第五章 气压与风

二、气压的变化
气压大小——空气柱重——空气柱长短（和观测点位置 有关）、密度（空气柱温度、水汽含量有关，温度有周期变 化），所以 气压也有周期变化 。

（一）气压随时间变化
1、周期变化
因为 T↓ ρ↑ P ↑；T↑ ρ ↓ P ↓ 所以 一天中 P夜>P白, P上午>P下午, 一年中 P冬>P夏
2、非周期变化
高度递减越快 (2)当P相同时 空气柱T越高单位气压高度差越大，气压随高 度递减越慢
重力加速度
静止大气中：
P1—P2＝ρ·g· H
气柱厚度 为气柱中空 气的平均密度
－
拉普拉斯压高公式： － Z＝18400(1+at)· lg(P1/P2) 所取两点的 高度 Z1与Z2 之差 两点之间气 柱的平均温 度 气体膨胀系数， 等于1/273
2、梯度风
（1）概念 在自由大气中，当空气作水平曲线运 动时，作用于空气上的力，除了气压梯度力和地转偏 向力外，还有惯性离心力，三力达到平衡时的风，称 为梯度风。
图5.14 高压和低压中的梯度风
综上分析，可得出以下结论： 1)梯度风是气压梯度力、惯性离心力和地转偏 向力三力平衡时的风。北半球，低压区的梯度风按 逆时针方向吹，高压区的梯度风按顺时针方向吹； 南半球则相反。
（二）极地环流圈
由极地流向低纬度的冷空气在纬度60度，与副热 带高压流来的暖空气相遇，冷空气居于暖空气下面形 成极锋面，暖空气沿锋面上升到高空，分别向低纬和 极地处流出，由于空气从高空流出所以地面形成低压 带，即副极地低压带。
（三）中纬度环流圈
副热带高压（30度）流向副极地低压（60度）的 暖空气，受极地流向60度的冷空气抬升，在高空流向 低纬。
风向通常用16个方位来表示，有的是用方位度(共分 360度)。
图 4-2 风向方位图
二 、 作 用 于 运 动 空 气 的 力
气压梯度是由高压 水平气压梯度力 指向低压的方向上(垂 直于等压线方向)，单 当空气质点作曲线 位距离内气压的改变量。 运动时，受到惯性离心 其数值为 水平地转偏向力 力的作用。其大小为：
1、等压线平直的气压场
摩擦风形成示意图
风速：与水平气压梯度力成正比，与地面摩擦系数成 反比。 风向：在北半球，背风而立，高气压在右后方，低气 压在左前方。南半球相反。
2、等压线弯曲的气压场
由于地面摩擦力的作用，风速比气压场中所应有 的梯度风风速要小，风斜穿等压线吹响低压区。故低 压中的空气是一面旋转，一面向低压中心辐合；高压 中的空气则是一面旋转，一面从高压中心向外辐散。
（1）与风速成正比 （2）与纬度成正比
（3）不论空气运动方向怎样改变，地转偏向力总 是垂直于运动方向。在北半球，地转偏向力指向运动 方向的右方；在南半球指向左方。地转偏向力只能改 变运动的方向，不改变空气相对地球的运动速度。
气压梯度力是使空气产生运动的直接动力，最基 本的力。 地转偏向力对高纬地区或大尺度的空气运动影响 较大，而对低纬地区特别是赤道附近空气的运动，影 响甚小； 惯性离心力是空气在做曲线运动时起作用，在空 气做近似于直线运动时可以忽略不计； 摩擦力在摩擦层中起作用，而对自由大气中的空 气运动不予考虑。
2)在等压线为曲线的气压场中，梯度风是平行 于等压线作等速运动。
3)北半球，梯度风与水平气压场之间的关系仍 为：在北半球，背风而立，高压在右，低压在左； 南半球则相反。即遵循白贝罗风压定律。
（二）摩擦层中空气的水平运动
在摩擦层里，运动着的空气质点除受水平气压梯 度力、地转偏向力、（惯性离心力）的作用外，还受 摩擦力的作用。 摩擦风：摩擦层中（无论是在等压线平直的气压 场，还是在等压线弯曲的气压场），空气质点所受的 水平气压梯度力与水平地转偏向力、摩擦力、（惯性 离心力）保持平衡条件下所产生的空气水平运动。
3、焚风 由于空气下沉运动，使空气温度升高而形成的又 干又热的风。 产生原因（1）湿空气越过高山后，在背风坡作 下沉运动； （2）在高压中，空气下沉运动。
4、峡谷风 当空气由开阔地区进入狭窄的谷口时，风 速被迫加大而形成的强风。气象称这种现象为 狭管效应。峡谷风的形成：主要是由于狭管效 应造成的。
地转偏向力、惯性离心力和摩擦力虽然不能使空 气由静止状态转变为运动状态，但却能影响空气运动 的方向和速度。气压梯度力和重力既可以改变空气的 运动状态，又可以使空气由静止状态转变为运动状态。
三、空气的水平运动
地转风
自由大气中的风 摩擦层中的风
梯度风
地方性风
（一）自由大气(高层大气)中空气的水平运动
1、地转风 （1）地转风的形成（概念） 在等压线平直的气 压场中，空气作水平运动时会受到水平气压梯度力和 水平地转偏向力的作用，当这两力达到平衡，空气就 沿着与等压线平行的方向作水平等速直线运动，此时 的风叫做地转风。 （2）地转风的方向 地转风的方向与水平气压场 之间的关系是，在北半球，背风而立，高压在右，低 压在左；南半球相反，这个规律称为白贝罗风压定律。
（二）气压随高度变化 大气主要集中在低层，因此气压随高度的增加而急剧递 减，如果海平面为1013hpa，那么在5.5km 为500hpa ,在 20km 为50hpa以下。
暖空气到来 P↓；当冷空气来临，P ↑这和天气系统活动有关。
表示气压随高度变化快慢的程度。指在垂直方向 上气压改变1hpa时，高度变化的数值,也就是单位气压高度差。 公式：h=8000×(1+αt)÷P 其中P：大气压 (hpa)；T：气柱温度；α =1/273=0.0037
根据公式可计算出不同气压和不同温度情况下的气压阶: -40 ℃ -20 ℃ 0℃ 20 ℃ 40 ℃
气压阶
1000hpa 500hpa 100hpa
6.8 13.7 68.3
7.4 14.8 74.1
8.0 16.0 80.0
8.6 17.2 85.9
9.2 18.3 91.7
(1)当T相同时,气压越高地方,单位气压高度差越小，气压随
3、气压系统的空间结构
依据温度场与气压场配置是否重合，即温度场 的高温、低温中心是否分别与气压场的高压、低压 中心重合。 （1）温压场对称系统 性低压、冷性高压； （2）温压场不对称系统
大气中气压系统的温压场配置绝大多数是不对称的
暖性高压、冷性低压、暖
第二节
风
一、风的基本概念 二、作用于运动空气的力 三、空气的水平运动
（一）热带环流圈
太阳辐射，赤道表面得到的热量多，极地少， 因此赤道表面空气受热膨胀，形成低压，即赤道低 压带；而极地的情况刚好相反形成极地高压带。
空气由赤道上空沿经圈运动受地转偏向力 的影响，到了纬度30度时，气流沿纬圈方向运 动，空气源源不断从赤道上空流向纬度30度附 近，最后空气产生下沉运动，使纬度30度地面 气压升高，形成副热带高压带。
图5.13
地转风形成示意图
（3）地转风的大小 Dp 1 V· sinφ ∵ A=G 即 r D = 2ω · n DP 1 ∴ V= r 2ω sinF Dn 当空气密度和地理纬度一定时，地转风的风速与 气压梯度成正比。即地转风的风速随等压线的疏密程 度而变，当等压线愈密（气压阶小）时，地转风的风 速愈大。 当空气的密度与气压梯度一定时，地转风的风速 与地理纬度的正弦成反比，即低纬度地转风大于高纬 度。但由于低纬度气压梯度力很小，地转风也很小。 当气压梯度和地理纬度不变时，地转风的风速与 空气密度成反比。
惯性离心力
摩擦力
其中Δp为Δn距离 内气压的改变量。气压 摩擦力(R)的方向和运 式中C为惯性离心 梯度力的数值为： 动方向相反，其大小和运 力；V为空气质点的线速 动速度成正比： R＝-KV 度；r为运动轨迹的曲率 式中K是摩擦系数，V 半径。 为运动速度。
在转动的地球上，空气除了受到气压梯度力的作 用外，还受到由于地球自转所造成的地转偏向力的作 用。水平地转偏向力的大小可由下式表示： A＝2ω· V ·sinφ 式中 ω 为地球自转角速度，等于7.292xl0-5rad/s，V 为风速；φ 为纬度。
三、气压场（气压的空间分布）与气压系统（各种不同的气压形势）
1、等压面
空间气压相等各点连接而成的面叫等压 面，通常用来表示气压的分布形式。 2、气压场的基本形式
低压：由一系列闭合等压线构成的，中心气压低，类似于凹 陷盆地。（气旋） 高压：由一系列闭合等压线构成的，中心气压高，类似于凸 起山丘。（反气旋） 低压槽（或槽）：从低压向外伸出的狭长区域，或一组未闭 合的等压线向气压较高的一方突出的部分。低压槽中 各等压线弯曲最大处的连线称为槽线， 类似山谷。 高压脊（或脊）：由高压向外伸出的狭长区域或一组未闭合 的等压线向气压较低的一方突出部分。脊 的各等压线弯曲最大处的连线称为脊线， 类似山脊。 鞍形场（鞍）：由两个高压与两个低压交错相对而形成的中 间区域。
图5.16 摩擦层低压（a）和高压（b）中的气流
（三）地方性风
与下垫面性质密切相关的局部地区的风，只有当 大范围水平气压梯度力较弱才得以表现出来。 1、海陆风 由于海陆受热不同造成的，以一天为周期随昼夜 交替而改变风向的风。白天吹海风，夜晚吹陆风。
2、山谷风 指在山区或山坡由于周围空气受热不同造成 的，以一天为周期随昼夜交替而改变风向的风。 一般上午9-10点左右，由山风—谷风，正午 谷风最大，日落后谷风—山风。
三、影响大气环流的主要因子 1、太阳辐射； 2、地球自转； 3、海陆分布； 4、地形
四、季风
由于大范围的海洋和陆地的热力差异，引起的大 气的环流，通常以一年为周期，随季节的改变而改变 风向的风。这种风冬季由大陆吹向海洋，夏季由海洋 吹向大陆。
第三节
一、单圈环流
大气环流
地球上各种规模大气运动的综合表现，称为大气环流
假如地球表面是均匀一致的，并且没有地球自 转，那么在赤道与极地之间形成的闭合大气环流， 这种只在赤道与极地之间才存在的大气环流称为单 圈环流。