【课件】第3章 空气的运动 第1节 空气的水平运动-风

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1、2011/9/18中国民航大学空管学院第三章空气的运动中国民航大学空管学院Page1第三章空气的运动大气是处于不停的运动状态之中的，大气的运动可分为水平运动和垂直运动两部份。空气的水平运动就是通常所说的风。风对于地球上热量和水份的输送起着重要作用，直接影响着各地区天气的变化和气候的特征。本章对空气水平运动和垂直运动的形成及基本规律、对航空运行的影响进行介绍。中国民航大学空管学院Page2第一节空气的水平运动——风一、风的表示和测量二、风的形成三、风的变化中国民航大学空管学院Page3一、风的表示和测量之风的表示矢量：风向（WindDirection）和风速（WindSpeed

2、）。气象风的风向：风的来向地面风：十六方位空中风：用度数表示航行风的风向：风的去向用度数表示气象风与航行风相差180°风速：单位时间内空气移动的距离。米/秒（m/s）、千米/小时（km/h）海里/小时（nm/h）也称为节（KT）中国民航大学空管学院Page4一、风的表示和测量之风的表示在民航地面气象观测中，统一规定测量距地面约10米高度上的风。中国民航大学空管学院Page5一、风的表示和测量之风的表示中国民航大学空管学院Page6一、风的表示和测量之风的测量风向风速仪测风气球风袋多普勒测风雷达等AMDAR中国民航大学空管学院Page7中国民航大学空管学院Page8

3、二、风的形成之形成风的力1、水平气压梯度力（G）2、地转偏向力（A）3、摩擦力（R）4、惯性离心力（C）中国民航大学空管学院Page9二、风的形成之形成风的力—水平气压梯度力1、水平气压梯度力（G）单位质量空气在气压场中由于气压分布不均匀而受到的力称为气压梯度力。气压梯度力是引起空气运动的主要的力，空气的水平运动，主要是在水平气压梯度力的作用下产生的。水平气压梯度力的大小取决于水平气压梯度和空气密度的大小，其方向垂直于等压线由高压指向低压。它的单位为牛顿／千克。中国民航大学空管学院Page10二、风的形成之形成风的力—水平气压梯度力1、水平气压梯度力（G）1P气压梯度力：G

4、N式中ρ是空气密度，△P是两等压面间的气压差，△N是两等压面间的垂直距离。气压梯度力的方向由高压指向低压，其大小与气压梯度-△P成正比，与空气密度ρ成反比中国民航大学空管学院Page11二、风的形成之形成风的力—地转偏向力2、地转偏向力（A）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。中国民航大学空管学院Page12物理模型——转盘试验试验设置：O点固定在转盘中心，A位置为转盘外固定点，由O向A

5、抛出小球A正上方视图ot1t2t3t4t5Aott12t3t4t5A球的飞行路线自转盘外看是直线。但在转盘内看來，由于A的位置也在移动，故不是直线。二、风的形成之形成风的力—地转偏向力2、地转偏向力（A）按牛顿运动定律，这种看来向右偏转。好像是小球在作直线运动时，时刻受到的一个同它运动方向相垂直并指向其右方的作用力，就是由于圆盘转动所产生的偏向力，也就是随圆盘一起转动的观察者所观察到的力。这种力是假想的，事实上并无任何物体作用于小球来产生这个力，只是为了要在一个非惯性系里以牛顿定律来解释所观察到的现象而引进的一个假想力。中国民航大学空管学院Page14二、风的形成之形成风的力—

6、地转偏向力2、地转偏向力（A）地球不停地绕地轴以角速度ω从西向东自转，生活在地球上的人和上述圆盘上的人很相似会很自然地以转动的地表作为衡量物体运动的标准，所不同的是转动的球体表面更为复杂。地转偏向力只是在空气相对于地面有运动时才产生，空气处于静止状态时没有地转偏向力作用。而且地转偏向力只改变气块运动方向而不能改变其运动速度。中国民航大学空管学院Page15二、风的形成之形成风的力—地转偏向力2、地转偏向力（A）在南半球，由于地平面绕地轴按顺时针方向转动，因而地转偏向力指向运动物体的左方，其大小与北半球同纬度上的地转偏向力相等。赤道地转偏向力为0。AV2sin北半球指向右，南半球

7、指向左。中国民航大学空管学院Page16二、风的形成之形成风的力—摩擦力3、摩擦力（R）是两个相互接触的物体作相对运动时，接触面之间所产生的一种阻碍物体运动的力。Rkv中国民航大学空管学院Page17二、风的形成之形成风的力—摩擦力3、摩擦力（R）摩擦力的大小在大气中的各个不同高度上是不同的，以近地面层（地面至30~50m）最为显著，高度愈高，作用愈弱，到1~2km以上，摩擦力的影响可以忽略不计。所以，把此高度以下的气层称为摩擦层（或行星边界层），此层