《气象学与气候学教学课件》3周一.ppt

上节课重点回顾： 1、假绝热过程及焚风的形成原理 2、大气稳定度的判定 则不稳定 则 则 稳定 中性 不稳定 稳定 中性 不稳定 稳定 中性 不稳定 稳定 中性 3、对流不稳定的发生原理 热力学方程对时间求导 局地温度变化 不考虑气压的局地变化和平流变化，仅考虑气压由于 上升或下降运动而发生的改变 个别变化：空气块运动过程中，其本身的要素随时间的变化 局地变化：由于空气运动或其他原因，某固定地点的要素发 生的变化 平流变化：由于空气水平运动，引起某地要素随时间 的变化 影响气温局地变化的因素 平流变化垂直运动非绝热加热 对于短期、大尺度天气过程，可以忽略垂直运动和非绝热加 热带来的温度变化 为风向与水平温度梯度之间的夹角 逆温：对流层中出现气温随高度增加而升高的现象大气 层结稳定 造成逆温的条件有：辐射冷却、空气湍流混合、空气平流 冷却、空气下沉增温、锋面逆温 辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温 湍流混合逆温：由于低层空气的湍流混合而形成的逆温 平流逆温：暖空气平流到冷的地面或冷的水面上，形成逆温 下沉逆温：某层空气下沉，气压增大，厚度减小，这样气 层顶部下沉的距离比底部下沉的距离大，顶部绝热增温多 ，形成逆温。 锋面逆温：冷暖空气交汇时上下层空气可能出现下低上高的 情况 作业 1）干绝热、湿绝热、假绝热过程的概念， 并简述他们的差异 2）简述焚风的过程 3）简述辐射逆温和下沉逆温的形成 大气的运动 有规则的平均运动 无规则的湍流运动 坐标系的选择 绝对坐标系 相对坐标系 气压梯度力：周围空气介质作用在空气块表面上压力的合力G 水平方向垂直方向 水平方向等压线越密集，气压梯度力越大 垂直方向垂直气压梯度力远大于水平方向 ，但水平气压梯度力引起的水平 运动远大于垂直运动 地转偏向力：因地球自转使空气质点运动方向发生改变的现 象，设想它是受到一个力的作用 水平分量的模 水平分量 f=2sin，称为地转参数 水平地转偏向力的性质： 1、偏向力只能产生于空气运动之后，不能使静止空气 运动 2、纬度一定，风速越大，偏向力越大 风速一定，纬度越高，偏向力越大 3、地转偏向力垂直于运动方向，北半球，偏向力指向 风向的右边，南半球，偏向力指向风向的左边。偏向 力只改变风向，不改变风速 摩擦力内摩擦力和外摩擦力 内摩擦力：两个气层之间通过湍流作用使上下层空气得以交换 ，又称作湍流摩擦力，取决于上下风层的矢量差和湍流强度。 摩擦力在近地面层(30-50m)最为显著，随高度增加而减小， 12km以上，摩擦力可以忽略不计 以12km为界，在此高度以下气层为行星边界层，以上为自由 大气层 惯性离心力 外摩擦力：下垫面对空气运动的阻力，方向与空气运动相反 如果大气运动曲率半径较大（几公里到上千公里），该力远 小于地转偏向力 大气运动方程：作用于空气微团上的力与其所产生的加速度 之间的关系式 标准坐标系的大气运动方程 大气运动的尺度和分类 大尺度运动：气旋、反气旋、台风、大气长波等 中尺度运动：飑线、小低涡 小尺度：龙卷、雷暴 类别L(m)H(m)V(m/s)W(m/s)t(s) 大尺度10510610410110-2105 中尺度104105103104101100104105 小尺度104103104100101100101104 10-4 10-4 10-4 10-5 10-3 10-3 10-6 自由大气大尺度运动 若保留最大数量级10-3，可得到 地转平衡：气压梯度力和地转偏向力平衡 若保留10-4量级以上的项，可得到 水平运动 垂直运动 10-7 10-7 10-7 10-8 101 101 10-3 保留101项 中尺度运动小尺度运动大气运动方程的一般简化形式 坐标系变换 x,y,z,t x,y,p,t 空间 时间 个别变化 P坐标系中的运动方程 Z坐标下一般大气运动方程 转换公式中F用z替代 引入=gz 地转风：气压梯度力与水平地转偏向力达到平衡时，空气的 等速直线运动