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南京信息工程大学动力气象学第3章.ppt

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南京信息工程大学动力气象学I教学大纲

南京信息工程大学动力气象学I教学大纲

动力气象学 IDynamic Meteorology I课程编号：3160140、3150141、3150140、3150138课程属性：（专业主干课）学分：4 学分学时：64 学时（讲课：64 学时，上机：学时，实验：学时）课程性质：必修先修课程：高等数学、大学物理、流体力学、天气学原理适用专业：大气科学(大气科学、气候资源、海洋科学、大气物理、人工影响天气专业)教材：《动力气象学》，吕美仲、候志明、周毅编著，2008，气象出版社开课院系：大气科学学院大气科学系一、课程的教学目标和任务动力气象学是在热力学和流体力学的基础上，系统地讲述大气的动力、热力过程和大气运动的基本规律的一门主干课程。

具体说，它是应用物理学定律从理论上探讨大气环流维持、天气系统演变和其它大气运动过程规律和机理的学科，因而，它是天气学、数值天气预报及大气环流等专业课程的理论基础。

本课程，通过教学，目的在于使学生能深入地理解大气动力学的基本理论，了解近代动力气象学的主要进展，掌握大气运动过程的动力学分析方法和基本原理，从而使学生具有一定的理论水平与科学研究能力，为将来从事天气预报的业务及研究工作打下基础。

为达到上述目的，在教学中要求：1.努力贯彻理论联系实际的原则。

在教学内容和取材上，以现今国内外气象业务部门及科研单位所使用的有代表性的方法与理论为主体，讲课中以讲授基本原理为重点，遵循在实践中提出问题，然后解决问题，再回到实践中去的思路讲述本课程，使学生既能掌握基本原理，又能利用基本原理去探讨和解决实际问题。

2.注重理论的系统性。

本课程是一门理论性较强的课程，在努力贯彻理论联系实际的原则下，要突出本课程的特点，在教学中应该注意有系统、有条理地介绍它的内容，强调各部分内容之间的有机联系。

3.随着当代科学技术的迅速发展，气象科学中新理论新方法日新月异，因此，在教学中应密切注意吸收新的内容，及时介绍本学科国内外进展，帮助同学了解本学科现状及发展趋势。

第三章教案(气象类)

第三章教案(气象类)

《职业生涯规划》课程教案南京信息工程大学一、章节名称：第三章社会单位反馈的职场用人信息二、教学目的：社会各行业对人才能力需求有不同的要求，通过本章内容的教学，让学生了解社会需要什么样的人才，尤其是气象行业对人才需求的特殊要求，同时让学生掌握个人性格、兴趣与岗位性质的匹配规律，引导学生进行合理的职业定位，转变就业观念。

本章主要通过概念讲解和案例分析，帮助气象类专业学生如何更好的在职场中竞聘成功、立足、升职。

三、课时：2学时四、教学重点：性格、兴趣与岗位性质的匹配规律五、教学难点：如何正确认识自我，合理进行职业定位六、教学工具：多媒体PPT、视频七、教学方法：以讲授为主，融入小组讨论、提问等方法。

八、教学过程：1．导言；（4分钟）（1）不是投出的每一份简历都能获得面试的机会（2）不是每一次面试都能获得成功（3）不是每一次成功的面试都能够在单位立足（4）不是每一次努力都能够获得升职的机会2．进入新课正题，课程主要内容提纲（2分钟）（1）社会人才竞争的现状（2）大城市、中小城市的用人策略（3）熟悉气象类专业在用人市场中体现出来的特点（4）性格、兴趣与岗位性质的匹配规律（5）男生、女生在竞争中的优劣（6）各行业对人才需求所反馈的能力要求（7）转变就业观念（8）职场案例分析3. 社会人才竞争的现状（8分钟）（1）社会整体人才竞争的现状（3分钟）A、国际国内经济形势、社会发展对人才需求的变化情况B、高校毕业生就业趋势C、我校毕业生的总体就业情况（2）气象行业人才需求的状况（5分钟）A、近几年我校气象类专业毕业生的就业情况（近几年来我校气象类专业本科毕业生就业总体情况较好，高质量就业率在95%左右）B、气象行业发展对气象人才需求的变化情况（大气科学本科毕业生就业率接近100%，就业率在高校各专业中位居前列。

在未来几年，预期这种需求大于供给的局面仍会继续下往。

但另一方面，国家气象系统对本科毕业生的需求主要是县和地区级单位，一些毕业生不愿往基层单位就业，造成人才相对过剩）4. 大城市、中小城市的用人策略（15分钟）；（1）我校学生的就业去向分布（2）大城市、中小城市的用人策略（3）大学生到大城市、中小城市就业的优势、劣势分析（4）大型单位、中小单位的用人策略（面试形式不同；用人政策、机制不同；公司文化不同；文化环境、氛围不同）（5）大学生的就业选择（气象类专业本科生在中西部城市会比较好就业，在东南沿海地区就业较为困难，目前可以进入县一级的气象部门）5．熟悉所学专业在用人市场中体现出来的特点（10分钟）（1）气象类专业简介 (1分钟)A、气象类专业的培养目标B、我校气象类专业（2）气象类专业学生的主要就业去向(以2012届毕业生就业去向为依据) （4分钟）A、事业单位如：气象局、空管局、机场、防雷中心（公司）等一线工作部门，更需要从业人员有吃苦耐劳，对工作的责任心。

动力气象学 PPT课件

动力气象学 PPT课件

( x, t ) A cosk ( x ct)
波动的复数表示形式：
根据欧拉公式： ei cos i sin
( x, t ) Re[ Aei ( kxt ) ]
实际应用时常略去Re:
( x, t ) Aei ( kxt )
得到如下符号关系式：
2 n 2 i , 2 (i ) ,......, n (i ) n t t t 2 n 2 ik , 2 (ik ) ,......, n (ik ) n x x x
2 n i ( kxt ) 2 iAe i, 2 (i ) ,..... n (i ) n t t t 2 n 2 ik , 2 (ik ) ,..... n (ik ) n x x x
( x, y, t ) Aei (kxlyt )
kx ly t
T 2

2 k L

2 L k
2 2 Lx , Ly k l
L c k T

Lx Ly cx , c y k T l T

c cg ck k k
二、傅立叶原理，简谐波的复数表示
实际大气扰动不是单纯的简谐波，可以看成是各种不同频 率、不同振幅的简谐波的叠加
( x, t ) An coskn ( x cnt ) n
n 1

实际扰动虽然是许多谐波组成，但往往只有几个谐波分量是主要的，其 频率、振幅虽然不同，但动力学性质往往一样。因此如果想得到定性的 结果，分析一个典型的谐波分量就足够了
y A cos[k ( x ct) ]
2 / T L c k 2 / L T

动力气象学课件3第三章_1

动力气象学课件3第三章_1

dz
dv dt
dy)
1
p z
dz
1
p y
dy
p
RTp
p
B RTp
Ap
C RTp
Bp
D RTp
Cp
A D
R
Tp
p
dC dt
R(TBC
TDA ) ln
p0 p
（图3.12）
❖ Hadley环流正是由赤道和极地之间的 温差所造成的斜压不稳定所引起。
2、地球自转
❖ 大气是在自转的地球上运动着，地球自转产生的地 转偏转力迫使运动空气的方向偏离气压梯度力方向。
第三章 大气环流
§3.2 控制大气环流的基本因子
❖ 太阳辐射 ❖ 地球自转 ❖ 地面摩擦（角动量） ❖ 地表不均匀（海陆、大地形）
1、太阳辐射
热力环流的物理解释: Bénard实验
T1
图3.10 热力对流的Benard实验
T2
δT=T2-T1
❖ 当δT较小时，热量从下层隔板 扩散到上层流体－－热传导
p1
RT
p1 y
p1
g[H1(z) H0 (z)] T
RT 2
y
(3.2) (3.3)
❖ 温度梯度的南北差异导致了气压梯度力，气 压梯度力最终驱动了大气，导致了风。
环流的形成
dw dt
1
p z
g
dv
1
p
F
(3.4)
dt y
C (vdy wdz) V L (3.6)
dC dt
(
dw dt
❖ 大气是低粘性、可压缩流体，温度和 气压的改变可能引起膨胀或收缩。结 果，低纬大气因净得热量不断增温并 膨胀上升，极地大气因净失热量不断 冷却并收缩下沉。

动力气象学第三章dln

动力气象学第三章dln

将任一物理量写作：
q Qq
*
其中： Q－－特征量， 表示该物理量的一般大小； 常量；有量纲
q －－无量纲量， 量级在 100，表示物理量的具体大小； 变量；没有量纲 这里的q是广义的，不仅包括气象要素， 还包括方程各项。
*
u Vu * , t Tt *
比较物理量的大小，可以比较特征量 的大小。 如：已知：
学习 “分析事物主要因素、把握现象本质”的思维方法，
可以提高我们处理复杂问题的能力。
• 本课程的研究目的：大尺度的大气运动 • 根据实际观测，中纬度大尺度大气运动具 有以下特点： 准定常，准水平，准地转平衡，准静力平 衡，准水平无辐散，涡旋运动。 简化是否正确，与实际观测比较来验证。
目的：对方程进行简化，
运动运动大尺度大尺度中尺度中尺度小尺度小尺度行星尺度行星尺度天气尺度天气尺度大尺度大尺度中尺度中尺度小尺度小尺度微尺度微尺度度度长波长波副热带副热带高压高压温带气旋温带气旋反气旋反气旋锋面锋面背风波背风波积雨云积雨云龙卷龙卷边界层涡动边界层涡动热热带带热带行星热带行星尺度波动尺度波动云团云团热带气旋热带气旋中尺度中尺度对流群对流群对流对流单体单体边界层涡动边界层涡动101010101010大中小尺度运动的基本尺度大中小尺度运动的基本尺度km10km10km10km10km大气运动的尺度分类大气运动的尺度分类对于大尺度运动平流时间尺度热力学变量尺度


~ 10 m
2
s
2
z ~ 0
1 2 1
Hale Waihona Puke 空气分子的粘性系数 : ～10 m s
~ 4 1 f ~ f ~ 10 s
2 1 5 S f 2 sin 2 7.292 10 2 对中高纬地区 2 S 1 3600 24

第3章 P坐标系和广义垂直坐标

第3章 P坐标系和广义垂直坐标

s

p s t
P坐标系的优缺点
1）气压梯度力不显含密度ρ，所以地转风公式得到简化； 2）连续方程形式变得简单； 3）等压面上的等温线即是等密度线，也是等位温线。
4）（缺点）边界条件复杂。下垫面不是一个坐标面，边界 条件与t 有关。
3.2 广义垂直坐标系（P55-57）
自学
3.3 θ坐标系和地形坐标系（P57-61）
分布来体现的。
气压梯度与等 压面坡度的关系
8
等压面上等高线的疏密实质上反映了等压面坡度（从而 水平气压梯度）的大小。一般说来，当等压面上等高线较 密集（稀疏）时，对应等压面坡度较大（小），不计密度 的变化，则水平气压梯度也应较大（小）。（下图）
利用P和z坐标系的气压梯度 力关系式，可将水平导数转
换关系式改写为 ：
位势高度：H=Ф/9.8
(单位：位势米－geopotential metere-gpm),因为g~9.8, 所以位势高度接近几何高度，位势高度的量纲为比能量纲：
m2 / s2
2、z坐标系与p坐标系间的转换关系
设F为任一场变量，它在z坐标和p坐标系中可表为：
F(x, y, p,t) F[x, y, p(x, y, z,t),t] G(x, y, z,t)
用气象要素作垂直坐标，如：
气压P－－－P坐标－－－等压面分析 位温－－－坐标－－－等熵坐标分析
＝P/Ps－－－坐标－－地形坐标
2
为什么可以用P坐标？
可以用气压p替代z作为铅直坐标变量，其前提条件或者 说理论基础是“静力平衡”近似能够成立：
p g
z
上式表明，在静力平衡条件下，压力p随高度的变化率恒
7
z坐标系和p坐标系中的水平梯度算子

F04动力气象学

F04动力气象学

南京信息工程大学2012年硕士研究生招生入学考试《动力气象学》考试大纲科目代码：F04科目名称：动力气象学第一部分目标与基本要求一、目标：应用物理学定律研究大气运动的动力过程、热力过程，从理论上探讨大气环流、天气系统演变的过程、规律和机理。

二、基本要求：要求学生掌握有关内容的基本概念、基本理论和基本方法，理解天气系统演变的基本规律和机理，提高分析问题、解决问题的能力，能理论联系实际并提高自己吸收新知识的能力。

第二部分内容与考核目标第一章、描写大气运动的基本方程组1、理解描写大气运动的基本物理过程。

2、掌握旋转参照系、科氏力、压力梯度力的概念。

3、了解球坐标系中的基本方程组。

掌握局地直角坐标系中的基本方程组。

4、了解求解大气运动闭合方程组的定解问题。

第二章、尺度分析与自由大气中的风场1、掌握尺度分析的基本概念和方法2、掌握R o数的定义，理解其重要性。

3、掌握静力平衡的概念与p－坐标系的物理基础。

4、掌握地转运动、地转偏差的概念。

5、掌握斜压大气、正压大气、热成风的概念。

第三章、大气涡旋动力学1、掌握环流定理与涡度方程。

2、掌握大气中涡旋系统演变的主要物理机制。

3、理解位涡的概念，了解位涡方程的推导，会初步应用位涡守恒定律解释实际过程。

第四章、大气行星边界层1、掌握湍流运动的特性，理解湍流运动的一般处理方法，了解平均运动方程的推导。

2、掌握边界层的特点及大气分层。

3、理解混合长理论，掌握湍流输送通量与湍流粘性力的概念。

4、掌握近地面层中风随高度分布的特点及求解方法。

5、掌握Ekman层中风随高度分布的特点，了解其求解过程。

6、掌握Ekman抽吸、二级环流的概念，掌握大气旋转减弱的物理机制。

第五章、大气能量学1、掌握大气能量的基本形态，掌握大气位能与内能关系及全位能的概念。

2、会推导质点动能方程，掌握闭合系统动能与全位能转换的条件与机制。

3、掌握有效位能的概念，了解有效位能的计算过程。

4、掌握纬向平均运动与涡旋运动的概念，了解纬向平均运动动能和有效位能方程、涡旋运动动能和有效位能方程的推导过程。

动力气象学第3章自由大气中的平衡流场

动力气象学第3章自由大气中的平衡流场

2.固定时刻等压面方程为 p ( x, y, z ) =常值，由此可求等压面高度 z z ( x，y ) ，相应等压面在
x 方向坡度为 tan i z / x p ， y 方向坡度为 tan j z / y p ，等压面最大坡度
tan p z ，设 Vg 20m / s ，试求 30 N 处等压面最大坡度。
其矢量形式为 Vg

1 M k f
4.当罗斯贝数 Ro 0.1时，取地转风近似的相对误差是多大？ 解：在梯度风平衡流场中，取地转近似 2 V2 1 p ，即 V fV fV g fV 0 RT n RT
43
所以
Vg V Vg

Vg fR T
~
41


答：当我们取地转风、梯度风、热成风概念时，就可以利用它们来核校实测风场、气压场、 温度场的分析是否协调一致。此外，根据单站探空给出的实测风铅直分布，可以估计出各层 中温度平流的性质，地转风和热成风概念已成为天气分析的基础，无论在理论研究和实际天 气分析中都有着广泛的应用。 8.有经验的预报员， 在无气象资料时， 将地面风向与高空云层移动方向进行比较就能决定气层 中是暖平流还是冷平流，你能对此作出解释吗？ 答：地转风随高度逆时针转动，于此相伴随的是冷平流；地转风随高度逆时针转动，于此相 伴随的是暖平流。 9.试从物理上说明，在梯度风平衡条件下，高压中的水平气压梯度的大小要受到限制，相应的 梯度风也要受到限制，且有 VG 2Vg
又ug
T T p p ： ： ： x z x z x z T T p p ： ： ： y z y z y z T T p p ： ： ： x y x y x y

成信工动力气象学课件第3章 大气中的波动

成信工动力气象学课件第3章 大气中的波动

第三章大气中的波动大气科学主要分支学科的形成19世纪初～20世纪40年代•特征：在气象仪器的发明、观测网的建立，以及流体动力学理论的发展的基础上，大气科学的主要分支学科(天气学、动力气象学等)相继形成；无线电探空仪发明，第一张高空天气图诞生，真正三维空间的大气科学研究从此开始。

•现代天气学理论、天气分析和预报方法创立，为天气分析和预报1－2天以后的天气变化奠定了理论基础。

；•长波动力学理论建立，为后来的数值天气预报和大气环流的数值模拟开辟了道路。

•有重要贡献学者：费雷尔、皮叶克尼斯（挪威学派代表）、罗斯贝（芝加哥学派代表）。

•罗斯贝（Carl-Gustav Rossby，1898－1957 ），1898年12月28日生于瑞典斯德哥尔摩。

一开始他主修数学和物理，随后，他到当时的“气象圣地”挪威的卑尔根师从维·皮叶克尼斯学习气象学。

1925年获得副博士学位。

•1926年罗斯贝到美国加入位于华盛顿的美国天气局，做气象科学研究，并在加利福尼亚组建了美国第一个航空气象台。

1928年他又在麻省理工学院组建全美第一个大学层次的气象专业。

1939年他离开麻省理工学院，再次加入美国天气局，成为该局主管研究工作的主任助理。

1940年，他应邀担任芝加哥大学气象系主任。

二战时他还为美国军方培训了许多军事气象预报员。

•晚年已加入美国国籍的罗斯贝毅然返回瑞典。

1947年为母校组建了斯德哥尔摩大学气象研究所，并担任所长。

为欧洲建立数值天气预报系统，还创办了著名的地球物理学术期刊（Tellus）。

同时他还继续指导芝加哥大学的气象研究工作。

•罗斯贝的研究兴趣非常广泛，30年代末期，他对大尺度环流的研究导致了大气长波理论的诞生，这是世界气象发展史上的一个重要里程碑。

•1957年8月19日罗斯贝在瑞典斯德哥尔摩逝世。

纵观罗斯贝的一生，他对于气象科学的贡献不在于其发表论文的数量，而在于其科学论文的质量及独创性。

他是近代大气、海洋动力学研究的主要奠基人之一。

动力气象学第3章 尺度分析

动力气象学第3章 尺度分析

V ~ 101 f0L
R0>=1时，非线性平流项不能忽略，因此，方 程式非线性的，相对涡度大于或等于牵连涡度， 运动的平流时间小于或等于惯性运动时间，这样 的运动过程称为快过程。
Rossby数的应用：
a) 中纬度大尺度运动：
f0
~ 104 s,V
~ 101
m s
L ~ 106 m
R0
V f0L
~ 101 1
——准地转
在南半球：高压——反气旋——逆时针
② 垂直方向上：
1 p g 0 －－静力平衡
z
Hydrostatic equilibrium
上式表示：在垂直方向上气压梯度力与重力基本平衡， 在大尺度运动中，任何一点的气压相当精确地等于该点 以上单位截面积的重量。
注意：这不意味没有垂直运动，只是近似平衡。这个关 系不仅成立于大尺度系统，还成立于中小尺度系统。
纲参数都具有明确的物理意义。无量纲方程 和无量纲参数在对大气运动进行动力分析时 十分有用。
方程无量纲化的步骤：
1）把方程各项写作 “特征量×无量纲量”的形式。
2）化为“无量纲方程” ： 用方程中某一项的特征量同除方程
的每一项（量纲齐次性原理） ——无量纲方程 ——各项前面的系数－无量纲（数） ——体现各项的相对重要性。
若水平速度尺度（特征值）记作V，实 际水平速度可以写为：u=Vu* v=Vv*， u*、v*为一无量纲量，其量值在0.5-2.5之 间。
将任一物理量写作： q Qq *
其中： Q－－特征量， 表示该物理量的一般大小； 常量；有量纲
q * －－无量纲量，
量级在 100左右，表示物理量的具体 大小；是变量；没有量纲
这里的q是广义的，不仅包括气 象要素，还包括方程各项。

南京信息工程大学《动力气象学》复习重点(上)

南京信息工程大学《动力气象学》复习重点(上)

《动力气象学》复习重点Char1 大气运动的基本方程组1、旋转参考系〔1〕运动方程g F V p dt V d ++⨯Ω-∇-=21ρ〔2〕连续方程0=•∇+V dtd ρρ▽·V 为速度散度，代表气团体积的相对膨胀率。

体积增大时，〔▽·V>0〕，密度减小；体积减小时，〔▽·V<0〕，密度增大。

0=•∇+V dtd ρρ▽·(ρV )为质量散度，代表单位时间单位体积内流体质量的流入流出量。

流入时▽·(ρV )<0，密度增大；流出时▽·(ρV )>0，密度减小。

〔3〕热力学能量方程Q dta d p dt T d c v =+内能变化率+压缩功率=加热率 Q dtp d dt T d c p =-αα=1/ρQ 2、局地直角坐标系〔z 坐标系〕中的基本方程组111()0ln ,,x y z v p du p fv F dt x dv p fu F dt y dw p g F dt z d u v w dt x y z p RT dT d dT dP d c p Q c a Q Q dt dt dt dt dtρρρρρραθ∂⎧=-++⎪∂⎪∂⎪=--+⎪∂⎪∂⎪=--+⎪∂⎨⎪∂∂∂⎪+++=∂∂∂⎪⎪=⎪⎪+=-==⎪⎩ 运动方程、连续方程、能量方程是预报方程，状态方程是诊断方程。

3、p 坐标系中的基本方程组⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=∂Φ∂=-∂∂+∂∂+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂-∂Φ∂-=+∂Φ∂-=p RT pc Q S y T v x T u tT py u x u fu y dtdv fv x dt du p p ωω04、p 坐标系的优缺点优点：p 坐标系中的运动方程组不再出现密度ρ；连续方程形式简单，与不可压缩流体的连续方程形式相当；由于日常工作采用等压面分析法，用p 坐标系方程组可以方便的进行诊断分析。

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⑵ 取“零级近似”， 即只保留量级最大项，得到的简化方程为：
1
p x
fv
0
1
p y
fu
0
1
p z
g
0
水平方向精度：10－4 10－3＝10－1，垂直方向：10－3 101＝10－4
1、水平方向上：
1
h
p
fk V
0
水平气压梯度力＋水平科氏力＝0
－－地转平衡
地转平衡运动的特征： 动力学特征：
V ~ 101 ms1;W ~ 102 ms1; L ~ 106 m; H ~ 104 m
P0 ~ 105 N m2 （1000hPa）
h P ~ 103 N m2
z P ~ P0
~ 100 kg m3
z ~ 102 kg m3 h ~ 0
空气分子的粘性系数 : ～101m2s1
w T
VW L
W2 H
1 zP 0 H
G
f 0V
W
H2
10-7 10-7 10-8 101 101 10-3 10-9 －－ms-2
⑴ 分子粘性力可以忽略 不考虑分子粘性和湍流粘性 ——“自由大气”
分子粘性很小 短期天气过程不计； 气候学中不能忽略！
高层：层流，分子、湍流粘性力可略－自由大气； 低层：湍流粘性力重要，分子粘性力可略 －湍流边界层
大气：
P RT , P f (P,T ) 大气一般是斜压的。
RT
当
（ T )P 0时，力管项＝0，
大气具有正压流体的性质；
（ T )P 0时，力管项 0，
大气具有斜压流体的性质。
500Pha1月等温线分布—南疏北密 中高纬度斜压性---强于热带
大气斜压性与等压面上温度分布 不均匀相联系
（2） 副热带高压： 从对流层低层、到中层、直到高层，
都表现为高压（反气旋） －－相当正压系统 成因－－动力性高压
一般用500Pha来表征副热带高压
（3）冬夏季的青藏高原作用：
夏季：高层是反气旋，低层是气旋， －－斜压系统 成因：热力作用；
冬季：动力作用形成地形槽脊
高原的动力与热力作用： 夏季：
二、运动方程的尺度分析
u u u v u w u 1 p ~fw fv 2u t x y z x
V T
10-4
V2 L
10-4
VW H
10-5
f V 1 h P
0 L
f 0W
0
V
H2
10-3 10-6 10-3 10-6
－－ms-2
其中：
2u
2u x 2
2u y 2
2u z 2
VV V ~
L2 L2 H 2
v u v v v w v 1 p fu 2v t x y z y
V T
V2 L
VW H
1 hP 0 L
f 0V
V
H2
10-4 10-4 10-5 10-3 10-3 10-6 －－ms-2
w u w v w w w 1 p g ~fu 2w t x y z z
dP gdz
——Z坐标向P坐标的转换的物理基础
对上式从Z高度积分到大气顶H：
PH dP
H
gdz
dz
H
P(z) z gdz
推论：垂直气压梯度力＝浮力
三、连续方程的零级简化形式：
u v 0 x y
－－水平无辐散
四、热力学方程的简化：（绝热）
例：
u u u v u 1 p fv
t x y x
V V2 TL
1 hP f 0V
0 L
两边同除以科氏力的特征量 f0V
R0
(
u * t *
u*
u * x*
v*
u* ) y *
1
*
p* x*
f
*v*
其中：
R0
T
V2 L
f 0V
L1 ~;
V 0
hP
L
~
f0V
特征惯性力项 特征科氏力项
实际风与地转风之差
dV dt
1
hP
fk
V
fk Vg fk V fk V
地转运动：
V 0
dV
0
dt
天气系统不变
V 0
dV
0
dt
地转偏差是天气系统变化的重要原因 。
准地转理论被广泛应用于大尺度大气运动
V
Vg
V
V 0 地转运动
V 100 准地转运动
Vg
V ~ 100 非地转运动
Vg
七、热成风与大气的斜压性
热层风定义：地转风随高度的变化 ——由热力作用引起的
（一）正压大气和斜压大气 “流体力学”中正压流体和斜压流体 ：
正压流体：密度仅仅是气压的函数，＝f（P) 斜压流体：＝f (P,T,盐度 ）
力管项：
P
正压流体： 等压面平行于等容 面，力管项为0
斜压流体： 等压面与等容面相 交，力管项不为0
V ~ 100 f0L
——非地转
c) 热带大尺度运动：
f0
~ 105 s,V
~ 101
m s
L ~ 106 m
R0
V f0L
~ 100
——非地转
d) 海洋情形：
f0
~ 104 s,V
~ 101
m s
要使得R0
V f0L
~ 101
——准地转运动
L ~ 104 m
六、地转偏差
定义： V V Vg
f
f
地转风随高度的变化为： Vg 1 ( )
k
p f p
进一步： 1
p
而 P
RT
Vg
p
R fP
(T
)P
k
等压面上温度分布的不均匀，引起了热成风
从以上讨论可见： 正压大气，等压面上温度分布均
匀，热成风为0，上下运动一致。
斜压大气，等压面上温度分布不 均匀，热成风不为0，上下运动不一致。
－－热成风为0
等压面上温度分布不均匀
－－斜压大气情形，暖区密度减少，气柱 膨胀。
P+与P-之间二个气柱 重量相同，密度暖区 小于冷区
－－高度h1>h2
－－ P+与P-不平行
－－热成风不为0
可见：热成风是与大气的斜压性相联 系，与热力作用相关。
已知地转风：
Vg
1
k p
f
1
k
1
k
R0
101, 特征惯性力很小，加速度很小，可忽略 满足准地转；
R0 100， 非地转。
a) 中纬度大尺度运动：
f0
~ 104 s,V
~ 101
m s
L ~ 106 m
R0
V f0L
~ 101 1
——准地转
b) 中纬度中小尺度运动：
f0
~ 104 s,V
~ 101
m s
L ~ 105 m
R0
T t
u
T x
v
T y
(
d
)w
0
五、重要的无量纲数：
“流体力学”中进行尺度分析的步骤：
1）把方程各项写作 “特征量×无量纲量”的形式。
2）化为“无量纲方程” ： 用方程中某一项的特征量同除方程
的每一项（量纲齐次性原理） ——无量纲方程 ——各项前面的系数－无量纲（数） ——体现各项的相对重要性。
（三）讨论例： （1）整层大气的平均运动，体现的是 上下相同的部分，属于正压分量－－动 力过程结果。
500hPa为对流层中层，体现的是 大气上下平均状况，相当正压层。
上层与下层大气的差，体现的是上 下运动不同的部分，属于斜压分量－－ 热力过程结果。
例如季风指数： U（200Pha)-U(850Pha)
冬季：
（4）天气系统槽脊倾斜 正压波
（5）西风急流
Vg
p
R fP
(T
)P
k
（6）数值模式的垂直分层 一层模式
二层模式 n层模式
第三章 尺度分析与自由大气中的风 场
目的：对方程进行简化， 突出主要因子，研究运动的主要特征。 途径：分析各因子（各项）大小，
大－－重要 小－－次要
一、尺度分析的概念
将任一物理量写作： q Qq *
其中： Q－－特征量， 表示该物理量的一般大小； 常量；有量纲
q* －－无量纲量，
量级在 100，表示物理量的具体大小； 变量；没有量纲
－－热力过程相对应；
（二）热成风
地转风，Z坐标：
Vg
1
f
k P，
取决于P－－与等压面的坡度有关
若不同高度上的等压面都平行，
则各高度上的Vg都相等。
热成风为零，反之亦然
等压面上温度分布均匀
－－正压大气情形，密度仅仅和气压有关
P+与P-之间二个气 柱重量相同，密度 相同
－－高度也相同
－－ P+与P-平行
水平压力梯度力与科氏力相平衡 运动学特征：
风沿等压线吹；背风而立，高压在右， 低压在左（南半球相反）。
地转风的表达式：
Vg
1
f
k
h
P
Vg
1 f
k h
南半球： 0, f 0
在南半球：高压——反气旋——逆时针
⒉垂直方向上：
1 p g 0
z
－－静力平衡 不仅适用于大尺度系统， 还适于中小尺度系统。
f ~ ~f ~ 104 s1
对中高纬地区 f
2 sin 2 7.292105
2 S 1 2
2 3600 24 S 1