成信工动力气象学教案第4章 地转适应过程_第1页
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1第四章第四章地转适应过程'hg'hg=−∇pφ−f×∵=−∇pφ×∴×=f−f=−f∴∴=−×'u'ufdt''fdt物理意义:地转偏差由水平加速度造成,即由水平气压梯度力与科氏力的不平衡2 00:=fVgVhsin()(4.12)3复或新的地转平衡得以重建的大气动力过程。p系大尺度水平运动方程组:'fu'fτtLxyU+U2u1+v1u=f0U'(f1vτtLxy两边除以f0U(水平科氏力的特征值)得:4∈=∈=⎧ +R0u1+v1=C(f1v1') −f1u)1f0τUf0LUf0L' Uς0'U = =U0:∈+R0n0=C∴∈≤R01≤10−1→τ≥10f0−1=105(s)f0τ1f0τUn1f0τUτ≤f0−1=104(s)01)适应过程:∈≥1,R0=10−1∴∈>R0,时间变化作用>平流变化作用,为准线性过程。52)C=U'=U'/L=D0UU/Lζ0适应过程:C≥1,D0>ζ0,散度:D=Dg+D'∴'++)=0(4.18)=→O(ω)=∆zP=⋅Π⋅g0⋅Z(:=−ρg)(4.大尺度运动:ω≈−ρgw,代入上式得:−2U'(大尺度运动4.20)4)β的作用(地转效应)+βv+fD=0+β0U(+β0U(βτ∂t1同除f0D0=得(β=2Ωcosϕ/a,其无量纲式为:β0=f0/a),无量纲形式+⋅(β1(4.23)−1,C≥1∴β的作用可不考虑,可设f=f0=const,从而滤除6而演变过程;∈≤10−1,β作用必须考虑,则大气5)演变过程有动力学守恒量:对于水平无辐散运动,绝对涡度ζa=(ζ+f)守恒;对于水平辐合、辐散适应过程也有动力学守恒量:奥布霍夫位涡ζ−=常数(习题Cha.4-5)。演变过程演变过程适应过程准涡旋(水平无辐β效应必须考虑β作用β作用可忽略2,利用(24)2和∂t2=C0∂x2−fu7u=Uei(kx−ct)222c=±C0±22适应过程的物理机制内的非地转状态为:只有风场(南风没有相应的气压场支持,即:建t>0t=0=0∂φ∂φ辐散(质量减少)→左边自由面降低(<0因而形成气压梯度(辐散(质量减少)→左边自由面降低(>0同时左边水平8 O() O()=定义地转适应时间(尺度):T=L(4.29)cgO()(4.24)2O(−fu)=f0U(4.30)O()(4.24)3利用∂(1O(−)=(4.31)L2f2),讨论:如果L<L0,适应过程中流场变化远小于气压场的变化,此时称气压场向流场适应用:天气图分析时大形势和小系统不同着眼点的分析原则。短,平衡南风所需的气压场可以很快的建立,则南风还未被大量削弱时,平衡它的气压场已建立

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