大气科学导论-第三讲(大气运动)剖析.ppt

连续介质假设中的流体质点既要充分小，以使它在流动中可当作一个点，同时又要足够大，能保持大量分子具有确定的平均效应值——各种宏观物理量值。 这种既大又小的流体质点，有时也称作流体微团或流体体素，一般则简称为流点。 在我们后面的讨论中，经常会用到这个概念——流体块，一个小的空气块。 将离散分子构成的实际流体看成由无数 个上述流体质点没有空隙连续分布而构成， 这就是连续介质假设。 二、作用于 “流点” 的力 1、万有引力——地心引力 M m r 2、摩擦力 外摩擦力：空气与地表之间的摩擦力 内摩擦力：空气之间的相对运动产生的摩擦力 3、气压梯度力-------气压分布不均匀造成 F1 F2=？ x y z ?x ?y ?z 长方体：?x，?y，?z，密度ρ 则：m= ρ?x?y?z 单位长度 气压的增长为： A P1 P2 P2 ----- 大小： 方向：与x轴正方向反向 即： P1+A??x 气压梯度力 因此，x方向的受到的力为： 因此，单位质量的空气微团， x方向的气压梯度力为： Px： 同理， Py： Pz： x方向的受到的力为： 写成矢量形式： 气压梯度力性质： 1、气压梯度力大小：与气压梯度成正比 2、气压梯度力方向：由高压指向低压 两地之间存在气压梯度的话，气压梯度就会把两地间的空气从气压高的一边推向气压低的一边，于是空气流动起来，风产生了。 万有引力 摩擦力 气压梯度力 施力对象 受力对象 真实力 非惯性坐标系下，情况如何？？ 4、惯性离心力 非惯性坐标系下静止的物体： r A A点有一小球，随圆盘一起逆 时针旋转。小球相对转盘静止。 惯性坐标系（圆盘外的人）： 小球是旋转的，有向心力 矛盾 非惯性坐标系（圆盘）： 小球是静止的 向心力： 因此，对于非惯性坐标系（圆盘），小球受向心力，但又是静止的，这是矛盾的，不满足牛顿运动定律。 引入惯性离心力，大小与向心力相等，方向相反。 1个恒星日=23小时56分4秒=86164s 5、地转偏向力 t=0 t=1 t=2 t=3 计划做匀速直线运动的兔子，在非惯性坐标系下的运动轨迹却是曲线，且偏向于运动方向的右侧。 Why ?? 引入地转偏向力： 从惯性坐标系下观测——直线运动； 从非惯性坐标系下观测——曲线运动。 科氏力的方向 地转偏向力的性质： 1、大小：与速度成正比 2、方向： 垂直于地球自转角速度 和速度 ； 所以，地转偏向力不做功，只改变运动方向。 背风而立， 地转偏向力指向运动方向的右边（北半球） 地转偏向力指向运动方向的左边（南半球） V V A A 北半球 向右偏 南半球 向左偏 热力环流 C A B C1 A1 B1 等压面 等高面 地面 冷 ——热—— 冷 高 ——低—— 高 大气科学学院 高庆九制作 大气科学导论 课程内容 第一章 概 述 第二章 大气的基本知识 第三章 关于大气运动的基本规律 第四章 气旋与反气旋 第五章 关于气团和锋的介绍 第六章 关于天气预报的基本方法和技术 第七章 海气相互作用的产物——厄尔尼诺 第八章 气候变化 为什么地球是椭圆球体？ 在北半球河流（如：长江）的左右两岸哪一岸凹? 单圈环流?三圈环流 思考题 本 章 内 容 第一节 坐标系 第二节 受力分析 第三节 大气运动方程——风压关系 第四节 大气运动方程组对方程的求解和分析 第三章 大气运动的基本规律 x 推力F t=t0 v=0 s=0 t=t1 v=？ s=？ 分析步骤：1、建立坐标系 2、分析小方块的受力情况 3、建立方程：F=ma；v0=0 4、求解方程得到t1时刻的v和s 光滑表面 怎么分析大气运动？ §1、坐标系 运动总是相对的 建立相应的坐标系 Run with Bolt ? 参考系 运动是普遍的、绝对的。 同一物体相对于不同的标准，具有不同的运动状况，这叫做运动的相对性。 例如火车启动后，对坐在火车里的乘客来说，车厢中的行李架是静止的，而站台上的人却看到行李架是运动的。两位观察者研究该物体（行李架）运动时所选择的标准不同。 要描述一个物体的位置和运动情况，就应该首先选定其他物体作为标准，并假定它（它们）是静止的，被