4ch3wind风4hr

第三章风——大气水平运动Wind本章要点；•风的基本度量•自由大气中的风——地转风、梯度风、热成风•摩擦层中的风•地方性的风——海陆风、山谷风、峡谷风、焚风•风对飞行的影响•大气环流、季风、急流•对流层顶1．风的方向、速度与测量风向：风的来向（360°或16个方位）风向tu.htm风速单位：米/秒(m/s)，千米/小时(km/h)海里小时(nauticalmile/h)，即节(Knot)。换算关系：教材p290二m/skm/hknot风的测量风的测量方法：目力估计－风力等级表、风袋仪器探测－风向风速仪、测风气球、多普勒测风雷达常用仪器:风向风速仪－测量近地面风测风气球－探测高空风风袋(windsock)－便于观测跑道区的风向风速多普勒测风雷达－探测机场区域内一定高度风的分布，利飞机起降。轻风（风袋飘）微风和风（风袋45度）强风（风袋平）大风飓风2形成风的几个力•（1）水平气压梯度力（G）PressureGradientForce：大小：与水平气压梯度成正比。方向：与水平气压梯度一致。•（2）地转偏向力（A）CoriolisForce：大小：A=2Vωsinφ.方向：垂直于物体的运动方向，在北半球指向右。•（3）摩擦力（R）Friction:大小：R=-KV.方向：与V相反。•（4）惯性离心力（C）CentrifugalForce：大小：C=mV2/2.方向：与V垂直，由曲率中心指向外缘。•HorizontalPressure-gradientForce气压梯度力，是大气运动的原始驱动力PressureGradientForcedirectedfromhightolowpressure.htmPressuredifferencescreateaforcefromhigherpressuretolowerpressurewhichresultsinwind.•DeflectionForceofEarthRotation地转偏向力，只改变地球上物体运动的方向。大小正比于风速，SIN；方向指向物体运动方向的右方。CoriolisForceanartifactoftheearth'srotation.htm•TheCoriolisforcedeflectswindstotherightintheNorthernHemisphere.ItiscausedbytheEarth'srotation.•TheCoriolisforceislessatthesurfaceduetoweakerwind.•Coriolisforcehastheleasteffectonwinddirectionattheequator.•Windiscausedbypressuredifferenceswithwindflowingfromhigh-pressureareastolow-pressureareas.–Whentheisobarsareclosetogether,thepressuregradientforceisgreater,whichresultsinastrongerwind.–Coriolisforcetendstocounterbalancethehorizontalpressuregradient,causingwindtoflowparalleltotheisobars.（1）、地转风：气压梯度力与地转偏向力平衡时的风。（2）、风压定律：地转风的风向垂直于气压梯度力，即平行于等压线，在北半球，背风而立，高压在右，低压在左。南半球反之。•GeostrophicWindwindsbalancedbytheCoriolisandPressureGradientforces.htm自由大气中的风Geostrophicwind地转风（3）、梯度风：气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力平衡时的风。*梯度风也是沿等压线吹的，在北半球高压中为顺时针方向，即遵守风压定律。GradientWindnon-geostrophicwindswhichblowparalleltoisobars.htm自由大气中的风Gradientwind梯度风•Ahigh-pressureareaorridgeisanareaofdescendingair.–Thegeneralcirculationofairinahigh-pressureareaintheNorthernHemisphereisoutward,downward,andclockwise.–Ananticycloneisahigh-pressurearea.•Alow-pressureareaortroughisanareaofrisingair.–Thecirculationofair(windsystem)inalow-pressureareaintheNorthernHemisphereiscyclonic,i.e.,counterclockwise.–Thus,whenflyingintosuchalow-pressurearea,thewinddirectionandvelocitywillbefromtheleft(counterclockwise)andincreasing(windsaregreaterinhigh-pressuresystemsthanlow-pressuresystems)..–Alow-pressureareaisgenerallyanareaofunfavorableweatherconditions.•WhenplanningtripsfromeasttowestintheNorthernHemisphere,youwouldgosouthofahighandnorthofalowtofindtailwinds.•TheCoriolisforcepreventswindfromflowingdirectlyfromhigh-pressureareastolow-pressureareasandproducestheassociatedcirculations.•热成风：由于水平温度梯度而引起的上下气层风的变化•规则与地转风规则相似：热成风与平均温度线(或等厚度线)平行，背热成风而立，高温在右，低温在左。•北半球中纬度对流层中，南暖北冷，西风随高度增加而增大——对流层上部常见强西风。•暖平流，风向随高度增加会顺时针偏转，风速增大。•冷平流，风向随高度增加会逆时针偏转，风速增大。•ColdAdvection冷平流•WarmAdvection暖平流•风场、气压场、温度场时空分布、时空变化及其间关系研究，可以揭示天气发生发展变化的规律•（不作要求）自由大气中的风ThermalWind热成风（4）、北半球摩擦层风，斜穿等压线高压到低压。小于地转风速。WindsnearthesurfaceWindsaffectedbyfriction.htm北半球摩擦层中，低压中心的空气以反时针方向向低压中心辐合。•Convergence辐合•Divergence辐散摩擦层中的风IntheNorthernHemisphere,high-pressureaircirculates(anticyclonic)a.Outward,b.Downward,c.Clockwise.Alow-pressureareaortroughisanareaofrisingair.WindisweakeratthesurfaceduetofrictionbetweenwindandtheEarth'ssurface.4.在赤道地区1000米高空，作水平直线运动的空气质点所受的水平作用力主要有A．水平气压梯度力和惯性离心力；B．水平气压梯度力和地转偏向力；C．水平气压梯度力和摩擦力摩擦越大，偏离地转风的倾斜越大，风速越小。摩擦层风随高度的变化：北半球，随高度增加，摩擦层的风速增大，风向右偏。1.Atlowerlevelsoftheatmosphere,i.e.,nearthesurface,frictioncausesthewindtoblowacrossisobarsintoalowbecausethefrictiondecreasesthewindspeedandCoriolisforce.白天陆上空气增温迅速，等压面上升。高空水平气压梯度由陆上指向海上，陆地空气流向海洋。造成海洋低层空气气压升高，气压梯度指向陆地，低层空气从海面流向陆地——白天低层吹海风。（夜晚相反，低层吹陆风。）SeaBreezesaresultofunevensurfaceheating.htmOffshoreFlowAloftprecursortotheseabreezeatthesurface.htmSeaBreezeDevelopscoolerairflowsonshore.htm山谷风原理相同。夜晚吹山风。3、局地对流LocalConvection•Developmentofconvectivecirculationiscausedbythecooler,denserairsinkingtoforcethewarmairupward.•Convectivecirculationassociatedwithseabreezesiscausedbylandabsorbingandradiatingheatfasterthanwater.迎风坡，上升凝结降水，潜热释放。湿绝热降温。背风坡，干绝热升温。山脚T高于迎风坡。Katabaticwindflowsdownslopebecomingwarmeranddrier.4、风－飞行•起飞降落阶段：机型风与跑道的夹角。起飞滑跑距离公式L起飞滑跑=（V离地-V逆风风速）2/2a•航线飞行阶段：顺风，逆风，侧风。•见中文p1875、大气环流AtmosphericCirculation大气环流：大范围（水平几千km，垂直10km以上，时间3天以上）大气运动状态，是各种尺度天气系统的活动背景。大气运动的尺度：行星尺度大气运动——大气环流、对流层顶、急流、副热带高压天气尺度大气运动——气旋反气旋、西风带槽脊、台风中小尺度大气运动——雷暴三圈环流模式高纬度有热量净支出。低纬度有热量净收入。（年平均）•大气10km以下温度随纬度升高而降低。单圈环流模式（若地球静止）成因：对流三圈环流模式（北半球为例）形成•赤道地区空气受热上升，高层等压面向北倾斜，气压梯度力使空气向北流动。随着纬度增加，地转偏向力增大，高空向北的气流右偏。到30ºN附近转为西风气流。副热带有西风急流。•稳定的西风带阻止了由赤道上空源源而来的空气继续北上，堆积起来，使地面气压升高。高层来自热带的暖湿空气边向北运动边辐射冷却，空气密度不断加大，产生下沉运动。干暖的下沉带位于20－35ºN，形成副热带高压带。（副热带地区干旱沙漠）•30ºN附近的下沉空气在低层向南、向北流动。向南的空气受地转偏向力右偏，成为东北信风。南北半球在低纬度的信风在赤道地区形成赤道辐合带（热带辐合带）。•这样，在赤道－30ºN之间形成一个热力驱动的环流圈：热带Hadley环流圈（信风环流圈）。赤道上升－高空向北并右偏－30ºN下沉－低空向南并右偏。•30ºN附近的下沉空气在低层向北流动的一支空气也受地转偏向力右偏，成为中纬度西南气流（盛行西风带）。•极地空气因热量支出，冷却下沉向南流动，右偏形成东北气流（极地东风带）。极地干冷下沉向南的东北气流与副热带暖湿向北的西南气流相遇，形成极锋。•沿极锋上升的暖空气沿极地下沉的冷空气爬升到高空，向北一支受地转偏向力右偏，形成极锋西风急流，到达极地冷却下沉。在高纬度形成极地Hadley环流圈。•沿极锋爬升的气流在高空向南的一支到副热带下沉，形成中纬度Ferrel环流圈。这是一个间接环流圈，最弱。•三圈环流模式的缺陷：中纬度高空实况观测为西风带，但按照三圈环流模式，Ferrel环流的高空支却是