北大大气动力学基础课件第6章 中纬度天气尺度系统动力学：准地转理论.pptxVIP

1、大气的层结特征 2、中纬度天气系统的结构 3、建立中纬度天气系统的动力学理论：准地转理论 a) 垂直向运动满足(准)静力平衡 b) 水平向运动满足(准)地转平衡 c) 流体运动(准)不可压 d) 运动近似绝热，流点位温和位势涡度守恒 流体运动的三维速度场和扰动温度场等物理量均决定于位势高度场 4、用准地转理论解释中纬度天气系统的结构，研究温度平流和涡度平流在 中纬度天气系统的发生发展过程中的作用 第 6 章 中纬度天气系统动力学 § 1 大气层结与静力稳定度 节 − ∇p 0 + = 0 = 0 = 0 , = 0 , = − ρ0 g 气压仅仅是高度 z 的函数，因重力而引起. 根据状态方程和位温方程，有 p0 = p0 (z), ρ0 = ρ0 (z), T0 = T0 (z),θ0 =θ0 (z), 一般将大气的热力学状态随z 的分布，称为大气的层结特征。显然，若无重力， 所有热力学变量均与z无关。这说明，正是地球引力场造成了空间的非均匀性， 从而导致了热力学变量与 z 有关。 g 节 考虑静止大气： v ≡ 0: p0 , ρ0 , T0 , θ0 即所有的非绝热加热处于热平衡状态中。正是这种辐射平衡决定了温度场和其它 热力学场的空间分布。 1、臭氧： 臭氧主要分布在平流层中层， 2、二氧化碳： 二氧化碳在中间层顶以下是充分混合的。 3、水汽： 水汽主要分布在对流层低层 4、云 5、大气运动 § 1 大气层结与静力稳定度 Q山= 0 热力学能量方程化为 2×102 4 ×104 N2(sec –2) T(deg k) Z(km) 1、气压随高度变化特征 H = RT0 ---大气标高，可近 1 ∂po g 1 g 似看成常数。 po ∂z RTo H 在垂直方向经过10公里气压 的改变能达到本身的量级 ρo ∂ z = p o ∂ z − To ∂ z = + = − ~ 10 −5 / m ρo ∂z po ∂z 度的改变能达到本身的量 级 2、密度随高度变化特征 1 ∂ ρo 1 ∂p o 1 ∂ To 1 ∂ρo ≅ 1 ∂po 0 在垂直方向经过10公里密 大气层结特征： § 1 大气层结与静力稳定度 1 ∂p o Γ p o ∂ z To = − = − 3、位温随高度变化特征 = − = − = (Γd − Γ ) 在垂直方向经过10公里位温 的改变不能达到本身的量级 90 ∂z T0 ∂z p0 ∂z cp 1 g Γ Γd = = 0.98K / 100m 1 ∂ 90 1 ∂ T0 1 ∂p0 R § 1 大气层结与静力稳定度 大气质点的干绝热递减率 T c T 0 p 0 稳定度的概念：物理系统受到外界扰动后，它仍维持在受扰前的状态附近， 我们称它为稳定系统；它远离其受扰前的状态，则称此物理状态是不稳定 的。 § 1 大气层结与静力稳定度 层结稳定度 不稳定系统 稳定系统 层结(静力)稳定度： 在层结大气中， 若空气质点受到扰动在垂直方向发生 一位移，若该质点仍将返回原来的平 衡位置，则称此种层结大气是稳定的。 若质点继续远离平衡位置，则称此种 大气层结是不稳定的。 判据推导： dw 1 ∂p0 dt ρ ∂z dw T0 − T 90 − 9 0 0 dw ρ0 ρ − ρ0 dt