第一章_2大气运动方程.ppt

一、尺度分析和大气运动系统的分类 在尺度分析中，要规定以下诸量的典型期望值 各场变量的量级； 场变量变化幅度； 这些变化发生时的特征长度、厚度以及时间尺度。 For example:一个典型的中纬度天气尺度的地面气旋，其中心气压可能比平均地面气压低20mb，而水平尺度可能为2000公里。 水平气压梯度的量级为： 二、大尺度系统的运动方程 根据中纬度天气尺度系统的观测值，各场变化的特征尺度定义如右： 一级简化方程(最大项,次大项) 大尺度运动系统的特征(中高纬): 1.准水平 w→0 2.准静力平衡 3.准地转 地转偏向力与气压梯度力相平衡 4.自由大气 三、P坐标系的运动方程 z坐标系：(x,y,z,t)来表示空间点的位置 p坐标系：(x,y,p,t)来表示空间点的位置 1.等高面图的概念 a.等高面：空间高度相同的点组成的面 等高面为平面,面上高度处处相等,但气压不等 b.等压面：气压相等的点组成的面 等压面为曲面,气压相等,但海拔高度不等 所以 等压面图分析高度场——高空图 等高面图分析气压场——地面图 显示气压场形势 等压面图的优点： 不用观测空气的密度 “Z”系中方程显得复杂，而“P”系中方程简单 为了满足分析等压面的需要，因为实际工作中不分析等高面而分析等压面 1位势米 因为当z=1米 Φ=9.8焦/千克 所以认为定义一位势米就是9.8焦/千克 位势高度: g=9.8 常数 等高线的数值是高度单位，但不是几何高度，而是位势高度。所谓位势高度，就是把单位质量的物体从海平面上升到某高度时克服重力所作的功来表示的高度，其单位是位势米。 几何高度Z和位势高度h在数值上相差不大但概念上完全不同，一个是长度单位，一个是能量单位。 等位势面的优点: 等位势面不平行于等几何面,只在海平面上重合 等位势面处处与重力方向垂直,无重力分量——相当于是空中水平面 3. z坐标系与p坐标系的关系 因为日常报告的气象资料是各个等压面上的而不是等高面上的。在数学上这需要把垂直坐标的自变数 转换到 ，而水平气压梯度要转换到等压面上的高度梯度。 a.关系式 垂直方向 水平气压梯度力的大小表示等压面坡度的大小 二层等压面上：位势梯度～梯度力～地转风相等 二层等高面上：气压梯度 梯度力 地转风 4,“p”坐标系的运动方程 一级简化: 零级简化: “P”系的优越性 不用观测空气的密度 “Z”系中方程显得复杂，而“P”系中方程简 为了满足分析等压面的需要，因为实际工作中不分析等高面而分析等压面 * * 第2节 大气运动方程 标准坐标系的运动方程(局地直角坐标系) 分量形式： 大气运动的典型尺度 湍涡 龙卷 海陆风 山谷风 雷暴 台风 飓风 温带气旋、反气旋 行星波 平均纬向风 1-100米 100米-1公里 1公里-100公里 100公里-1000公里 1000-10000公里 10000-40000公里 40000公里 几小时 10 km 小尺度 1天 102 km 中尺度 几天 103 km 大尺度 周 104 km 行星尺度 时间尺度 水平尺度(水平范围所占有的空间) 大气运动系统的分类 表 1.4 水平运动方程的尺度分析 A B C D E 表 1.5 垂直运动方程的尺度分析 零级简化方程(最大项) 2,等压面图的高度单位(位势高度) 几何米、位势米、位势能 mgh 重力势能(位势)——单位质量空气由海平面上升到z高 度时,克服重力所做的功 表达式: 单位：焦耳/千克 g=const b.垂直速度: z系: p系 :