大氣的運動教學課件課程內容目錄01大氣受熱過程與能量傳遞了解太陽輻射如何驅動大氣運動，探討能量在大氣中的傳遞方式和熱力環(huán)流的形成機制。02大氣運動的基本原理與類型學習驅動大氣運動的各種力，認識不同尺度的大氣運動類型和特征。03全球與局地大氣運動實例通過具體案例分析全球風系和局地風的形成，理解它們對天氣氣候的影響。課堂小結與思考題第一章大氣受熱過程與能量傳遞太陽輻射是大氣運動的根本動力源，理解受熱過程是掌握大氣運動規(guī)律的關鍵。地球大氣受熱不均的根源地球曲率效應由于地球是球體，不同緯度接收太陽輻射的角度不同。赤道地區(qū)太陽直射，單位面積接收能量最多；極地地區(qū)太陽斜射，能量分散，形成明顯的緯度溫差。海陸熱力性質差異陸地比熱容小，升溫快降溫也快；海洋比熱容大，升溫慢降溫也慢。這種差異導致同緯度地區(qū)海陸之間存在顯著溫差，形成熱力對比。太陽輻射時空分布地球自轉和公轉造成太陽輻射在時間和空間上分布不均。季節(jié)變化、晝夜交替都會引起局地受熱條件的改變，驅動大氣運動。地球接受太陽輻射的空間差異這幅示意圖清楚地展示了太陽輻射在地球表面的分布規(guī)律。赤道地區(qū)接受垂直入射的太陽光，能量集中；而極地地區(qū)接受的是傾斜入射的陽光，能量分散在更大的面積上。這種輻射強度的緯度差異是形成地球溫度帶的根本原因，也是驅動全球大氣環(huán)流的基礎動力。從熱帶到極地的溫度梯度，為大氣運動提供了源源不斷的能量。熱力學基礎：空氣的熱脹冷縮熱空氣的特征分子運動加快，體積膨脹密度降低，浮力增大向上運動，形成低壓區(qū)在上升過程中逐漸冷卻冷空氣的特征分子運動緩慢，體積收縮密度增大，重量增加向下運動，形成高壓區(qū)在下沉過程中被壓縮升溫空氣的這種熱力性質是大氣運動的物理基礎。溫度差異導致密度差異，進而形成氣壓梯度，驅動空氣從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，形成風。大氣能量傳遞的三種方式輻射傳遞太陽以電磁波的形式向地球傳遞能量，地表吸收后再以長波輻射的形式向大氣傳遞熱量。這是大氣獲得能量的主要方式，也是維持地球能量平衡的關鍵過程。對流傳遞熱空氣上升，冷空氣下沉，形成對流循環(huán)。這種垂直方向的熱量傳遞方式效率很高，能快速調節(jié)大氣溫度分布，是局地天氣形成的重要機制。傳導傳遞地表與近地面空氣直接接觸進行熱交換。雖然空氣是熱的不良導體，但在地表附近的薄層大氣中，傳導仍是重要的熱量傳遞方式。熱力環(huán)流的形成過程地表受熱太陽輻射加熱地表，近地面空氣溫度升高，密度減小，開始向上運動?？諝馍仙裏峥諝獬掷m(xù)上升到一定高度，在上層開始冷卻，密度逐漸增大。冷卻下沉冷卻后的空氣密度增大，開始下沉運動，形成完整的循環(huán)系統(tǒng)。這種熱力環(huán)流是大氣運動的基本形式，在不同尺度上都有體現(xiàn)，從小尺度的海陸風到大尺度的全球環(huán)流，都遵循這一基本原理。第二章大氣運動的基本原理與類型多種力的共同作用塑造了復雜多樣的大氣運動形式，從局地微風到全球風系。驅動大氣運動的四大力1水平氣壓梯度力空氣從高壓區(qū)流向低壓區(qū)的基本驅動力。氣壓梯度越大，風速越快。這是風形成的根本原因，決定了風的基本方向和強度。垂直于等壓線，指向低壓大小與氣壓梯度成正比2科里奧利力地球自轉產生的偏向力，使運動中的空氣發(fā)生偏轉。在北半球向右偏，南半球向左偏，是形成復雜風向的關鍵因素。與風速和緯度成正比垂直于風向，不改變風速3摩擦力地表粗糙度對空氣流動的阻礙作用。在近地面層影響顯著，隨高度增加而減弱。地形、植被都會影響摩擦力大小。與風速相反方向海洋上摩擦小，陸地上摩擦大4重力維持大氣垂直平衡的基本力。雖然主要作用于垂直方向，但對大氣密度分布和氣壓變化有重要影響。維持大氣分層結構影響空氣垂直運動大氣運動中的力的相互作用在實際的大氣運動中，這些力并不是單獨作用的，而是相互配合、相互制約，形成復雜的動態(tài)平衡。高空風的形成在高空，摩擦力很小，主要是氣壓梯度力和科里奧利力的平衡，形成與等壓線平行的地轉風。近地面風的特點近地面風受三種力共同作用，風向與等壓線斜交，風速比高空風要小。大氣運動的基本類型水平運動（風）空氣的水平流動，是我們最熟悉的大氣運動形式。根據(jù)規(guī)?？煞譃椋壕值仫L：海陸風、山谷風等小尺度風系季風：區(qū)域性季節(jié)變化風系全球風系：信風、西風、極地東風垂直運動空氣的升降運動，雖然速度較慢，但對天氣形成至關重要：對流：熱力驅動的垂直運動輻合上升：水平氣流匯聚引起上升輻散下沉：水平氣流分散引起下沉局地風系：海陸風與山谷風海陸風系統(tǒng)1白天海風陸地升溫快，形成低壓；海洋升溫慢，相對高壓?？諝鈴暮Ｑ罅飨蜿懙兀瑤頉鏊瑵駶櫟暮ｏL。2夜晚陸風陸地冷卻快，形成高壓；海洋冷卻慢，相對低壓?？諝鈴年懙亓飨蚝Ｑ螅纬筛稍锏年戯L。山谷風系統(tǒng)1白天谷風山坡受熱升溫快，空氣沿山坡向上流動，從谷底補充空氣，形成由谷地吹向山坡的谷風。2夜晚山風山坡冷卻快，冷空氣沿山坡下沉，形成由山坡吹向谷地的山風，帶來涼爽的夜晚。季風系統(tǒng)的形成與影響夏季風特征海洋上形成高壓，大陸上形成熱低壓，形成從海洋吹向大陸的西南季風。帶來豐沛的降水，是農業(yè)灌溉的重要水源。風向：西南或東南特點：溫暖濕潤影響：雨季來臨冬季風特征大陸上形成冷高壓，海洋上相對低壓，形成從大陸吹向海洋的東北季風。帶來干燥寒冷的天氣，降水稀少。風向：東北或西北特點：干燥寒冷影響：旱季到來季風氣候對亞洲地區(qū)的農業(yè)生產、水資源分配和經濟發(fā)展都有著深遠影響，是該地區(qū)最重要的氣候特征之一。全球風系的基本格局赤道低壓帶（ITCZ）位于赤道附近，由于強烈的太陽輻射，空氣受熱上升，形成低壓帶。是全球降水最多的區(qū)域之一。副熱帶高壓帶位于南北緯30°附近，由赤道上升的空氣在此下沉形成?？刂茀^(qū)域天氣晴朗少雨，是世界主要沙漠分布帶。中緯度西風帶位于副熱帶高壓與極地高壓之間，盛行西南或西北風。是溫帶氣旋活動的主要區(qū)域。極地東風帶由極地高壓控制，盛行東北或東南風。帶來寒冷干燥的極地大陸性氣候。全球大氣環(huán)流的立體結構這幅全球大氣環(huán)流示意圖展現(xiàn)了地球上空復雜的三維風系結構。從赤道到兩極，形成了三圈環(huán)流：哈德里環(huán)流：赤道與副熱帶之間費雷爾環(huán)流：副熱帶與極地之間極地環(huán)流：極地地區(qū)的局地環(huán)流這種環(huán)流模式是理想化的，實際上受到海陸分布、地形起伏、季節(jié)變化等多種因素影響，形成更加復雜的風系。氣壓系統(tǒng)與天氣的關系高壓系統(tǒng)（反氣旋）空氣在中心下沉，向四周輻散。下沉過程中空氣被壓縮升溫，相對濕度降低，不易形成云雨。天氣特征：晴朗少云風向：北半球順時針，南半球逆時針季節(jié)影響：夏季炎熱干燥，冬季寒冷干燥低壓系統(tǒng)（氣旋）空氣向中心輻合上升。上升過程中空氣絕熱冷卻，相對濕度增加，容易形成云雨天氣。天氣特征：多云多雨風向：北半球逆時針，南半球順時針季節(jié)影響：帶來降水和氣溫的顯著變化科里奧利力的全球影響科里奧利力的基本特征只改變運動方向，不改變速度大小力的大小與風速和緯度正弦值成正比在赤道為零，向兩極逐漸增大只作用于水平運動的物體科里奧利力的實際影響臺風旋轉方向：北半球逆時針，南半球順時針信風方向：東北信風和東南信風的形成洋流方向：影響全球海洋環(huán)流模式河流沖刷：北半球右岸，南半球左岸第三章全球與局地大氣運動實例通過具體的天氣系統(tǒng)案例，深入理解大氣運動規(guī)律在現(xiàn)實中的體現(xiàn)。熱帶輻合帶（ITCZ）的季節(jié)性移動熱帶輻合帶是赤道附近的低壓帶，是南北半球信風匯合的地帶。由于太陽直射點的季節(jié)性移動，ITCZ也會發(fā)生南北移動。1夏季位置（7月）ITCZ移動到北緯10-15度附近，為北半球熱帶地區(qū)帶來豐沛降水。非洲薩赫勒地區(qū)、印度次大陸進入雨季。2冬季位置（1月）ITCZ南移至南緯5-10度，南半球熱帶進入雨季，北半球熱帶相對干燥。澳大利亞北部、巴西東北部降水增加。ITCZ的移動直接影響熱帶地區(qū)的降水分布，是理解熱帶氣候變化的關鍵。副熱帶高壓帶與世界沙漠分布副熱帶高壓帶是全球氣候格局中的重要組成部分，其控制區(qū)域具有典型的干旱半干旱氣候特征。形成機制赤道上升的暖濕空氣在副熱帶地區(qū)下沉下沉過程中空氣被壓縮升溫，相對濕度降低形成穩(wěn)定的高壓控制，盛行下沉氣流阻礙對流活動，降水稀少主要沙漠分布北半球：撒哈拉沙漠、阿拉伯沙漠、北美西南部沙漠南半球：卡拉哈里沙漠、澳大利亞大沙漠、阿塔卡馬沙漠西風帶與溫帶氣旋活動西風帶是中緯度地區(qū)最重要的大氣環(huán)流系統(tǒng)，控制著溫帶地區(qū)的天氣變化。西風急流高空強勁的西風氣流，是溫帶氣旋生成和移動的導向帶。速度可達200-300km/h。鋒面系統(tǒng)不同性質氣團相遇形成的界面，分為冷鋒、暖鋒、遮蔽鋒等，帶來多變天氣。溫帶氣旋西風帶中的低壓系統(tǒng)，具有完整的鋒面結構，影響范圍廣，持續(xù)時間長。天氣影響帶來豐富的降水，調節(jié)溫帶地區(qū)的水熱平衡，是農業(yè)生產的重要水源。極地東風帶與極地氣候極地東風帶特征由于極地地區(qū)全年接受太陽輻射少，地表和近地面空氣溫度很低，形成穩(wěn)定的極地高壓。風向：盛行東北風（北極）和東南風（南極）溫度：全年低溫，冬季極夜期間更加寒冷濕度：空氣干燥，降水稀少穩(wěn)定性：氣團穩(wěn)定，天氣變化緩慢對全球氣候的影響極地冷空氣的存在維持了全球溫度梯度，驅動著中高緯度的大氣環(huán)流。極地冰蓋的反射作用也是全球能量平衡的重要組成部分。海陸風對沿海城市氣候的調節(jié)作用海陸風是沿海地區(qū)最典型的局地風系，對城市氣候具有重要的調節(jié)作用，特別是在緩解城市熱島效應方面發(fā)揮著重要作用。白天海風的降溫效應白天陸地溫度高于海洋，海風從相對涼爽的海面吹向陸地，為沿海城市帶來天然的"空調"效應，可使沿海地區(qū)溫度降低2-5℃。夜間陸風的凈化作用夜晚陸風將城市中積累的污染物吹向海洋，起到凈化城市空氣的作用。但也可能將污染物輸送到近海海域。濕度調節(jié)功能海風帶來海洋水汽，增加空氣濕度，緩解城市干燥；陸風相對干燥，形成濕度的日變化，影響舒適度和云霧形成。亞洲季風對區(qū)域氣候的深遠影響亞洲季風是世界上最強烈、影響范圍最廣的季風系統(tǒng)，直接影響著全球近一半人口的生活和生產。夏季風的影響農業(yè)生產西南季風帶來的豐沛降水是亞洲農業(yè)的生命線，特別是水稻種植業(yè)高度依賴季風降水。水資源分配季風期的降水為河流、湖泊和地下水提供主要補給，影響全年的水資源供應。冬季風的特點干燥少雨東北季風從干燥的大陸吹來，帶來少雨的旱季，是旱作農業(yè)和冬小麥種植的適宜期。氣溫影響冬季風降低氣溫，但也帶來晴朗天氣，有利于太陽能的利用和某些作物的生長。極端天氣中的大氣運動機制熱帶氣旋（臺風/颶風）在熱帶海面上形成的強烈渦旋系統(tǒng)，中心氣壓極低，風速可達200km/h以上。需要海表溫度≥26.5℃、科里奧利力、垂直風切變小等條件。能量來源：海洋潛熱釋放結構特征：眼壁、螺旋雨帶移動路徑：受副熱帶高壓引導龍卷風強對流天氣中形成的小尺度渦旋，雖然影響范圍小，但風速極大，破壞力驚人。多發(fā)生在春夏季的午后。形成條件：強垂直風切變空間尺度：直徑幾十米到幾千米時間尺度：持續(xù)幾分鐘到幾小時強對流天氣在不穩(wěn)定大氣條件下發(fā)生的劇烈垂直運動，包括雷暴、冰雹、強降水等。是局地大氣運動最激烈的表現(xiàn)形式。觸發(fā)機制：地面強加熱、輻合抬升發(fā)展條件：大氣不穩(wěn)定、水汽充沛影響：短時強降水、大風、冰雹臺風：大氣運動的極端體現(xiàn)大氣運動的破壞力臺風是大氣運動最壯觀也最具破壞性的表現(xiàn)形式。這幅衛(wèi)星云圖展示了臺風完美的螺旋結構，體現(xiàn)了大氣運動中各種力的精妙平衡。臺風的能量機制海洋為臺風提供巨大的能量水汽凝結釋放的潛熱維持臺風發(fā)展一個成熟臺風釋放的能量相當于數(shù)百顆原子彈移動路徑的影響因素副熱帶高壓的強度和位置西風槽和冷空氣的引導作用地形和海陸分布的影響課堂知識要點總結1大氣運動的根本動力太陽輻射的不均勻分布是大氣運動的根本動力。地球曲率、海陸差異、季節(jié)變化都會影響太陽輻射的空間分布，進而驅動大氣運動。2多種力的協(xié)調作用氣壓梯度力、科里奧利力、摩擦力和重力共同作用，形成復雜的風場結構。不同高度、不同地區(qū)的風向風速都是這些力平衡的結果。3全球風系的分布規(guī)律從赤道到兩極形成有規(guī)律的氣壓帶和風帶交替分布，這種格局控制著全球的氣候分布和天氣系統(tǒng)的活動。4局地風系的實際應用海陸風、山谷風等局地風系對區(qū)域氣候有重要調節(jié)作用，在城市規(guī)劃、農業(yè)生產、環(huán)境保護等方面都有實際應用價值。理解大氣運動規(guī)律不僅有助于天氣預報和氣候預測，更是防災減災、可持續(xù)發(fā)展的科學基礎。課后思考與討論思考題1：緯度與大氣環(huán)流為什么赤道附近空氣上升而極地空氣下沉？這種垂直運動如何影響全球的水熱分布？試從能量平衡的角度分析。思考題