天气学原理(天气学)全套教学课件.pptx

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天气学原理

;本教材内容简介:本教材根据天气学和动力学原理相结合的原则,以中国天气过程和天气系统为主要对象,将天气动力学基本原理、天气分析和预报方法、中国天气过程三方面的内容有机地进行结合,内容全面,物理概念清晰,深入浅出,循序渐进。;主要参考书;绪论;二、天气学的发展

;单站与天气图预报结合阶段

20世纪20年代气团学说和极锋理论的提出

20世纪30年代高空天气图的引入与波动理论的建立阶段

20世纪40年代后期雷达的应用

20世纪50年代动力气象学原理、数学物理方法、统计学方法等应用于天气预报;;第一章大气运动的基本特征

第二章气团与锋

第三章气旋与反气旋

第四章大气环流

第五章天气形势及天气预报

;第一章大气运动的基本特征;坐标系;§1.1影响大气运动的作用力;

一、基本作用力(真实力);;气压梯度力;

x方向

pδyδz-(p+?p/?x?δx)δyδz

=-?p/?xδxδyδz;

沿Y方向

pδxδz-(p+?p/?yδy)δxδz

=-?p/?yδxδyδz

沿Z方向

pδxδy-(p+?p/?z?δz)δxδy

=-?p/?zδxδyδz;pδyδz-(p+?p/?x?δx)δyδz

=-?p/?xδxδyδz;;

●-▽p为气压梯度,由气压分布不均匀造成

●G的大小与ρ成反比,与▽p的大小成正比

●G的方向与与▽p的方向相反,即G由高压指向低压;2.地心引力;地球对大气的引力

大小:

方向:指向地心;3.摩擦力

---单位质量空气所受到的净粘滞力;粘滞力与风速垂直切变及面积成正比

单位面积粘滞力(切应力,雷诺应力);单位质量空气净粘滞力(X分量);单位质量空气净粘滞力(Y分量);单位质量空气净粘滞力(Z分量);考虑各面上的总摩擦力为:;;●摩擦力与风垂直切变的垂直变化成正比

●风垂直切变的垂直变化为正时,摩擦力指向正向,摩擦力使气块在正向加速

●风垂直切变的垂直变化为负时,摩擦力指向负向,摩擦力使气块在负向加速

●大气为低粘性流体,一般只在行星边界层(摩擦层)考虑摩擦作用,自由大气中则忽略摩擦作用;二、视示力;1.惯性离心力;;C=Ω2R;惯性离心力;2.地转偏向力(科氏力);旋转;分解后要注意每个矢量的旋转方向;;;讨论:;地转偏向力的大小:;水平地转偏向力;地转偏向力(大小方向)与速度矢量的关系:;;;风;3.重力;因地球为椭球体,重力与水平面垂直,无指向赤道的分量

重力在赤道最小,极地最大

纬度45度海平面的重力加速度为

g=9.806m/s2;1、站在转动的地球上观测单位质量空气所受到力有哪些?各作用力定义、表达式及意义如何?

2、地转偏向力与水平地转偏向力有何相同与不同?

3、柯氏力是怎样产生的,与速度的关系如何,南北半球有何区别?

4、惯性离心力是如何产生的,如无地球自转,此力存在否?

5、重力方向如何?与等高面是否垂直?海平面上重力如何?;§1.2控制大气运动的基本定律;一、全导数与局地导数的关系;二、旋转坐标系中的大气运动方程;局地直角坐标系中的大气运动控制方程;三、连续方程;;净流入量=流入量-流出量之差:;同理可得:;Z方向:;整个立方体的净流入量:;小立方体的质量为ρδxδyδz,在δt时间内质量的变化为:

;由(1.34)可推出:;流体为不可压缩时,即密度不变:;流体为不可压缩时,连续方程变为:;四、状态方程;五、热力学能量方程:;§1.3大尺度运动系统的控制方程

;2.尺度分析的步骤;3.大气运动系统的分类;4.大尺度系统的各场变量的特征尺度;二、基本方程的简化方法;水平运动方程的尺度分析;Y方向分量;零级简化方程:;三、大尺度系统运动方程;§1.4P坐标系中的基本方程组;;;;

;二.P坐标系与Z坐标系的转换关系;W=dz/dtω=dp/dt;;设F=Z,并利用静力平衡方程dp=-ρgdz代入(1.59)

-(1/r)(?p/?x)z=g(?z/?x)p

=(?f/?x)p

;;;§1.5风场和气压场的关系

一.地转风

二.梯度风

三.热成风

四.偏差风;-(1/ρ)?P/?y-2Ωusinφ=0

-(1/ρ)?P/?x+2Ωvsinφ=0;-(1/ρ)?P/?y-fu=0

-(1/ρ)?P/?x+fv=0

f=2Ωsinφ

fu=-(1/ρ)?P/?y,u=-(1/fρ)?P/?y

fv=(1/ρ)?P/?x,v=(1/fρ

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