第一章 1影响大气运动的作用力
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第一章描写大气运动的基本方程组复习思考题1.支配大气运动状态和热力状态的基本物理定律有哪些?大气运动方程组一般有几个方程组成?哪些是预报方程?哪些是诊断方程?答:基本物理定律是牛顿运动定律、质量守恒定律、热力学能量守恒定律、气体实验定律;大气运动方程组一般有六个方程组成(三个运动方程、连续方程、热力学能量方程、状态方程);若是湿空气还要加一个水汽方程。
运动方程、连续方程、热力学能量方程是预报方程,状态方程是诊断方程。
2.研究大气运动变化规律为什么选用旋转坐标系?旋转参考系与惯性参考系中的运动方程有什么不同?答:相对于惯性参考系中的运动方程而言,旋转参考系中的运动方程加入了视示力(科里奥利力、惯性离心力)。
3.地球旋转对大气运动有哪些动力作用?答:产生惯性离心力,相对于地球有运动的大气还受科里奥利力作用。
4.科里奥利力是怎样产生的?他与速度的关系如何?南北半球有何区别?它在赤道、极地的方向如何?答:由于地球旋转及空气微团相对于地球有运动时产生;科里奥利力垂直于V,在北半球指向运动的右侧,在赤道处沿半径向外,在极地其垂直于地轴向外。
5.惯性离心力是怎样产生的?如果没有地球旋转,此力存在不存在?答:处在旋转坐标系中产生的;若没有地球旋转,此力不存在。
6.曲率项力怎样产生的?如果没有地球自转,此力存在不存在?答:由于地球的球面性引起的;若没有地球旋转,此力不存在。
7.惯性离心力与科里奥利力有哪些异同点?答:都是在旋转参考系中的视示力,惯性离心力恒存在,而大气相对于地球有运动时才会产生科里奥利力。
8.为什么把地球引力与惯性离心力合并为重力?答:地球引力*g 仅与空气微团的位置有关,而惯性离心力R 2Ω也只与空气微团的位置有关,从逻辑上很自然将这两力合并在一起。
地球引力与惯性离心力的矢量和称作重力。
9.为什么地球不可能是一个绝对球体?答:惯性离心力可分解为两个相互垂直的分力。
一个分立部分抵消了地球引力,一个分立与地表面相切指向赤道。
大气的水平运动教学设计程冯一、教学目标知识与技能1、运用图示解释风的形成,学会分析水平气压梯度力,地转偏向力和摩擦力对风向和风力的影响。
2、能够在等压线图上确定风向。
过程与方法培养学生的逻辑思维能力。
把原理同具体实际结合起来,在实际中增进认识,培养能力。
情感,态度与价值观在明确大气运动的同时使学生认识到大气运动与人们生活,生产的关系,感受地理学科的实用性。
二、教学重点与难点1、教学重点:(1)说出影响大气运动的三个力的作用(2)在等压线图上判断某点的风向2、教学难点:在等压线图上画出风向三、教法与学法1.教法:讲解法,、图分析法、讨论法2.学法:探究式、合作式、讨论式四、教学过程(一)导入新课通过上节课的学习,我们知道大气运动有两种基本形式,水平运动和垂直运动。
其中对我们影响最大的是大气的水平运动,也就是风。
(二)讲授新课请同学们阅读教材第31-32页的内容,思考回答:1.形成风的直接原因是什么?2、在哪个力的作用下,风向与等压线是平行的?这种风向在什么地方存在?3、试说明在不同力作用下,风向的变化情况学生通过看课本回答问题,因为还未学过这一课,所以有些问题还回答不上来,这时候可以让他们带着问题来学习。
一、作用力1、水平气压梯度力—形成风的直接原因(1)气压梯度;单位距离间的气压差(2)水平气压梯度力;促使大气由高气压区流向低气压区的力 方向;垂直于等压线,由高压指向低压 2、地转偏向力—只改变风向,不改变风速(1) 方向;北半球右偏,南半球左偏(2) 判定;北半球;背风而立,高压在右,低压在左 南半球;背风而立,高压在左,低压在右 (3) 二力平行,风向平行于等压线 3、摩擦力—既改变风向,又改变风速(1)方向;与风向方向相反(2)三力合力,风向与等压线有一夹角讨论;我们刚才介绍了影响大气的水平运动—风的三种作用力,大家想一想,是否所有位置的风都受到这三种力的影响呢?不是。
在不同位置影响大气运动的力有差别,从而形成了各个不同位置的风向。
第二章 大气运动的基本特征地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。
大气运动在时间和空间上具有很宽的尺度谱,天气学所研究的是那些与天气和气候有关的大气运动。
对这些运动,可忽略离散的分子特性,可以视大气为连续的流体介质,表征大气状态的物理变量(如气压、密度、温度)在大气这具有单一的值,这些场变量和它们的导数是空间和时间的连续函数,控制大气运动的流体力学和热力学基本定律可以用场变量作为因变量和空间、时间变量作为自变量的偏微分方程表示。
大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。
§2—1 影响大气运动的作用力一、 基本作用力影响大气运动的基本作用力:是指大气与地球或大气之间的相互作用而产生的真实力,它的存在与参考系无关。
1、 气压梯度力:作用于单位质量的气块上的净压力,称为气压梯度力。
当气压分布不均匀时,气块会受到净压力的作用。
P G ∇-=ρ1 (1) 其中,ρ为气块密度, k zp j y p i x p P ∂∂+∂∂+∂∂=∇称为气压梯度力。
P ∇是由于气压分布不均匀而造成的。
气压梯度力与气压梯度成正比,与密度成反比。
方向指向P ∇-的方向,即由高压指向低压的方向。
2、 地心引力由牛顿万有引力定理说明,宇宙间任何两个物体之间都具有引力:⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r r r GMm F g 2 所以,地球对单位质量空气的引力(地心引力)为:⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r r r GM m F g2 设:地球的半径为a (地心到海平面的距离),海拔高度为z ,则()()⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=r r a z a Gm r r z a GM g 222*112*01⎪⎭⎫ ⎝⎛+=a z g 在气象学范围内,z 的值一般为数十公里,而地球半径a 竟达6000多公里,故*0*g g≈可作为常数。
地心引力始终是作用于大气的真实的力。
3、 摩擦力大气是一种粘性流体,它同任何实际流体一样都受内摩擦的影响。