1、第4周教案（第三章 第七、八節 第四章 第一至五節）課時：4教學目標：1.通過學習重點掌握大氣中的逆溫。2理解并會運用作用在氣塊上的力。3.熟練掌握自由大氣中的風（包括地轉風和梯度風）。4.掌握地轉風隨高度的變化熱成風。周教案內容分配：第一次課：（第三章 7、8節）2014.09.22第二次課：（第四章 1節）2014.09.251.本周教學學生課下學習量：22.本周大作業設計：思考題第四周 第一次課（2課時）第三章 第七、八節 第四章 第一節時間：（具體時間2014年 月 日）課時目標：通過學習重點掌握大氣中的逆溫，理解并會運用作用在氣塊上的力。備注：師生互動：采用問答式講授教學重點：大氣中

2、的逆溫。教學難點：作用在氣塊上的力。教學過程設計：復習與提問：回顧上次課主要內容，提問：1.什么是濕絕熱？2.什么是焚風？新課導入：通過本次課我們學習大氣中的逆溫，大氣中的逆溫是一種強穩定的大氣層節，他可以阻礙空氣垂直運動的發生發展，使近地面大量的煙、塵、水汽凝結物聚集在它的下面，能見度變壞。因此，逆溫也是對農業資源環境影響較大的一種天氣現象。新課講授 以教師講授與課堂提問學生回答相結合的方式進行 第三章 第七、八節 第四章 第一節內容的教學活動。本次課內容主要包括以下幾部分：第三章 大氣熱力學第七節 局地溫度變化的影響因素分析與判斷第八節 大氣中的逆溫第四章 大氣的運動第一節 作用在氣塊上的

3、力課程小結：總結本次課主要內容，強調本次課重點與難點部分。布置課下活動內容及下次課課前預習內容課時內容（教學內容）：詳案附后教學參考資料推薦：氣象學與氣候學教程葛朝霞學生課下活動設計：1. 真正使空氣質點運動的力有哪些？哪些力可使得已經運動的空氣質點的運動方向發生改變？2. 水平地轉偏向力具有哪些性質？3. 什么是氣壓梯度力？它的大小方向如何？時間限制：1課時；考核方式：作業。課后反思：課時內容（教學內容）：課前給出問題，學生自學，課堂以提問方式總結主要知識點3.7局地溫度變化的影響因素分析與判斷一、熱流量方程熱力學第一定律：熱流量方程：其中， 為單位時間內流入氣塊的熱量，即熱流量。氣溫個別變

4、化： 表示某一（運動）空氣質點（微團）氣溫隨時間的變化率，又稱氣溫隨體導數。氣溫局地變化： 固定空間點處氣溫度隨時間的變化率。結論：氣溫局地變化=個別變化+平流變化+對流變化3.8大氣中的逆溫1、逆溫對流運動的阻擋層，即隨高度升高氣溫也升高。a0幾種情況：輻射逆溫（經常發生，日出后消失）平流逆溫（冬季沿海）暖空氣平流到冷的地面或冷的水面上，會發生接觸冷卻作用，愈近地表面的空氣降溫愈多，而上層空氣受冷地表面的影響小，降溫較少，于是產生逆溫現象。這種因空氣的平流而產生的逆溫，稱平流逆溫（圖2·37）。但是平流逆溫的形成仍和湍流及輻射作用分不開。因為既是平流，就具有一定風速，這就產生了空氣

5、的湍流，較強的湍流作用常使平流逆溫的近地面部分遭到破壞，使逆溫層不能與地面相聯，而且湍流的垂直混合作用使逆溫層底部氣溫降得更低，逆溫也愈加明顯。另外，夜間地面輻射冷卻作用，可使平流逆溫加強，而白天地面輻射增溫作用，則使平流逆溫減弱，從而使平流逆溫的強度具有日變化。湍流逆溫（舉例，計算）由于低層空氣的湍流混合而形成的逆溫，稱為湍流逆溫。其形成過程可用圖2·36來說明。圖中AB為氣層原來的氣溫分布，氣溫直減率（）比干絕熱直減率（d）小，經過湍流混合以后，氣層的溫度分布將逐漸接近于干絕熱直減率。這是因為湍流運動中，上升空氣的溫度是按干絕熱直減率變化的，空氣升到混合層上部時，它的溫度比周圍的

6、空氣溫度低，混合的結果，使上層空氣降溫?？諝庀鲁習r，情況相反，會使下層空氣增溫。所以，空氣經過充分的湍流混合后，氣層的溫度直減率就逐漸趨近干絕熱直減率。圖中CD是經過湍流混合后的氣溫分布。這樣，在湍流減弱層（湍流混合層與未發生湍流的上層空氣之間的過渡層）就出現了逆溫層DE。（4）鋒面逆溫冷暖空氣團相遇時，較輕的暖空氣爬到冷空氣上方，在界面附近也會出現逆溫，稱之為鋒面逆溫。（5）下沉逆溫如圖2·38所示，當某一層空氣發生下沉運動時，因氣壓逐漸增大，以及因氣層向水平方向的輻散，使其厚度減?。╤h）。如果氣層下沉過程是絕熱的，而且氣層內各部分空氣的相對位置不發生改變，這樣空氣層頂部下沉的距

7、離要比底部下沉的距離大，其頂部空氣的絕熱增溫要比底部多。于是可能有這樣的情況：當下沉到某一高度上，空氣層頂部的溫度高于底部的溫度，而形成逆溫。例如，設某氣層從空中下沉，起始時頂部為3500m，底部為3000m（厚度500m），它們的溫度分別為12和10，下沉后頂部和底部的高度分別為1700m和1500m（厚度200m）。假定下沉是按干絕熱變化的，則它們的溫度分別增高到6和5，這樣逆溫就形成了。這種因整層空氣下沉而造成的逆溫，稱為下沉逆溫。下沉逆溫多出現在高氣壓區內，范圍很廣，厚度也較大，在離地數百米至數千米的高空都可能出現。冬季，下沉逆溫常與輻射逆溫結合在一起，形成一個從地面開始有著數百米的深

8、厚的逆溫層。由于下沉的空氣層來自高空，水汽含量本來就不多，加上在下沉以后溫度升高，相對濕度顯著減小，空氣顯得很干燥，不利于云的生成，原來有云也會趨于消散，因此在有下沉逆溫的時候，天氣總是晴好的。第四章 大氣的運動第四章 大氣的運動一、氣壓隨高度的變化：由于大氣質量的3/4集中于大氣的低層，因此氣壓與高度是成反比，即隨著高度的升高，氣壓是逐漸降低的。但由于空氣質量分布不均，氣壓隨著高度減小的快慢程度不一。（一）靜力學方程：大氣靜力平衡狀態，垂直受力為零：dp=-gdz意義：負號：表示氣壓隨著高度是降低的因重力加速度變化小，因此氣壓在垂直方向上減小的快慢程度主要決定于空氣密度，低層空氣密度大，氣壓

9、隨高度降的快；高層空氣密度小，氣壓隨高度降的慢。條件：大氣是靜止的，無水平和垂直運動。（二）單位高度氣壓差：每改變一個單位高度時氣壓的變化量 單位：mb/100m、hpa/100m 公式：Gz=-dp/dz=-(-gdz)/dz=g 意義：Gz愈大，氣壓隨高度降得愈快。（三）單位氣壓高度差：氣壓每改變1mb所需要上升或下降的高度 單位：m/mb、m/hpa 公式：h=-dz/dpdz/ -gdz=1/g 意義：單位氣壓高度差與空氣密度成反比；低層空氣密度大，單位氣壓高度差小，氣壓隨高度降的快；高層空氣密度小，單位氣壓高度差大，氣壓隨高度降的慢。二、氣壓隨時間的變化：大氣具有流動性和連續性，因此

10、氣壓變化的實質就是空氣柱內空氣質量的增多或減少。（一）影響空氣運動的因素： 1、熱力因素：溫度高，空氣受熱膨脹，空氣密度變小，空氣發生輻散現象，氣壓下降。溫度低，空氣冷卻收縮，空氣密度變大，空氣發生輻合現象，氣壓升高。 2、動力因素：水平氣流的輻合和輻散輻合：空氣聚積，且前面的運動速度小于后面的運動速度，產生空氣的堆積，導致氣壓上升。輻散：背離。且前面的運動速度大于后面的運動速度，產生空氣的擴散，導致空氣的氣壓下降。總體上看，高空的輻合、輻散量大于低空的輻合、輻散量。空氣密度：移來的氣團密度大，空氣質量增多，氣壓上升（如冷空氣南下）移來的氣團密度小，空氣質量減少，氣壓下降（如暖空氣北上）空氣的

11、垂直運動a：無運動，空氣質量不變，則Pa不變b：有下沉運動，上層空氣質量減少，Pb變小c：有上升運動，上層空氣質量增多，Pc變大（二）氣壓的變化：1、氣壓的日變化：一天中有兩個高值，兩個低值。2、氣壓的年變化：陸地上：最大在冬季，最小在夏季 海洋上：最大在夏季，最小在冬季 高原上：最大在夏季，最小在冬季三、氣壓場（一）氣壓場的表示方法： 氣壓場：氣壓的空間分布等高面圖：在等高面上用等壓線表示水平方向上的氣壓分布狀況1、等壓線：同一水平面上氣壓相等各點的連線2、等高面：空間海拔高度相等各點連成的面3、等高面圖：等高面與一組等壓面在空間相割，在等高面上有許多交線，即等高面上的等壓線所組成的圖。高壓

12、區：等高面與上凸的等壓面相割得到一組氣壓值遞減的閉合區低壓區：等高面與下凹的等壓面相割得到一組氣壓值遞增的閉合區4、海平面圖：把同一時刻各測站的海平面氣壓值填在一張空白的地形圖上，結合風向，把氣壓值勤相等的各點用平滑的曲線連接起來，構成當時的海平面圖，即高度為零的等高面圖。等壓面圖：在等壓面上用等高線表示等壓面空間起伏特征的圖1、等高線：空間高度相等各點的連線2、等壓面：空間氣壓相等各點連成的曲面。 特點：不是平面，而是曲面或傾斜的面 等壓面上凸：中心數字大于四周 等壓面下凹：中心數字小于四周3、等壓面圖：用不同高度的等高面截等壓面，在等高面上得到許多交線（等高線），將各高度上的截線投影到水平

13、面上，得到一張有許多等高線的等壓面圖。 等高線中心數值大對應上凸的等壓面 等高線中心數值小對應下凹的等壓面 等高線密集說明空間的等壓面此處坡陡 等高線稀疏說明空間的等壓面此處坡緩 4、等壓面圖上的等高線的單位：位勢高度：單位質量（1000g）的物體，從海平面（位勢高度為零）抬升到Z高度時克服重力所作的功。即位勢米。 1位勢米=9.8J/kg 1位勢什米=10位勢米 位勢米與幾何高度的換算：H=g/9.8Z H：位勢米（能量單位，作功的大?。?g：緯度處的重力加速度 Z：幾何高度（高度的單位）空間氣壓場的分布：hpa(mb)1000850700500300100m0150030005500900

14、016000(二)氣壓場的基本形式： 1、低氣壓（低壓）：在流場中稱氣旋 等高面圖：等壓線閉合，中心氣壓值低，空間形狀類似盆地 2、高氣壓（高壓）：在流場中稱反氣旋 等高面圖：等壓線閉合，中心氣壓值高，空間形狀類似倒放的鍋 3、低壓槽：從低壓中心向外伸出的狹長的區域。槽中曲率最大點的連線就是槽線。空間形狀類似狹谷。 4、高壓脊：從高壓中心向外伸出的狹長的區域。脊中曲率最大點的連線就是脊線。空間形狀類似山脊。 5、鞍型氣壓場（鞍）：兩個高壓、兩個低壓相對的中心區域。類似馬鞍。(三)氣壓場的空間結構： 根據單位氣壓高度差h=1/g得，單位氣壓高度差與溫度成正比，溫度高，空氣密度小，兩個等壓面的間距

15、大，氣壓降低的慢；溫度低，空氣密度大，兩個等壓面的間距小，氣壓降低的快。根據氣壓和氣溫的配置關系，有如下的溫壓系統：深厚的對稱系統溫度場中的暖中心與氣壓場區中的高壓中心相重合，冷中心與低壓中心相重合，形成暖高壓和冷低壓兩個深厚的對稱系統。1、暖高壓：由于中心溫度高，空氣密度小，則單位氣壓高度差大，而四周相對中心溫度低，空氣密度大，單位氣壓高度差小，越向高空，中心位置的兩個等壓面的間距愈大，四周兩個等壓面的間距變小，等壓面上凸的強烈，形成深厚的暖高壓系統。2、冷低壓：由于中心溫度低，空氣密度高，則兩個等壓面的間距小，而四周相對中心溫度高，空氣密度小，兩個等壓面的間距大，越向高空，中心位置的兩個等

16、壓面的間距愈小，四周兩個等壓面的間距變大，等壓面下凹強烈，形成深厚的冷低壓系統。淺薄的對稱系統溫度場中的暖中心與氣壓場中的冷低壓中心相重合，冷中心與高壓中心相重合，形成暖低壓和冷高壓兩個淺薄的對稱溫壓系統。1、暖低壓：由于中心溫度高，空氣密度小，則兩個等壓面間距大，則四周相對溫度較低，空氣密度大，兩個等壓面的間距小。越向高空，中心位置的兩個等壓面的間距愈大，而四周兩個等壓面的間距越小，等壓面趨于平緩，到一定高度后，低壓中心消失，再向高度發展則形成暖高壓形勢。2、冷高壓：由于高壓中心溫度低，空氣密度大，兩個等壓面的間距小，而四周相對中心溫度高，空氣密度小，兩個等壓面的間距大，隨著高度的增加，等壓

17、面上凸平緩，到一定高度后，高壓中心消失，繼續發展則形成冷低壓。溫壓場不對稱系統：即溫度場中的冷暖中心與氣壓場中的高低壓中心不重合，氣壓中心軸線是傾斜的。1、高壓區：在暖區上空，因空氣密度小，則兩個等壓面的間距大，愈向高空，溫差愈大，暖區一側的等壓面間距愈大，因此中心軸線向暖區一側傾斜。北半球的暖空氣來自南方，則軸線傾向西南方向形成脊。2、低壓區：在冷區上空，因空氣密度大，則兩個等壓面的間距小，冷區一側等壓面愈向高空愈向冷區一側傾斜。北半球的冷空氣來自西北，則軸線傾向西北形成槽。4.1、作用在氣塊上的力一、氣壓梯度力：1、氣壓梯度：垂直等壓線方向，單位距離內氣壓的改變量。即有方向，又有大小。 方

18、向：垂直等壓線從高壓指向低壓 大?。?dp/dn dp：兩個等壓線間的壓差，為負值dn：兩個等壓線的垂直距離-：表示沿此方向氣壓是降低的 單位：mb/赤道度（1赤道度=111公里） 特點：當兩個等壓線間的壓差一定時，兩個等壓線間的垂直距離愈大，即等壓線愈稀疏，氣壓梯度愈小，反之，氣壓梯度愈大。2、氣壓梯度力：周圍空氣介質作用在單位質量空氣塊表面上壓力的合力。 公式：G =-dp/dn 方向：垂直于等壓線從高壓指向低壓AABO 意義：水平氣壓梯度力與氣壓梯度是成正比的，氣壓梯度越大，水平氣壓梯度力也愈大；當氣壓梯度一定時，水平氣壓梯度力與空氣密度成反比，即愈高空，空氣密度愈小，水平氣壓梯度力也就

19、愈大，風也就愈大。因此水平氣壓梯度力是空氣運動的原始動力，是實力。實際大氣中，水平氣壓梯度值很小，約為1hPa/100km.垂直氣壓梯度值要大得很多，約為水平氣壓梯度值的104 倍，垂直氣壓梯度值雖大，但由于有重力與它平衡，所以空氣所受的總的垂直分力并不大，水平氣壓梯度力雖小，但大氣水平運動的起動力，起作用是非常可觀的。 二、水平地轉偏向力：若無其它力與水平氣壓梯度力抗衡，則風從高壓吹向低壓，風速不斷增大，并垂直于等壓線。而實際上風是平行于等壓線的，風速也受到了限制。主要的原因是地球自轉的緣故 1、定義：空氣是在轉動的地球上運動的，由于地球的轉動而產生作用于空氣的慣性力。它是使空氣運動偏離水平

20、氣壓梯度力方向的主要原因。sin2、水平地轉偏向力的形成： 如右圖 3、水平地轉偏向力的大小： OA=Vt AOA=t AA=oAAOA=Vt S=1/2at2 AA S Vt=1/2at2 a=2V F=ma=2mV單位質量空氣受到的地轉偏向力是 A= -2 V為地球自轉角速度224小時 7.29×10-5 秒-1V為水平風速北極：地平面軸與地軸相重合，則A=-2 V赤道：地平面軸與地軸垂直，=0，則A=0任一緯度：自轉軸與地軸交角大于零小于90º，則=sin A=-2 Vsin4、特點：A是為解釋轉動的物體產生偏向而假想的力，只有物體相對于地面有運動時產生的，物體靜止時

21、，沒有AA的方向與空氣運動方向始終是垂直的，只改變空氣運動的方向，不改變運動的速度，在北半球，背風而立，偏向運動的右方，南半球則偏向左方。若空氣運動的速度一定時，水平地轉偏向力與緯度成正比，緯度愈高水平地轉偏向力愈大。（三）慣性離心力：1、定義：在曲線軌道上運動的空氣質點時刻受到一個離開曲率半徑中心向外的作用力，這個力是為空氣質點保持慣性方向而產生的。2、大小C=V2/r=2r V：空氣運動的線速度 r：空氣運動的曲率半徑 ：空氣運動的角速度3、方向：與空氣運動方向相垂直，指向曲率半徑的處側。4、特點：慣性離心力是一個假想的力，只改變空氣的方向，不改變空氣運動的速度；此力的值較小，只有在氣旋中

22、才很大。（四）摩擦力：1、定義：空氣運動時，因受地面摩擦和氣層間的相互摩擦作用，減緩空氣運動速度，此阻力稱為摩擦力。2、公式：R=-KVR：摩擦力K：摩擦系數V：風速-：R與V方向相反（五）四種力的區別：1、水平氣壓梯度力是促使空氣運動的原始動力2、水平地轉偏向力和慣性離心力都是假想的力，只改變空氣運動的方向，而不改變空氣運動的速度。3、水平氣壓梯度力和摩擦力是實力，即改變空氣運動的方向，又改變空氣運動的速度4、在赤道上：A=0，忽視水平地轉偏向力的作用直線運動：r=0，忽視慣性離心力的作用在自由大氣中的空氣：K=0，忽視摩擦力的作用第四周 第二次課（2課時）第四章 第二至五節時間：（具體時間

23、2014年 月 日）課時目標：通過本次課學習自由大氣中的風、熱成風。教學重點：自由大氣中的風、熱成風。教學難點：大氣運動方程，p坐標系中的運動方程。教學過程設計：復習與提問：回顧上次課主要內容，提問：1.什么是氣壓梯度力？它的大小方向如何？2.水平地轉偏向力具有哪些性質？新課導入：上一次課我們學習了作用在氣塊上的力，本節課我們重點要學習自由大氣中的風包括地轉風和梯度風。對這些內容的學習為短期氣溫預報奠定基礎。新課講授 以教師講授與課堂提問學生回答相結合的方式進行第四章 第二至五節內容的教學活動。本次課內容主要包括以下幾部分：第二節 大氣運動方程及其簡化第三節 p坐標系中的運動方程第四節 自由大

24、氣中的風第五節 地轉風隨高度的變化熱成風 課程小結：總結本次課主要內容，強調本次課重點與難點部分。 布置課下活動內容及下次課課前預習內容課時內容（教學內容）：詳案附后教學參考資料推薦：氣象學與氣候學教程葛朝霞學生課下活動設計：1. 什么是地轉風？什么是梯度風？風場與氣壓場關系如何？梯度風什么情況下等于地轉風？2. 熱成風的成因是什么？熱成風與平均等溫線有何關系？熱成風在風隨高度變化中有些什么作用？3. 地面冷高壓隨高度將會發生什么變化？高空會是什么系統對應？時間限制：1課時；課后反思：課時內容（教學內容）：課前給出問題，學生自學，課堂以提問方式總結主要知識點4.2大氣運動方程及其簡化一、運動方

25、程大氣運動方程是表示作用于空氣微團上的力與其所產生的加速度之間的關系式。矢量式： 直角坐標系中標量式：大氣運動類別L(m)H(m)V(m/s)w(m/s)t(s)大尺度10510610410110-2>105中尺度104105103104101100104105小尺度<104103104100101100101<104根據大氣運動分類及其尺度，對大氣運動方程中各項的量級進行比較，以便簡化方程，稱為尺度分析。首先，討論自由大氣中大尺度水平運動方程：由此可見，自由大氣中大尺度水平運動方程可簡化為：上述簡化方程即為地轉風方程，也稱地轉平衡方程，表示氣壓梯度力與地轉偏向力平衡（赤道地

26、區除外）。該方程考慮速度場的時間變化，不能用于天氣預報。若要討論速度場時間變化，則必須保留速度時間導數，即其次，討論自由大氣中大尺度垂直運動方程：由此可見，自由大氣中大尺度垂直運動方程可簡化為：上述簡化方程即為大氣靜力學方程，表示垂直方向上氣壓梯度力垂直分量與重力平衡。該方程對中、小尺度大氣運動也是成立的，但是對強烈的小尺度大氣運動，則要考慮垂直加速度dw/dt。對于小尺度大氣運動，其水平加速度和氣壓梯度力同量級，而地轉偏向力要小一個量級，可不考慮，于是運動方程簡化為：4.3 p坐標系中的運動方程（自學）4.4 自由大氣中的風自由大氣中大規模的水平運動基本是在各種力平衡下，運動速度保持不變的運

27、動，稱之為平衡運動。一、地轉風（平直等壓線的氣壓場中的風 C0） 1、定義：在自由大氣中，因氣壓場是平直的，空氣僅受水平氣壓梯度力和水平地轉偏向力的作用，當二力大小相等方向相反時，空氣的水平運動稱為地轉風。2、形成：在自由大氣中，因氣壓場是平直的，空氣僅受水平氣壓梯度力的作用，從高壓指向低壓。當質點產生運動時，立刻受到水平地轉偏向力的作用，并指向質占運動的右方面隨著水平氣壓梯度力的增大，風速增大，水平地轉偏向力增大，氣流不斷右偏當水平地轉偏向力增到與水平氣壓梯度力大小相等方向相反時，空氣沿著等壓線平行作直線運動，稱地轉風。3、風速：條件：水平氣壓梯度力=水平地轉偏向力即：G=A -dp/dn=

28、2 Vsin 則：Vg= -dp/dn1/2sin 意義：當密度和緯度一定時，風速與氣壓梯度力成正比，等壓線愈密，風速愈大；當水平氣壓梯度力和緯度一定時，風速與空氣密度成正比，高空密度小，風速大；當水平氣壓梯度力和空氣密度一定時，風速與緯度成反比，緯度愈高，風速愈大。4、白貝羅風壓定律：在北半球，風是順著等壓線吹的，背風而立，低壓在左手邊，高壓在右手邊，南半球則相反。（二）梯度風（彎曲等壓線的氣壓場中的風 C0）1、定義：在自由大氣中，空氣質點作曲線運動時，受到水平氣壓梯度力、水平地轉偏向力和慣性離心力的共同作用，當三個力達到平衡時的空氣運動，稱梯度風。2、低壓區中的風速在北半球A+C=G 風是逆時針吹 3、高壓區中的風速：在北半球A=G+C 風是順時針吹 4、梯度風的特性：空氣運動的速度受水平氣壓梯度、緯度和曲率半徑的影響當氣壓梯度和緯度在同一氣壓場中時，Vac>Vg>Vc Vg: A=G Vac: A=G+C Vc: A=G-C而實際大氣中則是Vc>Vac在高壓中：如果空氣運動的曲率半徑減小，則慣性離