雷码代表一 个风向，分辨率为5.6到1.4度（分辨率 为2.8°）。每次只能变化一位，这种 编码方法有助于消除乱码。传感器有格 雷码、电压、电流三种输出方式。
1、风的定义：空气运动产生的气流，称为风。它是 由许多在时空上随机变化的小尺度脉动叠加在大尺 度规则气流上的一种三维矢量。 2、项目：地面气象观测中测量的风是两维矢量 (水平 运动)，用风向和风速表示。 3、风向的定义：风向是指风的来向，最多风向是指 在规定时间段内出现频数最多的风向。人工观测， 风向用十六方位法；自动观测，风向以度(°)为单 位。 4、风速的定义：风速是指单位时间内空气移动的水 平距离。风速以米/秒（m/s）为单位，取一位小数。 最大风速是指在某个时段内出现的最大十分钟平均 风速值。极大风速(阵风)是指某个时段内出现的最 大瞬时风速值。瞬时风速是指三秒钟的平均风速。
气象实习报告三篇
气象实习报告三篇气象实习报告篇1一、气象要素的观测与气象测量仪器的使用1．气温的观测气温是由太阳辐射、地表性质和大气环流等因素决定的，是一项重要的气象和气候要素，测量结果是研究气候特征的基本资料。
通过气温观测实习，可使学生了解基本测温仪器的使用和测量方法。
气温观测的仪器有：普通温度表、最高温度表、最低温度表、自计温度计等。
实习中需要学生掌握普通温度表的使用和基本原理。
普通温度表由感应部分和显示部分构成。
感应球内装水银液体，显示部分由毛细管、刻度板、外套管等组成（见图5-1）。
普通温度表用途广泛,一般情况下使用时,垂直悬挂在蔽阴背风处即可使用。
2．气压的观测气压是指单位面积上所承受的大气柱的重量，亦称大气压力。
气象学中作为气压单位的是毫巴（mb）。
世界气象组织决定，气压单位统一使用“百帕”（hPa），亦就是100个“帕”（Pa）正好与1毫巴相等，即lbPa＝1mb。
测量气压常用3种测量仪器：动槽式（福丁式）水银气压表、定槽式（寇乌式）水银气压表、空盒气压表。
普通其中空盒气压表是一种轻便的测压仪器,携带方便,多用于野外观测。
它是利用金属的弹性形变和大气压力相平衡的原理制成的。
空盒气压表可分为三部分：（1）感应部分是一个富有弹性的圆形空盒,内部近似真空,其上下面有圆波皱纹,以增加空盒的弹性,用弹簧片和它平衡。
（2）传递放大部分由传动杆、水平轴、长杠杆等组成.当外界气压变化时,金属空盒和弹簧片随之压缩或膨胀,通过传递放大,把伸缩运动通过传动杆传给指针。
（3）指示部分由指针、刻度盘和附属温度表组成F外界气压变化通过传动杆带动指针,指针在有刻度的圆盘面上转动指示出气压读数。
用观测空盒气压表观测气压的方法：打开盒盖，先读附温,精确到0.l℃。
然后轻敲盒面(克服机械摩擦),待指针静止后再读数。
读数时视线垂直于刻度面,读取指针尖端所示的数值,精确到0.1百帕。
复读无误后关好盒盖。
3．风的观测。
空气的水平运动称为风。
6.气压与风
第六章气压与风1定义风的基本特性大气中的风速空气相对于地面的运动称为风。
一般情况下，风是指空气运动的水平分量。
风向是指风吹来的方向，常用十六方位表示。
风速是空气在单位时间内移动的水平距离，常用米·秒-1为单位。
空气运动时，总是带有乱流性的，在固定的空间位置上，表现出风向和风速的明显变动，此现象称为风的阵性。
因此，在风向、风速的仪器测定和资料使用上，就有瞬时值和平均值两种。
大气中水平风速一般为10°—102米·秒-1，最大可达百米以上。
垂直运动速度比水平风速小两个量级，为10-2—10°米·秒-1，仅在局部范围短时间内才出现每秒几米、十几米的数值。
2风向通常用16个方位来表示，有的是用方位度(共分360度)。
3图4-2 风向方位图4定义单位大气受到地球引力的作用，具有一定重量。
地面上每平方米大约要承受十吨重的大气柱的压力，这个压力、就是大气压力。
我们常说某地气压多少，就是指该地的单位面积上大气柱的重量。
第一节气压气压随时间的变化气压随高度的变化在通常情况下，早晨气压上升，下午气压下降。
冬季气压最高；夏季气压最低。
但有时候，如在一次寒潮影响时，气压会很快升高，冷空气一过，气压又慢慢降低。
气压的单位用水银柱高度毫米数表示(mmHgh)。
气象上常用一种力的单位－毫巴(mb)作为气压单位：1hPa=1毫巴≈0.75毫米水银柱高=3/4毫米水银柱高。
5为气柱中空气的平均密度静止大气中：重力加速度气柱厚度所取两点的高度Z1与Z2之差气体膨胀系数，等于1/273两点之间气柱的平均温度6例：已知某山脚处海拔高度为130.0米，在山脚下测得气压为1006毫巴．气温为17．8℃;同时,在山顶测得气压为873毫巴，气温为11．2℃。
求该山顶的海拔高度是多少米?解：已知P1＝1006mb，t1＝17.8℃，Z1＝130.0米;P2＝873毫巴，t2＝11.2℃，求Z2＝?先求得两点的平均温度t＝14.5℃，代人公式Z2-130.0＝l8400(1十14.5/273)lg(1006/873)解得Z2=1300米，即该山的海拔高度约为1300米．7单位气压高度差单位气压高度差是气压降低1hPa时高度升高的距离，单位为m/hPa8作用于运动空气的力水平气压梯度力水平地转偏向力惯性离心力摩擦力当空气质点作曲线运动时，受到惯性离心力的作用。
实验三 气压、风的观测观测
记录器：记录器也置于室内，用来记录风向风 速连续变化。它是由八个风向电磁铁，一个风 速电磁铁、自记钟、自记笔、笔档、充放电线 路等部分组成。
观测方法：
①打开指示器的风向风速开关，观测两分钟风速 指针摆动的平均位置，读取整数，记在观测簿相应栏 中。风速小的时候，把风速开关拨到“20”挡，读0－ 20米/秒标尺刻度；风速大时，应把风速开关拨到“40” 挡，读0－40米/秒标尺刻度。观测风向指示灯，读取2 分钟的最多风向，用十六方位的缩写记录。静风时， 风速记0，风向记c；平均风速40超过米/秒，则记为＞ 40。 ②自记纸更换方法、步骤与温度计基本相同，只 是更换时间为13时。
气压计
气压计是自动记录气压 连续变化的仪器。 分为感应部分，传递放 大部分和自记部分。
感应部分：由几个空盒串联而成的，最上的 一个空盒与机械部分连接，最下一个空盒的 轴固定在一块双金属板上，双金属板上用以 补偿对空盒变形的影响。
传递放大部分：由于感应部分的变形很小，常 采用两次放大。空盒上的连接片与杠杆相连， 此杠杆的支点为第一水平轴，杠杆借另一连接 片与第二水平轴的转臂连接。这一部分的作用 是将空盒的变化以放大后传到自记部分去。这 样以两次放大能够提高仪器的灵敏度。
4、读数并记录。先在标尺上读整数，从游尺上读 取小数，精确到0.1毫米（毫巴）。读整数时，应 以稍低于游尺零线或与游尺零线相齐的标尺刻度 为准；读小数时，应以标尺上某一刻度线相齐的 标尺刻度为准。 5、降低水银面。读数后旋底部螺旋使水银面离开 象牙针尖约2－3毫米，目的是使象牙针尖不致被 水银磨秃，使刻度零点位置升高。
实习报告
要求写出实验步骤、实习 主要内容以及实习结论
目测风向和风力时，观测者尽是站在空旷 地方，多选几种物体，仔细观测。观测时，应 连续看两分钟，以平均情况记录。
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坏，小屋遭受破坏
20.8-24.4 22.6
10 9.0 12.5 汽船航行颇危险
陆上少见，见时可使树木 拔起，或将建筑物吹坏 24.5-28.4 26.5
11 11.5 16.0 汽船遇之极危险
陆上很少，有则必有重大
损毁
28.5-32.6 30.6
12 14.0 - 海浪滔天
陆上绝少，其摧毁力极大 32.7-36.9 34.8
气压和风的观测
目的要求
了解测风仪器的原理 掌握气压观测仪器的构造原理,掌握气压读
数订正的理论根据和方法,掌握风向风速的 观测方法
实习说明
气压仪器 水银气压表(动槽,定槽) 空盒气压表
电接风向风速仪;轻便风向风速表 向量;m/s,定时-整数,自记-1位小数
托里拆利实验
空盒气压表
地面、高空 风向表示
海里/小时
0-
-静
静，烟直上
0.0-0.2 0.1
1 0.1 0.1 寻常渔船略觉摇动
烟能表示风向
0.3-1.5 0.9
渔船张帆时，每小时可 人面感觉有风，树叶有微
2 0.2 0.3 随风移行 2-3 公里
响
1.6-3.3 2.5
渔船渐觉簸动，每小风移行 5-6 公里
轻便风向风速表和目测风力测风
构造 使用 目测风力风向 思考题
（1）什么是本站气压？它与气压表读数 究竟有何不同？
（2）为什么要对气压表读数进行订正？ 一般要进行哪几项订正？
（3）本站气压与海平面气压有何不同？
（1）三杯轻便风速表由哪几部分 组成？
（2）三杯轻便风速表如何读取风 向和风速？
17-21
39-49
22-27
50-61
28-33
62-74
34-40
75-88
41-47
89-102
48-55
103-117
118-138 134-149 150-166 167-183 184-201 202-220
56-63
64-71 72-80 81-89 90-99 100-108 109-118
① 地面风（见图） 由16个方位角，从正北开始按顺时针方向，
每隔22.5°为一方位角。 ② 高空风（见图） 由16个方位度，从正北开始按顺时针方向，
间隔22.5°为一方位度。
表12-3 风力等级
风 海面状况 力 浪高[米] 等 一般 最高 级
近海岸渔船征象
陆地地面物征象
相当风速
米/秒
范围
中数 公里/小时
EL型电接风向风速计
达因式风向风速计
轻便风向风速表
水银气压表测压
原理 h=p/ρg
构造 动槽:内管,套管,水银槽(象牙针-固定零点) 定槽(寇鸟)-与动槽差异: 水银槽-水银量固定,水银槽固定,无法调整 水 银面 刻度尺-补偿标尺:0.98mm-1mm
水银气压表的安置与观测 水银气压表读数订正
13 -
--
-
37.0-41.4 39.2
14 -
--
-
41.5-46.1 43.8
15 -
--
-
46.2-50.9 48.6
16 -
--
-
51.0-56.0 53.5
17 -
--
-
56.1-61.2 58.7
小于 1 1-5
6-11
小于 1 1-3
4-6
12-19
7-10
20-28
11-16
29-38
声，张伞困难
10.8-13.8 12.3
渔船停息港中，在海者 全树摇摆， 大树 枝弯下
7 4.0 5.5 下锚
来，迎风步行感觉不便 13.9-17.1 15.5
8 5.5
7.5
近港的渔船皆停留不出
可折坏树枝，迎风步行感
觉阻力甚大
17.2-20.7
19.0
9 7.0 10.0 汽船航行困难
烟囱及平房屋顶受到损
器差: 温度差: 重力差:纬度和高度 本站气压
海平面气压订正-海平面气压
空盒气压表与气压计
刻度订正 温度订正 补充订正
电接风向风速仪测风
构造:风吹过200米,风杯转80圈,记录一次 使用和维护
自记纸读数: 跳三次风程600米,笔尖移动一格,平均风速 1m/s,跳一次1/3格,0.33m/s,风速越大,曲线 斜率越大. 曲线水平-0.0. 风向记录:10分钟5组划线,取次数最多为盛 行风向
旗展开
3.4-5.4 4.4
渔船满帆时，可使船身 能吹起地面灰尘和纸张，
4 1.0 1.5 倾一方
树的小枝摇动
5.5-7.9 6.7
渔船缩帆（即收去帆之 有叶的小树摇摆，内陆的
5 2.0 2.5 一部）
水面有小波
8.0-10.7 9.4
渔船加倍缩帆，捕鱼须 大树枝摇动，电线呼呼有
6 3.0 4.0 注意风险
能力测试题
大气的运动
1、对比名词解释： 等压线，等高线 等压面，等高面
2、绘出气压场的基本型式图。 3、绘图说明地转风及风压定律。 4、什么叫梯度风？ 5、画图并简要说明：高压、低压以及高
压脊、低压槽的气流流场。
6、画出三圈环流示意图，并说明其形成 机制。