大气基本方程组.ppt

Department of Atmospheric Sciences Yunnan University 第一章 天气动力基础 第2节 大气运动基本方程组 一. 局地直角坐标系下三维运动方程组 分量形式： 2、连续方程 根据质量守恒原理，一个空间，有大气流入，则该空间质量增加，增加的质量就是流入的质量。。如果这个空间就是单位体积，那么质量的变化就是密度的变化。 表达式： 或， 展开： 全导数形式： 讨论: 1、速度散度的意义 称为速度散度 ，其中 为比容 单位时间质量 的变化率 单位时间体积 的变化率 2、水平速度散度和垂直速度的关系 对不可压缩大气有 即 则 即大气的水平辐散减弱了大气的上升运动 即大气的水平辐合增强了大气的上升运动 3、补偿原理 高低层大气不会同样的散度，互相之间会进行质量补偿，以保证这个气 柱的质量变化较小，只有一个层次的散度的量级的十分之一。这样才能 够使一个气压系统可以维持数日。如果上下层都是同样的散度，那么气 压系统很快就消亡了，例如一个低压，地面是辐合系统，如果上下层是 辐合，那么大量质量流入，很快就使气压升高到低压消失。而补偿原理 则应该是低层辐合，高层辐散，上升运动，这样就可以维持系统了。同 理对于地面高压，也是应该是低层辐散，高层辐合，下沉运动。 地面低压 地面高压 辐散 辐散 辐合 辐合 4、二维水平散度比一维散度小一个量级 Department of Atmospheric Sciences Yunnan University 大气是可以压缩和膨胀的，但是整体的体积变 化比单方向的变化要小一个量级，这就是大气 的部分不可压性质。 1热力学第一定律：物体受到以外的加热（非绝热加热）就会使本身的温度升高，内能增加；还会受热膨胀，对外做功。 三、热力学能量方程 2 热力学方程 非绝热加热 内能增加 对外做功 热力学能量方程推导 Department of Atmospheric Sciences Yunnan University 热力学能量方程推导 热力学能量方程 ：温度局地变化项，表征局地温度随时间的变化， 可以预报某地温度的变化。这样的方程叫做预报 方程或倾向方程。 热力学能量方程物理意义 1 温度平流项 表示大气的水平运动对热量的输送，输送正的热 量称为暖平流，输送负的热量就是冷平流。 热力学能量方程物理意义 2 垂直运动项 因为一般大尺度都是稳定层结（小范围局地可以 是不稳定层结），先假设层结稳定： 热力学能量方程物理意义 3 非绝热加热项 太阳辐射是加热大气的主要形式，赤道附近是热源，极地的冷源。 大气运动基本方程组 动力学方程组（展开三个） 连续方程 热力方程（热流量方程） 状态方程（有时会用到） 思考题 1 大气的基本方程组有那些方程？ 2 用热力学方程说明影响当地气温变化的因素有那些？并思考在热带、中高纬地区气温变化的影响因素有那些不同？ 3 举例说明大气具有部分不可压性质。 Department of Atmospheric Sciences Yunnan University