版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、第四章 p坐标系,铅直坐标变换n 本章将通过数学和物理学两方面对地球大气进行分析,进而让学生了解垂直坐标转换的数学前提、引入 p 坐标系的意义;n 学生应该掌握垂直坐标转换的原理方法,并熟悉 p 坐标系。等压面 等压面图空间气压场的情况一般用等压面图表示。在空间的每一点都有一个气压值,如果把所有气压相同的点连接起来,就形成一个等压面。等高线与等压面 由于同一高度上各地的气压不等,气压在空间的分布,就象山丘一样起伏不平。在同一高度上,气压比四周高的地方,等压面上凸,而且气愈高的地方等压面上凸的愈厉害;气压比周围低的地方,等压面上凹,而且气压愈低,等压面下凹的愈厉害。因此,等压面的起伏形势和该面附
2、近等高面上气压的分布形势相对应。 等压面上的等高线 等高面上的等压线 等压面和邻近等高面的关系,由于等压面上各点的高度不同,因而,等压面是曲面。在等压在等压面上高度最高的地方,正是它邻近等高面上气压面上高度最高的地方,正是它邻近等高面上气压最高的地方;高度最低的地方,正是它邻近等高最高的地方;高度最低的地方,正是它邻近等高面上气压最低的地方。面上气压最低的地方。由于在高空测气压比测高度方便,所以高空的气压分布可用等压面上的高度分布来表示,即用画有等高线的等压面图来表示(与地形等高线图相似)。 等压面和等高面的关系 等高线的数值是高度单位,但不是几何高度,而是位势高度。所谓位势高度,就是把单位质
3、量的物体从海平面上升到某高度时克服重力所作的功来表示的高度,其单位是位势米。几何高度Z和位势高度H在数值上相差不大但概念上完全不同,一个是长度单位,一个是能量单位。等压面的高度单位位势米 位势米位势米H:当重力加速度g=9.8m/s2时,使单位质量物体抬升1m的高度克服重力所消耗的功。 在米、公斤、秒制中: 1位势米=gpm=1公斤9.8米/秒21米 =9.8焦耳 (1位势什米=10位势米)等压面的高度单位位势米等压面的高度单位等压面的高度单位位势米位势米 等高线的数值是高度单位,但不是几何高度,而是位势高度。所谓位势高度,就是把单位质量的物体从海平面上升到某高度时克服重力所作的功来表示的高度
4、,其单位是位势米。 几何高度Z和位势高度h在数值上相差不大但概念上完全不同,一个是长度单位,一个是能量单位。等压面绝对形势图等压面绝对形势图 目前气象台所绘制的高空图,就是等压面图。常用的等压面有:850hPa、700hPa和500hPa等。它们分别代表1500m, 3000m和5000m高度附近的水平气压场。2005年10月2日08时500hPa高空形势图静力学方程垂直方向上气块所受重力与气压梯度力的平衡垂直方向上气块所受重力与气压梯度力的平衡是适用于天气尺度大气运动的准静力关系( Qusi-static relationship)pdxdydzgdxdydzz;pgdpgdzz 第四章 p
5、坐标系,铅直坐标变换n教学重点:p坐标系成立的数学条件和物理条件;n教学难点:垂直坐标转换公式的推导、p坐标系下连续方程的推导z 坐标系到坐标系到p 坐标系的转换坐标系的转换10pgpg zz 静力平衡方程:静力平衡方程:气压气压p随高度随高度z 单调减小,单调减小,即即p是是z 的单调函数:的单调函数:(, ,)pppzz xyp txp,yp和和tp是是p坐标系的自变量坐标系的自变量z 坐标系到坐标系到p 坐标系的转换坐标系的转换对任意变量对任意变量F 有:有:( , , , ) , , (, ,), , , ( ), pppFF x y z tF x y z xyp ttF x y z
6、p t一般取一般取xp=x,yp=y,tp=t ,即:,即: p系和系和z系的水平系的水平和时间坐标系一样,仅在垂直坐标系不一样和时间坐标系一样,仅在垂直坐标系不一样P坐标系的概念 用气压P替换z坐标系中的垂直坐标就可得到P坐标系。水平坐标x, y不变。 把z坐标转换为P坐标的基本关系是静力方程 : dp = -gdz 它与z的坐标方向相反。右边是一复合函数,利用复合函数求导法则:右边是一复合函数,利用复合函数求导法则:( , , , ) , , (,), pppFF x y z tF x y z xyp ttz坐标系到坐标系到p坐标系的转换坐标系的转换pzppzppzpFFFzxxzxFFF
7、zyyzyFFzpzpFFFzttzt 此为此为p-z坐标系坐标系的转换公式的转换公式令令F=p,带入,带入 p-z 坐标系的转换公式,并利坐标系的转换公式,并利用静力平衡公式(用静力平衡公式( ),得:),得:p坐标系下的水平运动方程坐标系下的水平运动方程pgz 0pzpzpzpzpppppzppzxxzxxzxppzpzgxzxxxx 同理,得到:同理,得到:p坐标系下的水平运动方程坐标系下的水平运动方程0zppzppppzpppzgxxxpzgyyyzgzppzgttt 另外,另外,p系下的时间个别微商算子为:系下的时间个别微商算子为:p坐标系下的水平运动方程坐标系下的水平运动方程ppp
8、phpppduudttttpdorVdttp ,hpppVuivjijxxdpdt 其中其中: 为为p坐标系下的垂直速度坐标系下的垂直速度 另外,个别导数不因坐标改变而改变,即:另外,个别导数不因坐标改变而改变,即:p坐标系下的水平运动方程坐标系下的水平运动方程hhpzzhhzzddVwdtdttzdVwdttz ,hzzdzij wxxdt 其中其中 为为z系的垂直速度系的垂直速度 z坐标系和坐标系和p坐标系下的水平运动方程坐标系下的水平运动方程1hhhzhphphpdVpfkVdtdVgzfkVfkVdt 11ppppduzdupgfvfvdtxdtxdvpdvzfugfudtydty标量
9、形式为:标量形式为: 矢量形式为:矢量形式为: p坐标系下的连续方程坐标系下的连续方程()1 ()001()()()0dMdx y pdtgdtdxdydpy py px ygdtdtdt 空气微团,其体积为空气微团,其体积为 =xyz,则其质量,则其质量为:为: M= xyz=-1/g (xyp),由质量守恒得到,由质量守恒得到: “”与与“d”是独立算子,其次序可以交换,则有是独立算子,其次序可以交换,则有 ()10dMdxdydpy py px ydtgdtdtdt p坐标系下的连续方程坐标系下的连续方程()10()10()1000ppdMdxdydpy py px ydtgdtdtdt
10、dMu y pv y px ydtgdMuvx y pdtgxypuvxypuvxyp p坐标系下与坐标系下与z坐标系下的连续方程的比较坐标系下的连续方程的比较()0duvwdtxyz0ppuvxypp系下的连续方程:系下的连续方程:z 系下的连续方程:系下的连续方程:z 系下系下均质均质不可压流体的连续方程:不可压流体的连续方程:ddt()00uvwuvwxyzxyzp 坐标系下热力学方程坐标系下热力学方程vpdTddTdpcpQorcQdtdtdtdt热量守恒定律的一般形式:热量守恒定律的一般形式:由于个别导数不因坐标系改变而改变。并且由于个别导数不因坐标系改变而改变。并且p坐标系中坐标系
11、中 ,则有:,则有:dpdtpppppppdTTTTTcQcuvQdttxypTTTTcuvcQtxyp p坐标系下热力学方程坐标系下热力学方程p 系下热力学方程的气温形式:系下热力学方程的气温形式:pppppppppppTTTTcuvcQtxypTTTTQuvtxypccQuvTStxycTSpc (静力稳定变参数)p坐标系下热力学方程坐标系下热力学方程RTpTppR p也可由也可由p 系的静力学方程,将系的静力学方程,将T 转换为厚度形式转换为厚度形式ppppppTQuvTtxypccpR ppQuvtxyR ppcc p坐标系下热力学方程坐标系下热力学方程p 系热力学厚度形式(自己证明)
12、系热力学厚度形式(自己证明)lnppppppRuvQtxyppcPcRuvQtxypPcp 为静力稳定度;为静力稳定度; 为位温为位温P 系下的闭合方程组(系下的闭合方程组(不计摩擦,略去下标不计摩擦,略去下标p)P坐标系的优缺点优点:优点:1、P坐标系使大气运动方程组中减少了密度这一变量。它的影响隐含在等压面位势变化之中。气压梯度力项变成了线性项,形式简单。2、连续方程具有较简单的形式,成为一个诊断方程;3、日常业务工作常采用等压面分析,便于利用P坐标系进行诊断计算与分析;4、由于等压面相对于水平面坡度较小,它上面的分析近似地反映了等高面上分析直观形象。缺点缺点:1、大气下边界不是坐标面,P随时间和空间而变化,
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2024年沪教版六年级下册数学期末测试卷附答案(夺分金卷)
- 2024年浙教版六年级下册数学期末测试卷(巩固)
- 2024中英文代理合同
- 2024年演出经纪人之演出经纪实务过关检测试卷A卷附答案
- 2024年演出经纪人之演出经纪实务通关提分题库附解析答案
- 2024年演出经纪人之演出经纪实务题库综合试卷附答案(考试直接用)
- 2024年演出经纪人之演出经纪实务高分通关题库附参考答案(综合题)
- 2024年演出经纪人考试靶向题库及参考答案
- 2024外包施工队安全协议
- 2024年苏教版六年级下册数学期末测试卷及参考答案(研优卷)
- 码头工程质量计划书
- 远程医疗系统应急预案
- 【北师大版】一年级数学上册:第1单元《生活中的数》教学案(含答案)
- 青少年网络成瘾护理课件
- 教师教育教学能力提升培训
- 专题17 常见的电路模型-2024届新课标高中物理模型与方法含解析
- 持续改进流程(CIP)在护理质量管理中的应用
- 莫言读书分享《白狗秋千架》
- 汽车振动学基础及应用课件:振动的基本概念 -
- 新生儿乳糜胸的护理
- 新媒体主播修炼手册智慧树知到课后章节答案2023年下佳木斯大学
评论
0/150
提交评论