自然地理学第三章第三节大气运动和天气系统资料课件

第三节第三节大气运动和天气系统大气运动和天气系统一、大气的水平运动一、大气的水平运动（一）作用于空气的力（一）作用于空气的力（二）自由大气中的空气运动（二）自由大气中的空气运动（地转风地转风梯度风梯度风）（三）风随高度的变化（热成风（三）风随高度的变化（热成风摩擦层中风随高度的变摩擦层中风随高度的变化）化）二、大气环流二、大气环流（一）全球环流（一）全球环流（全球纬向气压带及行星风系）全球纬向气压带及行星风系）（二）季风环流（二）季风环流（三）局地环流（海陆风（三）局地环流（海陆风山谷风山谷风焚风）焚风）三、主要天气系统三、主要天气系统（一）气团和锋（一）气团和锋（二）气旋和反气旋（二）气旋和反气旋（一）作用于空气的力（一）作用于空气的力1 1水平气水平气压梯度力梯度力:存在水平气压梯度时单位质量空气所受的力，存在水平气压梯度时单位质量空气所受的力，称为水平气压梯度力称为水平气压梯度力G G，其表达式是：其表达式是：一、大气的水平运动一、大气的水平运动103010201010（hPa）A103010201010（hPa）103010201010（hPa）103010201010（hPa）103010201010（hPa）103010201010（hPa）103010201010（hPa）方向：垂直于等压线，由高压指向低压方向：垂直于等压线，由高压指向低压AB风向风向2 2地转偏向力地转偏向力 由由于于地地球球自自转而而使使在在地地球球上上运运动的的物物体体发生生方方向向偏偏转的的力力，称称为地地转偏向力。偏向力。力的方向与物体运动方向垂直。力的方向与物体运动方向垂直。3 3惯性离心力惯性离心力 当空气作曲线运动时，还受惯性离心力的作用。惯性离心力方向当空气作曲线运动时，还受惯性离心力的作用。惯性离心力方向与空气运动方向相垂直，并自曲线路径的曲率中心指向外边缘。与空气运动方向相垂直，并自曲线路径的曲率中心指向外边缘。4 4摩擦力摩擦力 力的方向与物体运动方向相反力的方向与物体运动方向相反 12km12km以下的气层称为摩擦层。以下的气层称为摩擦层。12km12km以上大气称为自由大气以上大气称为自由大气 10101008100610041002（hPa）气压梯度力气压梯度力风向风向地转偏向力地转偏向力地转偏向力方向：垂直风向地转偏向力方向：垂直风向（二）自由大气中的空气运动二）自由大气中的空气运动 1 1地转风地转风（1 1）定义：自由大气中空气作等速、直线水平运动。）定义：自由大气中空气作等速、直线水平运动。（2 2）成因：气压梯度力与地转偏向力达到平衡。）成因：气压梯度力与地转偏向力达到平衡。（3 3）公式：）公式：（4 4）风风向向：白白贝贝罗罗风风压压定定律律北北半半球球背背风风而而立立，高高压压在在右右，低低压压在在左左；南南半半球球相相反反。既既可可根根据据高高空空风风向向确确定定所所在在高高度度的的气气压压分分布布状状况，也可根据空中气压场分布状况了解所在高度的气流情况。况，也可根据空中气压场分布状况了解所在高度的气流情况。（5 5）适用范围：大尺度天气系统。）适用范围：大尺度天气系统。如何用符号表示风力和风向？风尾标在“风向”上这个符号表示：。5级北风8级或以上的风力怎么表示？每一道风尾表示风力为2级北北东风（东风（6 6级）级）东南风东南风（1010级）级）西南风西南风（1212级）级）西北风西北风（7 7级）级）2.2.梯度风梯度风（1 1）概概念念：自自由由大大气气中中的的空空气气作作曲曲线线运运动动时时，作作用用于于空空气气的的气气压压梯梯度度力力、地地转偏向力、惯性离心力达到平衡时的风，称为梯度风。转偏向力、惯性离心力达到平衡时的风，称为梯度风。低气压梯度力 柯氏力气压梯度力 柯氏力高气压梯度力 柯氏力离心力离心力（2 2）风场类型）风场类型气气旋旋式式风风场场：指指中中心心低低压压，旋旋转转方方向向呈呈逆逆时时针针方方向向。气气压压梯梯度度力力=离离心心力力+柯柯氏氏力力，平平衡衡时时的的风风速速比比单单独独只只有有地地转转偏偏向向力力时时小小。即即在在中中纬纬度度低低压压区区或或低低压压槽槽内内，观测到的风经常小于地转风。观测到的风经常小于地转风。反反气气旋旋式式风风场场：反反气气旋旋是是指指中中心心高高压压，呈呈顺顺时时针针旋旋转转。气气压压梯梯度度力力+离离心心力力=柯柯氏氏力力，因因而而平平衡衡时时的的风风速速必必定定大大于于地地转转风风，这这就就是是在在高高压压区区或或高高压压脊脊内内经经常常观观测到超地转风的缘故。测到超地转风的缘故。（3 3）风向：白贝罗风压定律）风向：白贝罗风压定律 （4 4）气压梯度限值）气压梯度限值 反反气气旋旋内内：特特别别是是在在其其中中心心区区，不不可可能能有有很很大大的的气气压压梯度。梯度。气旋区内：不存在极限值。气旋区内：不存在极限值。（5 5）适用范围：大尺度天气系统。）适用范围：大尺度天气系统。低气压梯度力 柯氏力气压梯度力 柯氏力高气压梯度力 柯氏力离心力离心力一些小的涡旋如龙卷风、尘卷风，风的旋转方向无论是逆时针一些小的涡旋如龙卷风、尘卷风，风的旋转方向无论是逆时针还是顺时针，中心部分都必须是低压，为什么？还是顺时针，中心部分都必须是低压，为什么？世界各地龙卷风龙卷风成因龙卷风分级（三）风随高度的变化（三）风随高度的变化1 1地转风随高度的变化地转风随高度的变化热成风热成风（1 1）定定义义：由由水水平平温温度度梯梯度度引引起起的的上上下下层层风风的的向向量量差差，称称为为热热成成风风。（水水平平温温度度分分布布不不均均导导致致气气压压梯梯度度随随高高度度发发生生变变化化，风风也也相应随高度发生变化）相应随高度发生变化）500hPa600hPa700hPa800hPa地面暖暖冷冷高空高压低压（2 2）成因）成因（3 3）风风向向：北北半半球球背背热热成成风风而而立立，高高温温在在右右，低低温温在在左左；南南半半球球则相反。则相反。（4 4）表达式）表达式 （5 5）热成风对地转风的影响）热成风对地转风的影响 地转风随高度作顺时针旋转，伴有暖平流。地转风随高度作顺时针旋转，伴有暖平流。地转风随高度作逆时针旋转，伴随有冷平流。地转风随高度作逆时针旋转，伴随有冷平流。低低高高V冷冷暖暖VT低低高高暖暖冷冷VVT冷冷低低暖暖高高暖暖低低冷冷高高（6 6）西风急流和西风带）西风急流和西风带 （hPa）1000100510101015气压梯度力气压梯度力风向风向地转偏向力地转偏向力摩擦力摩擦力摩擦力方向：与风向相反摩擦力方向：与风向相反2 2摩擦层中风随高度的变化摩擦层中风随高度的变化（1 1）地面摩擦力对风的影响）地面摩擦力对风的影响 风速减小，风向斜穿等压线，由高压吹向低压风速减小，风向斜穿等压线，由高压吹向低压在下图中绘出北半球近地面在下图中绘出北半球近地面A A、B B两种气压状况下的大气运动情形两种气压状况下的大气运动情形103010201010101010201030水平气压梯度力水平气压梯度力AB实际风向实际风向白贝罗风向定律：在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前白贝罗风向定律：在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方方（2 2）摩擦层中风随高度的变化）摩擦层中风随高度的变化 高压高压低压低压3 3根根据据风风速速大大小小，可可将将风风力力划划分分为为1212级级。从从风风力力征征象象即即可可估估算算出出相应的风级。相应的风级。风速逐渐增大，风向与等压线风速逐渐增大，风向与等压线逐渐相平行逐渐相平行青箬笠，绿蓑衣，青箬笠，绿蓑衣，斜风细雨不须归斜风细雨不须归八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅分别是几级风？分别是几级风？赤道赤道南极南极北极北极赤道赤道二、大气环流二、大气环流0o30o60o90o北纬北纬30o60o90o南纬南纬赤赤道道低低气气压压带带副副热热带带高高气气压压带带副副热热带带高高气气压压带带副副极极地地低低气气压压 副副极极地地低低气气压压 极地高气压极地高气压多多雨雨多多雨雨多多雨雨少少雨雨少少雨雨少少雨雨少少雨雨（一）全球环流（一）全球环流1.全球气压带全球气压带（1）纬向气压带：七个）纬向气压带：七个（2）海陆气压带）海陆气压带 陆陆地地上上气气压压带带是是由由海海陆陆热热量量分分布布不不均均引引起起的的，主主要要限限于低空，且具有季节性，所以称为半永久性气压系统。于低空，且具有季节性，所以称为半永久性气压系统。冬冬季季：大大陆陆高高压压中中心心：亚亚洲洲西西伯伯利利亚亚高高压压和和加加拿拿 大高压。大高压。海洋低压中心：阿留申低压和冰岛低压。海洋低压中心：阿留申低压和冰岛低压。（副极地低压存留）（副极地低压存留）夏季：大陆低压中心：南亚低压和北美西南部低压夏季：大陆低压中心：南亚低压和北美西南部低压海洋高压中心：北太平洋副热带高压和亚速海洋高压中心：北太平洋副热带高压和亚速 尔高压（位于大西洋）是副尔高压（位于大西洋）是副 热带高压断裂而成热带高压断裂而成西伯利亚高压西伯利亚高压加拿大高压加拿大高压阿留申阿留申低压低压冰岛低压冰岛低压0o30o30o60o60o90o北纬北纬90o南纬南纬赤赤道道低低气气压压带带副副热热带带高高气气压压带带副副热热带带高高气气压压带带副副极极地地低低气气压压带带副副极极地地低低气气压压带带极地高气压带极地高气压带极地高气压带极地高气压带信风带信风带信风带信风带东北东北东南东南西风带西风带西风带西风带极地东风带极地东风带极地东风带极地东风带西南风西南风西北风西北风2.行星行星风系风系全球气压带和风带全球气压带和风带随季随季节发生移动节发生移动(1)信风带信风带(2)西风带西风带(3)极地东风带极地东风带信风环流圈信风环流圈中纬度环流圈中纬度环流圈极地环流圈极地环流圈3.3.经向三圈环流经向三圈环流4高空西风带的波动和急流高空西风带的波动和急流(1)高空西风带的波动高空西风带的波动 (2)(2)急流急流（二）季风环流（二）季风环流 1 1定义：定义：2 2成因：成因：（1 1）夏季风夏季风（2 2）冬季风冬季风3 3季风区的划分标准季风区的划分标准季季风风角角大大于于120120时时，季季风风指指数数（盛盛行行风风向向频频率率的的平平均均值值）大于大于40%40%为季风区，大于为季风区，大于60%60%为季风显著区。为季风显著区。4 4季风区的主要分布范围季风区的主要分布范围35N25S35N25S，30W170E30W170E之之间间，南南亚亚次次大大陆陆和和中中国国东东南南部部为为季季风特别发达区。风特别发达区。季风区地理分布图季风区地理分布图（三）局地环流（三）局地环流1海陆风海陆风（1）定定义义：沿沿海海地地区区，以以一一天天为为周周期期、随随昼昼夜夜变变化化而而方方向向相相反反的的风风，称称为为海海陆陆风风。白白天天由由海海洋洋吹吹向向大大陆陆；夜夜间间由由大陆吹向海洋。大陆吹向海洋。（2）成因成因：昼夜间海陆热力差异。：昼夜间海陆热力差异。2山谷风山谷风（1）定定义义：山山区区白白天天地地面面风风从从谷谷地地吹吹向向山山坡坡（谷谷风风）；晚间地面风从山坡吹向谷地（山风），这就是山谷风。晚间地面风从山坡吹向谷地（山风），这就是山谷风。（2）成因：）成因：3焚风焚风（1）定义：沿着背风山坡向下吹的热干风叫焚风。）定义：沿着背风山坡向下吹的热干风叫焚风。（2）成因）成因20500m153000m2232忽如一夜春风来，千树万树梨花开忽如一夜春风来，千树万树梨花开三、主要天气系统三、主要天气系统（一）气团和锋（一）气团和锋1气团及其分类气团及其分类（1）定义）定义（2）气团的形成条件）气团的形成条件范围广阔、地表性质比较范围广阔、地表性质比较 均匀的下垫面。均匀的下垫面。稳定的环流场稳定的环流场 （3 3）气团的变性）气团的变性 （4 4）气团分类）气团分类按热力性质可分为冷气团和暖气团。按热力性质可分为冷气团和暖气团。按按汽汽团团源源地地地地理理位位置置可可分分为为极极地地气气团团、热热带带气气团团、赤赤道道气气团等团等 按气团源地的下垫面性质可分为海洋气团、大陆气团按气团源地的下垫面性质可分为海洋气团、大陆气团 2锋及其分类锋及其分类（1）定定义义：温温度度密密度度差差异异很很大大的的两两个个气气团团相相遇遇形形成成的的狭狭窄窄过过渡渡区区域域，称称为为锋锋，又又可可称称为为锋锋面面。锋锋面面与与地地面面的的交交线线叫叫锋线锋线。（2）特点：）特点：垂直形状特点：垂直形状特点：锋面坡度倾向冷气团一侧，倾角随高度锋面坡度倾向冷气团一侧，倾角随高度的增加而逐渐变小。的增加而逐渐变小。锋区的水平温度梯度比锋两侧的单一气团内的锋区的水平温度梯度比锋两侧的单一气团内的温度梯度大温度梯度大得多。得多。锋常出现在低压槽锋常出现在低压槽中。中。锋两侧锋两侧风向通常为气旋式变化风向通常为气旋式变化。当冷锋为东北。当冷锋为东北-西南走向时，锋前吹西南风，锋后吹西北风。西南走向时，锋前吹西南风，锋后吹西北风。多云雨天气多云雨天气。温度场：温度场：气压场：气压场：风场：风场：天气现象：天气现象：（3）类型）类型冷锋：冷气团主动向暖气团方向移动的锋冷锋：冷气团主动向暖气团方向移动的锋暖锋：暖气团主动向冷气团方向移动的锋。暖锋：暖气团主动向冷气团方向移动的锋。准静止锋：很少移动或移动速度非常缓慢的锋。准静止锋：很少移动或移动速度非常缓慢的锋。锢囚锋：锋面相遇、合并后的锋。锢囚锋：锋面相遇、合并后的锋。暖式锢囚锋暖式锢囚锋冷式锢囚锋冷式锢囚锋3 3锋面天气锋面天气（1）冷锋天气）冷锋天气第一型冷第一型冷锋：或称：或称缓行冷行冷锋，坡度小。，坡度小。一型一型冷锋冷锋二型冷锋二型冷锋晴朗晴朗阴天、下雨、刮风、降温阴天、下雨、刮风、降温气压升高，温度骤降，天气转晴气压升高，温度骤降，天气转晴低云系向高云系转化低云系向高云系转化地面锋线后地面锋线后第二型冷第二型冷锋：亦称急行冷：亦称急行冷锋。坡度大。坡度大。过境前天气：过境前天气：过境时天气：过境时天气：过境后天气：过境后天气：云的变化：云的变化：降雨位置：降雨位置：（2）暖锋天气）暖锋天气过境前天气：过境前天气：过境时天气：过境时天气：过境后天气：过境后天气：云的变化：云的变化：降雨位置：降雨位置：晴朗晴朗连续性降水连续性降水气压下降，温度升高，天气转晴气压下降，温度升高，天气转晴高云系向低云系转化高云系向低云系转化地面锋线前地面锋线前（3）准静止锋天气）准静止锋天气天气特征与第一型冷锋相似天气特征与第一型冷锋相似（4）锢囚锋天气）锢囚锋天气暖式锢囚锋暖式锢囚锋冷式锢囚锋冷式锢囚锋（二）气旋和反气旋（二）气旋和反气旋1概述概述（1）定义：）定义：气气旋旋是是占占有有三三度度空空间间的的中中心心气气压压比比四四周周低低的的水水平平空空气气涡涡旋旋，又又称称低低压。压。反反气气旋旋是是占占有有三三度度空空间间的的、中中心心气气压压比比四四周周高高的的水水平平空空气气涡涡旋旋，又又称高压。称高压。（2 2）分分类类：气气旋旋按按发发生生地地区区分分温温带带气气旋旋和和热热带带气气旋旋，反反气气旋旋分分极极地地反反气气旋旋、温温带带反反气气旋旋和和副副热热带带反反气气旋旋 2气旋气旋（1）温带气旋温带气旋（锋面气旋）（锋面气旋）温温带带气气旋旋是是指指具具有有锋锋面面结结构构的的低低压压，因因而而又又称称锋锋面面气气旋旋。它它主主要要活活动动在在中中高高纬纬度度，更更多多见见于于温温带带地地区区，是是温温带带地地区区产生大范围云雨天气和主要天气系统。产生大范围云雨天气和主要天气系统。结构结构 天气天气 分布分布温带气旋发展云系温带气旋锢囚云系温带气旋成熟云系温带气旋消散云系（2）热带气旋）热带气旋定定义义：热热带带气气旋旋是是形形成成于于热热带带海海洋洋上上，具具有有暖暖心心结结构构、强烈的气旋性涡旋。强烈的气旋性涡旋。分类：按中心附近平均最大风力分类：按中心附近平均最大风力热带低气压：小于热带低气压：小于8级级热带风暴：热带风暴：89级级强热带风暴：强热带风暴：1011级级台风：大于台风：大于12级级台风眼处风和日丽台风眼处风和日丽台风中心附近出现最大风速和最强暴雨台风中心附近出现最大风速和最强暴雨天气现象天气现象东东部部北部北部西部西部南部南部台风眼台风眼2005年年8月月29日日飓风狂袭美国造成飓风狂袭美国造成10-20亿美元损失亿美元损失2005年7月18号台风海棠袭击我国造成80万人大转移浙江温岭礁山港杭州西湖福建连江县台北台北2008年年9月月13-15日日13号强台风森拉克影响福建北号强台风森拉克影响福建北部沿海和浙江沿海部沿海和浙江沿海和台湾北部沿海和台湾北部沿海 13日晚福州市天空布满晚霞日晚福州市天空布满晚霞9月月13日，台湾东北角的海日，台湾东北角的海岸边，巨浪掀起，触目惊心岸边，巨浪掀起，触目惊心 9月月13日，台北市区暴雨倾日，台北市区暴雨倾泻而下，店家几乎都闭着门。泻而下，店家几乎都闭着门。9月月13日，台北市区车辆冒着暴雨行进。日，台北市区车辆冒着暴雨行进。台风预警信号含义及防御台风预警信号含义及防御 中心风力中心风力5-6级级中心风力中心风力7-8级级中心风力中心风力9-10级级中心风力中心风力11-12级级中心风力中心风力12级以上级以上2反气旋反气旋 反反气气旋旋范范围围内内没没有有锋锋面面，中中心心多多出出现现下下沉沉气气流流，故故天天气晴好。气晴好。（1）冷性反气旋）冷性反气旋（2）暖性反气旋暖性反气旋(副热副热带带高气高气压）压）小结三小结三主要天气系统主要天气系统第三节第三节大气运动和天气系统大气运动和天气系统一、大气的水平运动一、大气的水平运动（一）作用于空气的力（一）作用于空气的力（二）自由大气中的空气运动（二）自由大气中的空气运动（地转风地转风梯度风梯度风）（三）风随高度的变化（热成风（三）风随高度的变化（热成风摩擦层中风随高度的变摩擦层中风随高度的变化）化）二、大气环流二、大气环流（一）全球环流（一）全球环流（全球纬向气压带及行星风系）全球纬向气压带及行星风系）（二）季风环流（二）季风环流（三）局地环流（海陆风（三）局地环流（海陆风山谷风山谷风焚风）焚风）三、主要天气系统三、主要天气系统（一）气团和锋（一）气团和锋（二）气旋和反气旋（二）气旋和反气旋