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第三章-关于大气运动的基本规律
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
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