动力气象学第一章.ppt

动 力 气 象 学 大气科学、海洋科学专业04级 （2006年2月－7月） 大气科学系 郭品文 第一章、绪论 动力气象学（课程）研究对象，任务和方法 动力气象学发展简介 一、对象、任务和方法 1、研究对象 2.任务： 本校大气科学专业教学特色： 3.方法 物理基础：力学、热力学； （不去研究声、光、电、降水的微物理过程） 数学基础：微积分（微分方程），矢量分析，场论（欧拉观点），计算数学。 步骤：气象问题 → 物理模型 → 数学模型 → 求解 → 解释原问题 侧重在首尾两步 二、发展简介 * * 尺度范围很广 如气象学涉及以下几种空间尺度的系统 大尺度：106m 中尺度：105 m 小尺度：104m 气旋反气旋 暴雨系统 龙卷风 本课程研究的对象： 大尺度大气中发生的天气过程 在日常天气图上可见；影响日常天气 两个重要特点： 地球半径ａ≈6000km 与大尺度系统尺度近似 地球的自转重要 → 旋转流体力学 在旋转坐标系下考虑流体运动，与一般流体运动差别很大 气象系统的垂直厚度Ｄ～104m 很扁平的一层 ∴是准水平 → 大尺度大气运动 ※ “准”的含义 水平运动： 垂直速度为零。 准水平运动：主要是水平运动，但垂直运动也很重要（降水的形成）。 地转运动：科氏力与气压梯度力相等，加速度等于零。 准地转运动：科氏力与气压梯度力近似相等，加速度不等于零，系统能发展。 动力气象学（课程）的研究对象: 考虑地球自转的、准水平运动大尺度大气动力过程。 大尺度系统，又称天气尺度系统、天气系统。 动力气象学与天气学不同之处在于： 天气学：从观测资料出发，经验性的，总结天气过程的发生发展规律，（主观）推断可能机理 动力学：从物理定律出发，从理论上，揭示天气过程的发生发展规律和机理 理论联系实际： 天气学与动力气象学相互渗透交叉 －－－－天气动力学 气象学是一门古老的学科： 人们一直试图去解释天气、预测天气 大气是一个物理系统， 近代动力气象学发展的推动力： 1、各种观测仪器的发明，通过观测大气，对观测现象的发现。 2、物理学、数学等基础学科的发展。 (1)19世纪20年代～20世纪20年代 19世纪20年代之后，开始有了近代气象学——1820年Brandes绘制了第一张天气图，用外推法预测高低压的移动 形成了地面天气图，开创近代天气分析和天气预报方法。 （2）～20世纪30年代 1904年建立了旋转大气运动方程组。 欧洲学术发展兴盛：卑尔根学派（皮叶克尼斯1920年――锋面学说） （3）～20世纪60年代 动力气象迅速发展的时期 背景：二战爆发后，海陆空军参战，由于战争的需要，建立了高空观测网，气象要素发展为三维系统（＋时间～四维） 高空500hPa图的最主要特点：波动（时间上，空间上） 美国学术发展兴盛：芝加哥大学Rossby――动力气象学之鼻祖 1939年，他提出了长波学说，称此波为大气长波或Rossby波。 气象中最主要的理论：波动理论 这一时期的主要理论成果： 地转适应理论（Rossby，1938） 行星波的能量频散理论（Rossby，叶笃正，1949） 行星波的斜压不稳定（恰尼，1947；伊台，1949）——热力机制 行星波的正压不稳定（郭晓岚，1949）——动力机制 大气运动的尺度分析（恰尼，1949） 数值预报理论（恰尼等，1950，芝加哥大学） ——成功地进行了数值预报，把前面的理论基础归结为一个简单的预报方程。 （4）～至今 1.热带大气动力学 热带的水汽，对流，潜热释放等影响全球；非常重要；ENSO现象 热带观测仪器有：卫星，国际上的专门试验 第二类条件不稳定CISK机制（恰尼，1964） 积云对流参数化（郭晓岚，1965）——用大尺度的量表示小尺度的对流问题， （类似于物理学中，用宏观量来表达描述微观运动） 热带波动学（松野，1966）——Kelvin波,Rossby重力波，重力惯性内波 2.中小尺度动力学 是由于测站间距大于中小尺度系统得自身尺度，故常规观测不到中尺度系统。 60年代后借助