第三章-关于大气运动的基本规律.ppt

二、大气连续方程 质量守恒原理 或 其中：定义 为散度 辐散 辐合 三、热力学方程 四、气体状态方程 绝热、无摩擦 的情况下方程 组闭合 §4、对方程的求解和分析 一、垂直方向 dz 1m2 重力 垂直方向的气压梯度力 单位质量受到的重力：g 单位质量受到的垂直方向的气压梯度力： 若： 则，垂直方向上加速度为0，大气的作用力是平衡的， 此平衡称为“静力平衡”！ 实际大气中，这种情况是近似的，但近似的程度很高； 几何高度的增加总伴随着气压的下降，气压和高度总是相 对应的，因此气象上常采用气压作为高度坐标。 二、水平方向 1、等压线：气压处处相等的线 2、若等压线为直线，无摩擦 P0 P1 P2 P2 P1 P0 气压梯度力 地转偏向力 V 气压梯度力与地转偏向力平衡，此时空气块沿等压线作 匀速直线运动，这种风称为“地转风”，这种平衡称为 “地转平衡”。 气压梯度力 + 地转偏向力=0 风沿等压线吹，背风而立，高压在右（北半球） 3、若等压线为圆形，且中心气压高，向外降低，称为“高压” 无摩擦情况下： P0 P1 气压梯度力 地转偏向力 V 惯性离心力 地转偏向力 + 惯例离心力 + 气压梯度力 = 0 此平衡称为“梯度风平衡”，此平衡下的风称为“梯度风”。 北半球，高压中，风呈顺时针旋转，称为“反气旋” G 4、若等压线为圆形，且中心气压低，向外升高，称为“低压” 无摩擦情况下： P1 P0 地转偏向力 气压梯度力 V 惯性离心力 地转偏向力 + 惯例离心力 + 气压梯度力 = 0 此平衡称为“梯度风平衡”，此平衡下的风称为“梯度风”。 北半球，低压中，风呈逆时针旋转，称为“气旋” D 5、若有摩擦存在，以平行直线等压线为例 P0 P1 P2 气压梯度力 地转 偏向力 F V Vg D 称为 “地转偏差” 地转偏差，指向摩擦力的右侧，且与之垂直，指向低压一侧 地转偏差的作用： 低压 辐 合 上升运动 恶劣天气 高压 辐 散 下沉运动 好天气 6、热成风--------地转风随高度的变化 Vg1 Vg2 热成风VT 定义热成风： 水平温度梯度所引起的上下气层之间的地转风矢量差称为热成风 7、正压大气，斜压大气 正压大气：大气密度的分布仅仅随气压变化，即： 斜压大气：大气密度的分布不仅随气压变化，还随温度变化， 即： 第三讲 大气运动的基本规律 3.1 研究大气运动的主要坐标系 3.2 决定大气运动的主要作用力 3.3 描写大气运动的物理定律 3.4 风场和气压场的关系 为什么要分析大气运动？ 1903年，挪威气象学家V.Bjerknes提出：天气预报问 题不过是一组控制大气运动的动力和热力物理方程的初 值问题，天气预报就是这一数学方程组的解。 大气运动对大气中的水分、热量和动量的输送，能量的转换，以及天气、气候的形成、演变起着重要的作用。 怎么分析大气运动？ x 推力N t =0 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：N=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？ 分析步骤：1、建立坐标系 2、分析空气的受力情况 3、建立方程 4、求解方程得到t1时刻的v和s §1、坐标系 运动总是相对的 建立相应的坐标系 坐标系 惯性坐标系：适用于牛顿运动定律的参考系 非惯性坐标系： 局地直角坐标系 球坐标系 柱坐标系 自然坐标系 局地直角坐标系 自然坐标系 球坐标系 局地直角坐标系： X方向：与纬圈相切，向东为正 Y方向：与经圈相切，向北为正 Z方向：向上为正 在地球上可随意移动，在地球上的不同地点（X,Y,Z）的方向 是变化的； 在一个不大的范围内，又可以将（X,Y,Z）的方向看成不变； 考虑全球范围或极地地区的大气运动问题时必须采用球坐标 系，其余情况采用局地直角坐标系。 §2、受力分析 Q1：对谁做受力分析？ Q2：受到哪些力？ 将离散分