大气水平运动的原因是什么(大气水平运动的主要原因)

导语：大气运动和天气系统（大气水平运动、大气环流、主要的天气系统）

一、大气的水平运动（理解大气运动的概念，掌握作用于空气的力、自由大气中的空气运动，以及风随高度的变化特征）。

空气运动是地球大气最重要的物理过程。由于空气运动，不同地区、不同高度之间的热量、动量、水分等得以交换，不同性质的空气得以交流，从而产生各种天气现象和天气变化。

（一）作用于空气的力

空气的水平运动是由所受的力决定的。作用于空气的力有：

1.水平气压梯度力：气压分布不均与产生气压梯度，使空气具有由高压区流向低压区的趋势，通常把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。水平气压梯度力是使空气运动即形成风和决定风向、风速的主导原因。

2.地转偏向力：由于地球转动使地球上运动的物体发生方向偏转的力，称为地转偏向力。 包括水平和垂直两个分量对于垂直分量。在风速相同情况下，地转偏向力随纬度的增高而增大，赤道上地转偏向力等于零，两级地转偏向力最大。

3.惯性离心力：当空气作曲线运动时，受惯性离心力作用。惯性高心力方向与空气运动方向垂直，并由曲线路径的曲率中心指向外缘。

4.摩擦力：运动状态不同的汽层之间、空气和地面之间都会产生相互作用阻碍气流的运动，这种相互作用称为摩擦力。摩擦力总是阻碍气流的运动。摩擦力的大小随髙度不同而变化。近地面层(地面至30~50m)最大，高度愈高，作用愈弱，到1 ~2km以上其影响可以忽略。此高度以上称为自由大气，以下的气层称为摩擦层或行星边界层。

（二）自由大气的运动

自由大气中空气运动规律比摩擦层简单。空气作直线运动时，只需考虑气压梯度力和地转偏向力；空气作曲线运动时，还需考虑惯性离心力。

1.地转风：地转风指自由大气中空气作匀速直线运动。地转风方向与气压场之间存在一定的关系，即白贝罗风压定律：在北半球背风而立，高压在右，低压在左；相反，再南半球背风而立，低压在右，高压在左。

当不考虑摩擦时，地转偏向力与气压梯度力平衡。地转风是严格的平衡运动，等压线必须是直线。

2.梯度风：自由大气中，空气作曲线运动时，地转偏向力、气压梯度力、惯性离心力达到平衡时的风称为梯度风。当空气作直线运动时，惯性离心力为零，梯度风转为地转风，因此地转风是梯度风的特例。

梯度风有气旋性弯曲和反气旋性弯曲两类。所以存在气旋区内梯度风和反气旋区内的梯度风。

反气旋内存在气压梯度极限值此值与曲率半径r有关。如果r很小或气压梯度力很大，地转偏向力不可能与方向相反的气压梯度力和离心力平衡，就不能维持梯度风。所以反气旋中心区不可能存在很大的气压梯度。气旋区内则不存在极限值。

（三）风随高度的变化

1.地转风随高度的变化—热成风

水平温度分布不均导致气压梯度随高度发生变化，风相应的随高度发生变化。由水平温度梯度引起的上下层风的向量差，称为热成风。

2.摩擦层中风随高度变化

摩擦层风随高度的变化，受摩擦力和气压梯度随高度变化的影响。在汽压梯度不随高度变化的情况下，离地面愈远，风速愈大，风向与等压线的交角愈小。把北半球摩擦层中不同高度上风的向最投影到同一水平面上，可得到一条风向风速随高度变化的螺旋曲线， 称为埃克曼螺线。

由埃克曼媒线可以看到，当高度很小时，风速隨高度増加很快，但风向改变不大；随髙度増大风速増加缓慢，风向却显著向右偏转，最终趋于地转风。在离地面10m以下的气 层中摩擦力随髙度増加迅速减小，所以要求测风仪离地面10~ 12m以上。根据风速大小可将风力划分为12级。

二、大气环流（理解大气环流的概念，掌握全球环流、季风环流及局地环流的特性及其运动）。

大气环流是指大范围内具有一定稳定性的各种气流运行的综合现象。水平尺度可涉及某个地区、半球甚至全球；垂直尺度有对流层、平流层、中间层或整个大气圈的大气环流；时间尺度有一日至数日、月、季、半年、一年甚至多年的平均大气环流。其主要表现形式包括全球行星风系、三圈环流、定常分布的平均槽脊和高空急流、西风带中的大型扰动、 季风环流。

（一）全球环流

1.全球气压带

如果地表性质均匀，那么地表气压完全取决于纬度。在热力和动力因子作用下，气压的水平分布呈现规则的气压带，且高低气压带交互排列。

原因：这种分布规律主要由于地表温度随纬度分布不均匀造成的。赤道附近，终年受热，温度高，空气膨胀上升，到髙空向外流散，导致气柱质量减小，低空形成低气压，称赤道低压带；两极地区气温低，空气冷却收缩下沉，积聚在低空，而高空伴有空气辐和合，导致气柱质量増加，在低空形成高压区，称极地高压带。从赤道上空流向两极地区的气流在地转偏向力的作用下，流向逐渐趋于纬线方向，阻滞来自赤道上空的气流流向高纬，空气质虽増加，形成高压带，称副热带高压带。副热帯高压带和极地低压带之间有一个相对的低压带称为副极地低压带。气压带每年随等温线移动几个纬度，对季节性的气候变化有影响。

2. 行星风系：不考虑海陆和地形的影响，地面盛行风的全球形式称为行星风系。依据气压系 统分布状况和风压关系，可以判断盛行风情况。

3.经向三圏环流

假设地球不自转，且表面均匀，由于赤道和两极受热不均，赤道上空的空气流向极地，而低层气流自极地流向赤道，这样在赤道和极地之间会形成一个南北闭合的环流。 但地球不停自转，空气一旦开始运动，地转偏向力便随之发生作用。在地转偏向力的作用下，南北半球分别形成三圈环流。

4.高空西风带的波动和急流

（二）季风环流：大陆和海洋间的广大地区，以一年为周期、随着季节变化而方向相反的风系，称为风系。季风是海陆间季风环流的简称，它是由大尺度的海洋和陆地间热力差异形 成的大范围热力环流。夏季由海洋吹向大陆的风为夏季风；冬季由大陆吹向海洋的风为冬季风。一般夏季风由暖湿热带海洋气团或赤道海洋气团构成，冬季风则由干冷的极地大陆气团构成。

分布：主要季风区位于35°N-25°N ， 30°W-170°E之间，而南亚和中国东 南部季风特别发达。南亚和东亚是世界最著名的季风区，其环流特征主要表现为冬季盛行东北季风，夏季盛行西南季风。

亚洲季风环流

（三）局地环流

行星风系与季风都是大范围气压场控制下的大气环流。由局部环境如地形起伏、地表受热不均等引起的小范围气流，称为局地环流。包括海陆风、山谷风、焚风等地方性风。

1.海陆风：在滨海地区，白天风从海上吹向陆地；晚间风从陆地吹向海洋，这就是海 陆风环流。

海陆风

2．山谷风

当大范围水平气压场较弱时，山区白天地面风从谷地吹向山坡；晚间地面风从山坡吹向谷地，这就是山谷风环流。形成机制：白天，山坡空气比同高度的自由大气増热强烈， 暖空气沿坡上升，成为谷风；夜间山坡辐射冷却，迅速降温，而谷地中同高度空气冷却较慢，因而形成与白天相反的热力环流，下层风由山坡吹向山谷，称为山风。

山谷风

3.焚风

气流受山地阻挡被迫抬升，迎风坡空汽上升冷却，起初按干绝热递减率降温 (1℃/100m),当空气达到饱和状态时，水汽凝结，汽温按湿绝热递减率降低(0.5~ 0.6℃/100m),大部分水汽在迎风坡降落。气流越过山后顺坡下沉，基本按干绝热递减率 增温，以致背风坡气温比同高度迎风坡气温高，从而形成相对干热的风，称为焚风。

焚风

三、主要天气系统（理解天汽系统基本概念，掌握气团和锋面、气旋、反气旋的生成、发展、结构和天气）。

大气中引起天气变化的各种尺度的运动系统称天气系统。一般多指温压场和风场中的大气长波、气旋、反气旋、锋面、台风、龙卷风等。根据水平尺度和生命史，天气系统可分为：

（一） 气团和锋

1.气团

定义：气团指在广大区域内水平方向上温度、温度、铅直稳定度等物理属性较均匀的大块空气团。其水平范围由数千米到数千千米，垂直范围由数千米到十余千米甚至伸展到对流层顶。气团按其热力性质可分为冷气团和暖气团。冷、暖气团是根据气团温度与所经下垫面的温度对比来定义的。气团向比它暖的下垫面移动，称为冷汽团；向比它冷的下垫面移动，称为暖气团。按气团的源地的地理位置和下垫面性质可分为：冰洋大陆气团、冰洋海洋气团、极地大陆气团、极地海洋气团、热带大陆气团、热带海洋气团、赤道气团。

2.锋及其分类

温度或密度差异很大的两个气团相遇形成的狭窄过渡区域，称为锋。由于锋附近的福和气流及冷暖空气的相对运动，使锋面上的暖空气不断上升，所以棒面上多云雨天气。

根据锋移动过程中冷暖气团的替代情况，怪可分为冷性、暧锋、准静止锋、锢囚锋四种类型。冷锋是指冷气团主动向暖气团移动的锋；暖锋则是暖气团主动向冷气团移动的锋准静止锋是指很少移动或移动速度非常缓慢的锋；囚锢锋是指锋面相遇、合并后的锋。

冷锋的模型

（二） 气旋和反气旋

1.气旋：气旋是由锋面上或不同密度空气分界面上发生波动形成的，占有三度空间、 中心气压比四周低的水平空气涡旋。北半球气旋空气按反时针方向自外围向中心运动。

2.反气旋：反气旋是占有三度空间的，中心气压比四周高的大型空气涡旋。

气旋与反气旋

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