大氣壓力實(shí)用教案

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1、地球(dqi)大氣時(shí)時(shí)刻刻都在運(yùn)動水平(shupng)運(yùn)動（風(fēng)）垂直（對流運(yùn)動）空氣(kngq)的運(yùn)動空氣運(yùn)動的原因：大氣壓力分布的不均勻（氣壓梯度力）空氣運(yùn)動的原因：大氣壓力分布的不均勻（氣壓梯度力）n 熱量和水分的傳輸和交換n 不同空氣相互接近、相互作用n 影響天氣、氣候的形成和演變第1頁/共49頁第一頁，共50頁。第一節(jié) 氣壓隨高度和時(shí)間(shjin)的變化第2頁/共49頁第二頁，共50頁。一、氣壓隨高度(god)的變化 氣壓(qy)（大氣壓(qy)力） 靜止大氣中任意高度上的氣壓(qy)值 單位面積上大氣柱的重量: 從觀測高度到大氣上界單位截面積垂直空氣柱的重量。l固定(gdng)地點(diǎn)

2、氣壓變化的原因 空氣柱質(zhì)量產(chǎn)生變化l 空氣柱厚度? 密度? AMgP/第3頁/共49頁第三頁，共50頁。大氣低層氣壓(qy)隨高度變化大；高層氣壓(qy)隨高度變化?。ǎ┑?頁/共49頁第四頁，共50頁。 作用：描述空氣密度大小與氣壓(qy)隨高度變化的定量關(guān)系假設(shè) 大氣相對于地面處于靜止(jngzh)狀態(tài)ZgZZgPPP)(1212氣壓隨高度的增加而降低第5頁/共49頁第五頁，共50頁。ZgZZgPPP)(1212dP如果空氣柱取得非常薄，則Z趨向無窮小gdZdP大氣靜力學(xué)基本(jbn)方程gdzdp第6頁/共49頁第六頁，共50頁。gdzdp大氣大氣(dq)靜力學(xué)方程的物理意義靜力學(xué)方程的

3、物理意義 兩高度上的壓力差應(yīng)等于兩高度之間兩高度上的壓力差應(yīng)等于兩高度之間單位截面積上的空氣柱所受的重力單位截面積上的空氣柱所受的重力 氣壓氣壓(qy)隨高度遞減的速度與空氣密度和重力加隨高度遞減的速度與空氣密度和重力加速度有關(guān)。速度有關(guān)。主要決定于空氣密度（重力加速度隨高度變化很小）主要決定于空氣密度（重力加速度隨高度變化很?。ゞdZdP第7頁/共49頁第七頁，共50頁。大氣靜力學(xué)基本方程的適用(shyng)條件 推導(dǎo)靜力學(xué)方程的前提條件是假定大氣是靜止的，理論方程。 除在有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動的地區(qū)外，一般條件下其誤差1。 當(dāng)氣層不太厚和要求精度不高時(shí)，靜力學(xué)方程可以(ky)用來粗略地估算氣壓與

4、高度間的定量關(guān)系，或者用于將地面氣壓訂正為海平面氣壓。第8頁/共49頁第八頁，共50頁。氣層高度變化范圍很大，空氣柱中上下層溫度、密度變化顯著，無法直接利用靜力學(xué)方程，需要(xyo)采用適合較大氣壓隨高度變化的關(guān)系式 壓高方程。第9頁/共49頁第九頁，共50頁。 引入目的引入目的 獲得氣壓與高度的更精確對應(yīng)關(guān)系。獲得氣壓與高度的更精確對應(yīng)關(guān)系。 實(shí)際應(yīng)用：如海平面氣壓訂正，野外工作中的氣壓測高等，需要在較大實(shí)際應(yīng)用：如海平面氣壓訂正，野外工作中的氣壓測高等，需要在較大(jio d)的高度范圍內(nèi)進(jìn)行壓高計(jì)算的高度范圍內(nèi)進(jìn)行壓高計(jì)算 方法方法 將靜力學(xué)方程在氣層積分將靜力學(xué)方程在氣層積分2121z

5、zppgdzdp任意兩個(gè)高度(god)上的氣壓差等于這兩個(gè)高度(god)間的單位截面積空氣柱的重量 第10頁/共49頁第十頁，共50頁。2121zzppgdzdp因?yàn)?yn wi)RTp（狀態(tài)方程）2121zzppdzRTgpdp2112zzdzRTgepp通用(tngyng)的壓高方程第11頁/共49頁第十一頁，共50頁。2112zzdzRTgepp方程在使用中存在方程在使用中存在(cnzi)的問題：的問題：g、R、T均隨高均隨高度產(chǎn)生變化，積分困難度產(chǎn)生變化，積分困難氣壓氣壓 隨隨 高高 度度 的增加按的增加按 指指 數(shù)數(shù) 規(guī)律規(guī)律(gul)遞減遞減解決方法：根據(jù)實(shí)際解決方法：根據(jù)實(shí)際(s

6、hj)情況做某些特定假設(shè)情況做某些特定假設(shè)第12頁/共49頁第十二頁，共50頁。忽略重力加速度的變化(binhu)和水汽的影響，假定氣溫不隨高度發(fā)生變化(binhu)，得到（溫度不隨高度的變化(binhu)而變化(binhu)的大氣）等溫大氣壓高公式：2112lg)2731 (18400PPtZZm氣層平均溫度問題問題(wnt)：實(shí)際大氣并非等溫大氣：實(shí)際大氣并非等溫大氣解決辦法：將實(shí)際大氣劃分為許多薄層解決辦法：將實(shí)際大氣劃分為許多薄層(bo cn)，每一薄層，每一薄層(bo cn)可以看作是等溫的，求出每一薄層可以看作是等溫的，求出每一薄層(bo cn)的的tm，然后分別，然后分別計(jì)算各薄

7、層計(jì)算各薄層(bo cn)的厚度，最后把各薄層的厚度，最后把各薄層(bo cn)的厚度求和的厚度求和便是實(shí)際大氣的厚度。便是實(shí)際大氣的厚度。第13頁/共49頁第十三頁，共50頁。等溫大氣壓高公式(gngsh)的用途（1）根據(jù)不同(b tn)高度上的氣壓差和氣柱的平均溫度，求這兩處之間的高度差。（氣壓測高原理）2112lg)2731 (18400PPtZZm（2）根據(jù)某高度(god)的氣壓值和氣柱的平均溫度，推算另一高度(god)的氣壓值（海平面氣壓訂正）（3）由不同高度上的氣壓，求兩高度之間的氣柱的。第14頁/共49頁第十四頁，共50頁。 氣壓：觀測高度到大氣上界單位截面積垂直空氣柱的重量 空

8、氣柱的重量是其質(zhì)量和重力加速度的乘積 重力加速度通常近似(jn s)看作是定值 一個(gè)地方氣壓的變化決定于其上空氣柱質(zhì)量的變化（一）氣壓變化（一）氣壓變化(binhu)的的原因原因第15頁/共49頁第十五頁，共50頁。 熱力因子：指溫度的升高或降低引起的體積膨脹或者收縮、密度的增大(zn d)或減小; 會伴隨氣流輻合或輻散，造成質(zhì)量的增多或減少。 動力因子：大氣運(yùn)動所引起的氣柱質(zhì)量的變化，可分為三種情況第16頁/共49頁第十六頁，共50頁。空氣柱質(zhì)量(zhling)變化的動力原因1 1、水平、水平(shupng)(shupng)氣流的輻合與輻散氣流的輻合與輻散輻合與輻散：由于空氣運(yùn)動速度的不均勻

9、而導(dǎo)致空氣質(zhì)量在某些區(qū)域堆聚(du j)或流散的現(xiàn)象空氣都背著同一條線或同一點(diǎn)散開，而且前面的空氣速度快，后面的空氣速度慢，顯然這個(gè)區(qū)域的空氣質(zhì)點(diǎn)會逐漸向周圍流散，引起氣壓降低，這種現(xiàn)象稱為水平氣流輻散 第17頁/共49頁第十七頁，共50頁?？諝庵|(zhì)量變化的動力(dngl)原因11 1、水平、水平(shupng)(shupng)氣流的輻合與輻散氣流的輻合與輻散空氣向著同一點(diǎn)或同一條線集聚，而且前面空氣質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度慢，后面運(yùn)動速度快，結(jié)果這個(gè)區(qū)域里空氣質(zhì)點(diǎn)會逐漸聚積起來，引起氣壓升高，這種現(xiàn)象稱為水平氣流輻合 第18頁/共49頁第十八頁，共50頁。第19頁/共49頁第十九頁，共50頁?？諝庵|(zhì)量

10、(zhling)變化的動力原因22 2、不同密度氣團(tuán)、不同密度氣團(tuán)(qtun)(qtun)的移動的移動不同密度的空氣交替不同密度的空氣交替(jiot)會引起氣壓變化。會引起氣壓變化。 性質(zhì)不同的氣團(tuán)，密度往往不同。如果移到某地的氣性質(zhì)不同的氣團(tuán)，密度往往不同。如果移到某地的氣團(tuán)比原來氣團(tuán)密度大，則該地上空空氣柱中質(zhì)量會增多，團(tuán)比原來氣團(tuán)密度大，則該地上空空氣柱中質(zhì)量會增多，氣壓隨之升高。反之該地氣壓就要降低。氣壓隨之升高。反之該地氣壓就要降低。 冷空氣冷空氣溫度低，密度大，造成流經(jīng)之地氣壓明顯上升 夏季時(shí)暖濕氣流暖濕氣流北上，引起流經(jīng)之處密度減小，地面氣壓下降第20頁/共49頁第二十頁，共50

11、頁。空氣柱質(zhì)量變化(binhu)的動力原因33 3、空氣垂直、空氣垂直(chuzh)(chuzh)運(yùn)動運(yùn)動當(dāng)空氣(kngq)有垂直運(yùn)動而空氣(kngq)柱內(nèi)質(zhì)量沒有外流時(shí)，空氣(kngq)柱中總質(zhì)量沒有改變，地面氣壓不會發(fā)生變化。但空氣(kngq)柱中質(zhì)量的上下傳輸，可造成空氣(kngq)柱中某一層次空氣(kngq)質(zhì)量改變，引起氣壓變化。第21頁/共49頁第二十一頁，共50頁。二、氣壓(qy)隨時(shí)間的變化（二）氣壓（二）氣壓(qy)的周期性變化的周期性變化指在氣壓隨時(shí)間變化(binhu)的曲線上呈現(xiàn)出有規(guī)律的周期性波動，明顯的是以日為周期的和以年為周期的波動。第22頁/共49頁第二十二頁，共

12、50頁。氣壓的日變化有單峰、雙峰和三峰等型式(xn sh)雙峰型最為普遍：一天有一個(gè)最高值，一個(gè)次高值，一個(gè)最低值，一個(gè)次低值。氣壓的日變化與氣溫日變化有關(guān)，與潮汐有關(guān)日較差隨緯度升高而減小第23頁/共49頁第二十三頁，共50頁。第24頁/共49頁第二十四頁，共50頁。2、氣壓的年變化(binhu) 氣壓的年變化(binhu)是以年為周期的波動?？梢苑譃橐韵氯N類型： （1）大陸型：一年中氣壓最高值 出現(xiàn)在冬季，最低值出現(xiàn)在夏季，氣壓年變化(binhu)值很大，并由低緯向高緯逐漸增大。（2）海洋型：一年中氣壓最高值 出現(xiàn)(chxin)在夏季，最低值出現(xiàn)(chxin)在冬季，氣壓年較差小于同緯度

13、的陸地。（3）高山型：一年中氣壓(qy)的最高值出現(xiàn)在夏季，最低值出現(xiàn)在冬季。第25頁/共49頁第二十五頁，共50頁。第26頁/共49頁第二十六頁，共50頁。大氣壓的高山(o shn)型年變化第27頁/共49頁第二十七頁，共50頁。（三）氣壓的非周期性變化（三）氣壓的非周期性變化(binhu)(binhu) 氣壓的非周期性變化氣壓的非周期性變化(binhu)(binhu)是指氣壓的是指氣壓的變化變化(binhu)(binhu)不存在固定周期的波動，它是氣不存在固定周期的波動，它是氣壓系統(tǒng)移動和演變的結(jié)果。壓系統(tǒng)移動和演變的結(jié)果。第28頁/共49頁第二十八頁，共50頁。第二節(jié) 氣壓(qy)場氣壓

14、的空間分布(fnb)稱為氣壓場第29頁/共49頁第二十九頁，共50頁。一、氣壓(qy)場的表示方法（一）等壓線和等壓面1、等高面圖 等高面是空間高度相等的（平）面。在等高面圖上，各點(diǎn)氣壓值不同，通過分析等壓線了解空間氣壓分布情況。 等壓線：同一等高面上(min shn)各氣壓相等點(diǎn)的連線。等壓線的形狀和疏密程度反映著水平方向上氣壓的分布形勢。第30頁/共49頁第三十頁，共50頁。第31頁/共49頁第三十一頁，共50頁。2、等壓面圖 等壓面是曲面的原因：下墊面性質(zhì)的差異、水平方向上溫度(wnd)分布和動力條件的不均勻，所以同一高度上各地的氣壓不一樣(如 海平面)第32頁/共49頁第三十二頁，共5

15、0頁。通常用等壓面圖上的等高線來表示等壓面附近的氣壓(qy)分布。第33頁/共49頁第三十三頁，共50頁。一、氣壓(qy)場的表示方法（二）位勢(wi sh)高度（重力位勢(wi sh)）位勢高度：將單位(dnwi)質(zhì)量的空氣從海平面（令其位勢等于零）抬升到任一高度Z時(shí)，克服重力所作的功，又稱為重力位勢，以J/kg為單位(dnwi)，簡稱為位勢。 1位勢米位勢米: 1空氣上升1米時(shí)，克服重力作了9.8J的功，也就是獲得了9.8J/kg位勢能(的高度差)，即：1位勢米9.8J/kg第34頁/共49頁第三十四頁，共50頁。8 . 9zgH位勢米和幾何米的換算(hun sun)公式位勢(wi sh)

16、高度重力(zhngl)加速度幾何高度位勢米是能量單位，幾何米是長度單位第35頁/共49頁第三十五頁，共50頁。二、氣壓場的基本(jbn)型式第36頁/共49頁第三十六頁，共50頁。 1、低 氣 壓等壓線閉合，氣壓自四周向中心遞減，氣流自四周逆時(shí)針向中心輻合的地區(qū)(dq)。低壓又稱為氣旋。2 2、低壓槽、低壓槽是低壓向某一方向延伸的部分，低壓槽中等壓線曲率最是低壓向某一方向延伸的部分，低壓槽中等壓線曲率最大處各點(diǎn)連線稱槽線，氣流大處各點(diǎn)連線稱槽線，氣流(qli)(qli)自槽線兩側(cè)向槽線輻自槽線兩側(cè)向槽線輻合。合。第37頁/共49頁第三十七頁，共50頁。低氣壓低氣壓 與與 低壓槽低壓槽第38頁/

17、共49頁第三十八頁，共50頁。第39頁/共49頁第三十九頁，共50頁。 高氣壓高氣壓 與與 高壓脊高壓脊第40頁/共49頁第四十頁，共50頁。5、鞍型場由兩兩相對排列的高、低壓區(qū)組成的氣壓系統(tǒng)，其空間等壓面形似馬鞍，故得此名。鞍型場兩高壓區(qū)之間是氣流(qli)的輻合地帶。第41頁/共49頁第四十一頁，共50頁。高空常見(chn jin)的氣壓系統(tǒng)高空氣壓系統(tǒng)比低空氣壓系統(tǒng)相對簡單多呈現(xiàn)(chngxin)沿緯向（即東西向）的平直或波狀等高線，有時(shí)也有閉合系統(tǒng)如切斷低壓、阻塞高壓 第42頁/共49頁第四十二頁，共50頁。1 1、溫壓場對稱的系統(tǒng)、溫壓場對稱的系統(tǒng)溫壓場對稱的系統(tǒng)指氣壓系統(tǒng)的高、低壓

18、中心溫壓場對稱的系統(tǒng)指氣壓系統(tǒng)的高、低壓中心(zhngxn)(zhngxn)與溫度場的冷暖中心與溫度場的冷暖中心(zhngxn)(zhngxn)重合的系統(tǒng)。包括深厚系重合的系統(tǒng)。包括深厚系統(tǒng)和淺薄系統(tǒng)兩類。統(tǒng)和淺薄系統(tǒng)兩類。第43頁/共49頁第四十三頁，共50頁。單位(dnwi)氣壓的高度差小于周圍地區(qū)第44頁/共49頁第四十四頁，共50頁。暖高壓：高壓中心(zhngxn)與高溫中心(zhngxn)重合。其空間結(jié)構(gòu)特征是：等壓面坡度隨高度的增高而增大，暖高壓隨高度逐漸增強(qiáng) 單位(dnwi)氣壓的高度差大于周圍地區(qū)第45頁/共49頁第四十五頁，共50頁。第46頁/共49頁第四十六頁，共50頁。冷

19、高壓：高壓中心與低溫中心重合冷高壓：高壓中心與低溫中心重合(chngh)(chngh)，冷高壓隨，冷高壓隨高度減弱，在一定高度以上消失，出現(xiàn)冷低壓高度減弱，在一定高度以上消失，出現(xiàn)冷低壓主要存在(cnzi)于對流層的低空第47頁/共49頁第四十七頁，共50頁。（二）溫壓場不對稱系統(tǒng)（二）溫壓場不對稱系統(tǒng)地面的高、低壓中心與溫度場的冷暖地面的高、低壓中心與溫度場的冷暖(lngnun)中心配置不相中心配置不相重合的系統(tǒng)。系統(tǒng)的中心軸線不鉛直，而發(fā)生傾斜。地面低壓重合的系統(tǒng)。系統(tǒng)的中心軸線不鉛直，而發(fā)生傾斜。地面低壓中心軸線隨高度升高不斷向冷區(qū)傾斜，高壓中心軸線隨高度升中心軸線隨高度升高不斷向冷區(qū)傾

20、斜，高壓中心軸線隨高度升高不斷向暖區(qū)傾斜。高不斷向暖區(qū)傾斜。北半球中高緯度的冷空氣多從西北方向移來、因而低壓中心軸線北半球中高緯度的冷空氣多從西北方向移來、因而低壓中心軸線常常向西北方向傾斜；高壓的西南側(cè)比較暖和，高壓中心軸線常常向西北方向傾斜；高壓的西南側(cè)比較暖和，高壓中心軸線多向西南方向傾斜。多向西南方向傾斜。第48頁/共49頁第四十八頁，共50頁。謝謝大家(dji)觀賞！第49頁/共49頁第四十九頁，共50頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)地球大氣時(shí)時(shí)刻刻都在運(yùn)動?？諝膺\(yùn)動的原因：大氣壓力分布的不均勻（氣壓梯度(t d)力）。除在有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動的地區(qū)外，一般條件下其誤差1。會伴隨氣流輻合或輻散，造成質(zhì)量的增多或減少。動力因子：大氣運(yùn)動所引起的氣柱質(zhì)量的變化，可分為三種情況。輻合與輻散：由于空氣運(yùn)動速度的不均勻而導(dǎo)致空氣質(zhì)量在某些區(qū)域堆聚或流散的現(xiàn)象。等壓線的形狀和疏密程度反映著水平方向上氣壓的分布形勢。位勢米和幾何米的換算公式。謝謝大家觀賞第五十頁，共50頁。