王志福气象学与气候学第四章 大气的运动

第四章大气的运动[主要内容]本章主要研究大气运动产生的原因，大气运动的形式、状况和大气环流。

大气运动是气压分布的不均匀所造成的气压梯度力和地转偏向力、惯性离心力、重力以及摩擦力共同作用的结果。

大范围的大气运动就是大气环流，气压带、全球的行星风带、平均经圈环流、平均纬向环流、平均水平环流、大气活动中心构成了大气环流的平均状况。

[名词解释]气压场：气压的空间分布称为气压场等压线：等压线是同一水平面上各气压相等点的连线等压面：指单位质量的物体从海平面（位势取为零）抬升到Z 高度时，克服重力所作的功，又称重力位势，单位是位势米位势高度位势米：重力位势的单位，是表示能量的单位，1 位势米定义为1 kg空气上升1 m时，克服重力作了9.8 J的功，也就是获得9.8 J/kg 的位势能，即1位势米= 9.8J/kg低压槽：是低压向外伸出的狭长部分，或一组未闭合的等压线向气压较高的方突出的部分高压脊：是高压向外伸出的狭长部分，或一组未闭合的等压线向气压较低的方突出的部分气压系统：在天气图上，用等压线表示的高、低气压或槽、脊系统气压梯度力：气压梯度是一个向量，它垂直于等压面，由高压指向低压，数值等于两等压面间的气压差△P 除以其间的垂直距离△N地转偏向力：空气是在转动着的地球上运动着，当运动的空气质点依其惯性沿着水平气压梯度力方向运动时，对于站在地球表面的观察者看来，空气质点却受着一个使其偏离气压梯度力方向的力的作用，这种因地球绕自身轴转动而产生的非惯性力称为水平地转偏向力或科里奥利力惯性离心力：是物体在作曲线运动时所产生的，由运动轨迹的曲率中心沿曲率半径向外作用在物体上的力地转风：地转风是气压梯度力和地转偏向力相平衡时，空气作等速、直线的水平运动梯度风：当空气质点作曲线运动时，除受气压梯度力和地转偏向力作用外，还受惯性离心力的作用，当这三个力达到平衡时的风，称为梯度风旋衡风：在低纬度地区或小尺度低压中，如果气压梯度力和惯性离心力都很大，而地转偏向力很小时，则可出现旋衡风大气活动中心：冬、夏季在平均气压图上出现的大型高、低压系统，称为大气活动中心。

气象学与气候学廉丽姝曲阜师范大学地理与旅游学院绪论* 气象学与气候学研究的对象与内容* 气象学与气候学和地理学的关系* 气象学与气候学的发展简史一、气象学与气候学研究的对象和内容1、气象学研究的对象和内容大气圈（厚、严密）1）气象学及其研究对象“气”——大气“象”——现象、过程气象学：研究大气现象和过程，探讨其演变规律和变化，并直接或间接用之指导生产实践为人类服务的科学2）气象学研究的内容（1）分支（2）基本内容* 把大气当作研究的物质客体来探讨其一般特性，如大气的组成、范围等。

* 研究导致大气现象发生发展的能量来源、性质及其转换* 研究大气现象的本质，从而能够解释大气现象，寻求控制其发生发展的规律* 探讨如何应用这些规律来改造自然、利用自然、使之更适合于人类生活和生产的需要2、气候学及其研究内容1）研究对象——气候、气候系统天气与气候* 定义天气是指某一地区，在某一瞬时或某一短时间内，大气状态和大气现象的综合。

气候是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性状及人类活动，长时期相互作用下，大量天气过程的综合。

既包括该地多年来的平均状况，也包括个别年份出现的极端异常情况。

* 区别时间尺度不同；特征不同；内容不同。

2）气候学气候学是研究气候形成、分布与变化的科学一、气象学与气候学研究的对象和任务3 、本课程的基本任务和要求* 掌握气象学与气候学的基本知识和基本原理。

认识大气圈组成和基本物理特性（温、压、湿、风），能正确地解释天气现象和过程，掌握气候形成的机理、气候分类的方法及气候分布的规律。

解释不同地区的气候特征，研究气候变化的原因及其规律。

* 通过实践，掌握气象观测、气候统计分析和气候调查等的基本技能。

* 为后继课程的学习和中学地理教学奠定基础。

二、气象学与气候学和地理学的关系1、地理学研究的对象和内容——地理环境自然地理环境经济地理环境社会文化地理环境（人文地理环境）2、自然地理学研究的对象和内容部门自然地理综合自然地理区域自然地理3、气候学和地理学的关系三、气象学与气候学的发展简史1、萌芽时期* 时间16世纪中叶以前* 特点零碎的定性观察和描述，积累了一些感性认识和经验；对某些天气现象做出了一定的解释.具有天象学的性质。

气象学与气候学电子教材第一章引论第一节气象学、气候学的研究对象、任务和简史一、气象学与气候学的研究对象和任务由于地球的引力作用，地球周围聚集着一个气体圈层，构成了所谓大气圈。

大气的分布是如此之广，以致地球表面没有任何地点不在大气的笼罩之下；它又是如此之厚，以致地球表面没有任何山峰能穿过大气层，而且就以地球最高峰珠穆朗玛峰的高度来和大气层的厚度相比，也只能算是“沧海之一粟”。

我们人类就生活在大气圈底部的“下垫面”上。

大气圈是人类地理环境的重要组成部分。

地球是太阳系的一个行星，强大的太阳辐射是地球上最重要的能源。

这个能源首先经过大气圈而后到达下垫面，大气中所发生的一切物理（化学）现象和过程，除决定于大气本身的性质外，都直接或间接与太阳辐射和下垫面有关。

这些现象和过程对人类的生活和生产活动关系至为密切。

人类在长期的生产实践中不断地对它们进行观测、分析、总结，从感性认识提高到理性认识，再在生产实践中加以验证、修订、逐步提高，这就产生了专门研究大气现象和过程，探讨其演变规律和变化，并直接或间接用之于指导生产实践为人类服务的科学——气象学。

气象学的领域很广，其基本内容是：（1）把大气当作研究的物质客体来探讨其特性和状态，如大气的组成、范围、结构、温度、湿度、压强和密度等等；（2）研究导致大气现象发生、发展的能量来源、性质及其转化；（3）研究大气现象的本质，从而能解释大气现象，寻求控制其发生、发展和变化的规律；（4）探讨如何应用这些规律，通过一定的措施，为预测和改善大气环境服务（如人工影响天气、人工降水、消雾、防雹等），使之能更适合于人类的生活和生产的需要。

由于生产实践对气象学所提出的要求范围很广，气象学所涉及的问题很多，在气象学上用以解决这些问题的方法差异很大，再加上随着科学技术发展的日新月异，气象学乃分成许多部门。

例如有专门研究大气物理性质及其变化原理的大气物理学；有着重讨论天气现象及其演变规律，并据以预报未来天气变化的天气学等，而其中与地理和环境科学关系最密切的是气候学。

1、大气环流平均纬向风的经向分布和平均经向风的纬向分布？平均纬向风的经向分布：低纬地区全部为东风，最大风速中心在平流层；中高纬为西风；极区近地面为东风，冬季对流层到平流层均为西风，夏季对流层中仍为西风，平流层中为东风。

平均经向风的纬向分布：北半球冬季30度以南地区对流层低层为偏北风，上空为南风；40度以北低层平均为南风，高层平均为北风。

夏季40度和13度之间低层北风，高层弱南风；接近赤道的区域，低层为南风，高层为北风。

纬向风比经向风要大得多，说明地球上空大气运动基本上是环绕着纬圈自东向西或自西向东运动的，同时也有南北风的空气交换，冬强夏弱。

2、海陆分布对对流层中部西风带平均槽，脊形成的重要作用？北半球大陆（欧亚大陆、北美大陆）大部分都在西风带里。

冬季，当空气自西向东流过大陆的过程中，由于冷大陆的影响，气温不断降低，当到达大陆东岸时温度就降到最低值。

冷空气上空等压面比较低，于是大陆东岸附近５００百帕图上便形成冷性低槽。

而当空气自西向东流过海洋的过程中，由于暖洋面影响，气温不断升高，当到达大陆西岸时，气温达到最高值。

由于暖空气上空等压面高度比较高，在大陆西岸就会出现高压脊。

（夏季则相反，由于热力作用的影响，大陆东岸上空表现为高压脊，西岸上空将出现低槽。

）3、大范围的高原和山脉对大气环流的影响？大范围的高原和山脉对大气环流的影响是相当显著的。

它们可以迫使气流绕行、分支或爬坡、越过，并使气流速度发生变化。

以青藏高原为例，青藏高原的动力作用及影响为：冬季青藏高原位于西风带里，高大的高原使500百帕以下西风环流明显分支、绕流和汇合；从而使得高原迎风坡和背风坡形成弱的“死水区”，西风绕流作用形成北脊和南槽，并对南北两支西风起稳定作用。

除此之外，较高层的西风气流也可以爬坡通过高原，并在高原东侧下坡。

冬季东亚大槽是海陆热力差异和西藏高原地形动力作用的产物。

青藏高原相对于四周大气，夏季起着强大的热源作用；冬季高原的东南部也是一个热源，西部由于资料缺乏，尚未定论。

《气象学与气候学》教案第一章绪论气候学历经经典、天气气候到现代气候学的发展过程是科学观念的革命，它包括认识和研究方法的根本变革，启示我们从系统中学习气候，学习气候又是为了更好的认识这个地球表层系统。

一、现代自然地理学与气象气候学1、人类赖以生存的地球——地球表层系统——个相互作用的整体任何子系统的变化都会影响其他子系统2、气候系统与地球表层系统——几乎相互覆盖的研究客体，但重点不尽相同。

3、气候系统也包括了地球表层系统中的几个子系统4、其中，大气圈与自然地理系统其他圈层相互作用中，大气圈最为活跃，是联系各子系统相互作用的重要纽带，是形成自然地理要素地带性与非地带性分布特点的主要背景之一，也是构成地球表层系统重要圈层二、大气圈——是处于特定条件下及具有特定成分的气圈1、气候系统如何起动与运动，其中的热力、动力过程2、气候系统中各部分的联系，相互作用与耦合的整体过程以及对气候的影响3、气候的综合性与地域的差异性，以及气候系统的稳定性与敏感性等三、特定成分及其影响：1、主要及微量成分2、微量成分及其特殊作用：—温室气体—平流层与臭氧层--生命保护层，—三态共存，参与能量，辐射，及天气过程四、重力场对大气层的约束及影响：—在重力的作用下，以地面为下边界，绕地球旋转的圈层。

—影响之一：垂直层结的形成——大气分层：水平尺度>>垂直尺度。

五、对流层：是深受下边界(热力及动力)影响的大气最底层，集中了80％的大气质量，也是大气圈层与其它圈层相互作用的主要场所。

六、水汽对大气状态影响之——湿空气状态方程七、微量气体：在气候系统中存在着短周期的微循环，成分可变。

含量虽少，但对热辐射非常敏感，因而对大气热状态影响很大，人类活动参与了微循环一可造成对大气行为有意或无意的干扰。

影响举例：臭氧层问题：地面条件如何影响大气活动(热力及动力)—相互作用第二章大气的热能和温度——气候系统物理过程之一太阳能启动气候系统的物理过程—形成全球温度差异的地带性与非地带性分布以及周期和非周期变化。

⽓象学与⽓候学第⼀章引论⼤⽓圈：由于地球的引⼒作⽤，地球周围聚集着⼀个⽓体圈层，构成了所谓的⼤⽓圈。

⽓象：发⽣在⼤⽓中的各种物理现象和过程（冷热、蒸发、降⽔）。

天⽓：指瞬时间或短时间内（⼏分钟到⼏天）的⽓象要素的综合状态。

⽓候：是指在太阳辐射、⼤⽓环流、下垫⾯性质和⼈类活动长时间相互作⽤下，在某⼀时段内⼤量天⽓过程的综合。

包括百年平均状态，也包括多年特殊状况。

⽓候系统：⽓候系统是⼀个包括⼤⽓圈、⽔圈、陆地表⾯、冰雪圈和⽣物圈在内的，能够决定⽓候形成、⽓候分布和⽓候变化的统⼀的物理系统。

⼤⽓圈：⼤⽓圈是⽓候系统中最活跃、变化最⼤的组成部分。

对流层的特征：⽓温随⾼度增加⽽降低；垂直对流运动显著；⽓象要素⽔平分布不均匀。

⽔汽压（e）：⼤⽓中的⽔汽所产⽣的那部分压⼒称⽔汽压（e）。

饱和⽔汽压（E）：如果⽔汽含量达到限度，空⽓呈饱和状态，这时的空⽓称饱和空⽓，饱和空⽓的⽔汽压称饱和⽔汽压，饱和⽔汽压随温度的升⾼⽽增⼤。

饱和差：在⼀定温度下，饱和⽔汽压与实际空⽓中⽔汽压之差称饱和差（d).即：d=E-e意义：d表⽰实际空⽓距离饱和程度。

D越⼤，越不饱和D=0，空⽓达到饱和D>0，不饱和D<0，过饱和露点：在空⽓中⽔汽含量不变，⽓压⼀定下，使空⽓冷却达到饱和的湿度，称露点温度。

结论：⽓压⼀定时，露点的⾼低之与空⽓中的⽔汽含量有关，⽔汽含量越多，露点越⾼。

所以露点也是反映空⽓中⽔汽含量多少的物理量。

TD和T（常温）意义：TD=T，空⽓饱和TD—T<0，空⽓不饱和TD—T>0，空⽓饱和⼲空⽓的状态⽅程：第⼆章⼤⽓的热能和温度基尔荷夫定律：放射率=吸收率防⾝能⼒越强，吸收能⼒越强斯蒂芬—玻⽿兹曼定律：物体的放射能⼒是随温度、波长⽽改变的。

随着温度的升⾼，⿊体的放射能⼒增强。

因⽽物体放射的总能量也会显著增⼤。

⿊体的总放射能⼒与它本⾝的绝对温度的四次⽅成正⽐。

维恩（Wein）位移定律：物体的温度愈⾼，其辐射极⼤值所对应的波长愈短；反之，物体的温度愈低，其辐射的波长则愈长。

第四章 大气的运动 第一节 常见天气系统一、锋面与天气 (一)气团与锋面 1．气团(1)概念：水平方向上温度、湿度等物理性质分布比较均一的大范围空气。

(2)分类⎩⎪⎨⎪⎧暖气团：比下垫面温度高的气团冷气团：比下垫面温度低的气团2.锋面特征(1)结构特征：图中A 为暖气团；B 为冷气团。

(2)天气特征：锋面旁边常伴有一系列的云、大风、降水等天气。

(二)冷锋、暖锋过境与天气变更阅读下列冷锋、暖锋过境时的过程示意图，回答下列问题。

1．分别描述冷锋、暖锋过境前、过境时、过境后的天气特征或变更。

提示： 类型 过境前过境时过境后冷锋气温较高，气压较低，天气晴朗阴天、下雨、刮风、降温 气温降低、气压上升、天气转晴暖锋气温较低，气压较高，天气晴朗多出现连续性降水气温上升、气压降低、天气转晴2.比较冷锋、暖锋的降水特点差异(位置、范围、强度、历时)。

提示：冷锋的雨区位于锋后，范围较窄，降水强度大，历时短；暖锋的雨区位于锋前，范围较宽，降水强度小，历时长。

(三)准静止锋与天气变更1．一般规律图解规律过境时，降水强度小，多连续性降水或雾天2.典型案例类型形成天气特征江淮准静止锋冷暖气团势均力敌江淮地区形成长达一个月的梅雨天气昆明准静止锋南下冷空气受到云贵高原的阻挡高原东北地区阴雨寒冷，高原西南地区晴朗暖和二、低压(气旋)、高压(反气旋)与天气1．从气压角度看北半球气旋、反气旋与天气示意图项目相同不同高压中心(反气旋) 等压线呈闭合曲线中心气压比四周气压高低压中心(气旋) 中心气压比四周气压低2.从气流角度看项目近地面水平气流垂直气流高压中心(反气旋) 从中心向四周辐散下沉低压中心(气旋) 从四周向中心辐合上升3.从天气状况看：高压中心(反气旋)，多晴朗天气；低压中心(气旋)，多阴雨天气。

命题视角(一) 锋面的推断案例法学习[把握教考导向]一、教材这样学(鲁教版选择性必修1 P52“学问窗”)昆明准静止锋昆明准静止锋又称云贵准静止锋，它是来自北方的冷气团与西南暖气团相遇，受云贵高原地形阻滞而形成的，昆明准静止锋的锋区位置多在贵阳与昆明之间，一般呈西北—东南走向。