海洋氣象學(xué)：7風(fēng)壓定律量綱分析及混沌初步介紹給大作業(yè)要求看懂的資料

1、,大氣運(yùn)動 1.空氣的水平運(yùn)動（Horizontal motion of air） 2.大氣的垂直運(yùn)動（Vertical motion of air） 3.大氣穩(wěn)定度（Atmospheric stability） 4.大氣環(huán)流（General Circulation） 5.季風(fēng)（Monsoons） 6.局地環(huán)流（Local circulation） 7.地方性風(fēng)（Local wind）,看圖說話-自由大氣（高空）中的風(fēng)壓定律,風(fēng)沿等壓線吹，背風(fēng)而立 北半球，高壓在右，低壓在左 南半球，高壓在左，低壓在右 地轉(zhuǎn)風(fēng)（平直等壓線,氣壓梯度力/地轉(zhuǎn)偏向力平衡） 梯度風(fēng)（高低壓,氣壓梯度力/地轉(zhuǎn)偏向力平

2、衡/慣性離心力平衡）,作用在空氣微團(tuán)上的力,1.水平氣壓梯度力：由于水平方向上氣壓分布不均勻造成。2.地球自轉(zhuǎn)偏向力：北半球使空氣運(yùn)動向右偏，南半球向左偏3.慣性離心力：空氣做圓周運(yùn)動時(shí)考慮。龍卷風(fēng)，臺風(fēng)4.摩擦力,（地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速公式） （1）Vg與水平氣壓梯度成正比，即等壓線密集，Vg大。 （2）Vg與空氣密度成反比，氣壓梯度一定時(shí)，高空的Vg大于低空的Vg。 （3）Vg與緯度的正弦成反比，低緯Vg大于高緯Vg。 （4）赤道及其附近不遵守地轉(zhuǎn)風(fēng)原則。,地轉(zhuǎn)風(fēng) 當(dāng)水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力達(dá)到平衡時(shí)，空氣沿等壓線（等壓面）作無磨擦的直線運(yùn)動，稱地轉(zhuǎn)風(fēng)。即：,低壓（氣旋）中的梯度風(fēng),在北半球在

3、低壓區(qū)（氣旋）中風(fēng)繞中心逆時(shí)針方向吹，氣壓梯度力沿半徑指向中心，地轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力都沿半徑指向外緣。三力平衡時(shí) 即 或,高壓（反氣旋）中的梯度風(fēng),根號前應(yīng)取負(fù)號才有意義。 氣壓梯度和梯度風(fēng)的大小受反氣旋曲率限制。曲率愈大（r愈?。?，氣壓梯度愈小，梯度風(fēng)也小。反之相反。,溫度平流-冷平流，暖平流,海平面氣壓場和風(fēng)場（中高緯度）,摩擦層中的風(fēng)壓定律,在北半球摩擦層中，風(fēng)斜穿等壓線吹，背風(fēng)而立，高壓在右后方，低壓在左前方。在南半球高壓在左后方，低壓在右前方。 北半球，高壓中風(fēng)穿等壓線沿順時(shí)針方向向外輻散，低壓中風(fēng)穿等壓線沿逆時(shí)針方向向中心輻合。(右圖）,地面高壓氣流,地面低壓氣流,摩擦層fric

4、tion layer （大氣邊界層atmospheric boundary layer ）中的風(fēng),在地面天氣圖上，由于地面作用，實(shí)際風(fēng)不沿等壓線吹，而與等壓線存在一個(gè)交角，并偏向低壓。此時(shí)的平衡為: 地面實(shí)際風(fēng)比地轉(zhuǎn)風(fēng)小，方向偏低壓一側(cè)。,大氣運(yùn)動方程組 運(yùn)動方程 (水平方向上的氣壓梯度力/地轉(zhuǎn)偏向力的分量) 連續(xù)方程 熱力學(xué)方程 氣體狀態(tài)方程,有限差分法求微分方程的數(shù)值（近似）解,用離散的只含有限個(gè)未知量的差分方程組去近似的代替連續(xù)變量的微分方程和定解條件，把差分方程組的解作為微分方程定解問題的近似解。主要有以下幾個(gè)步驟： 區(qū)域離散：把微分方程的求解區(qū)域細(xì)分成由有限個(gè)格點(diǎn)組成的網(wǎng)格 近似替代

5、：用有限差分公式替代每個(gè)格點(diǎn)的導(dǎo)數(shù) 逼近求解 當(dāng)網(wǎng)格步長趨于0時(shí)，差分方程組的解應(yīng)該收斂于精確解 數(shù)值積分,邏輯斯蒂方程Xn+1=4Xn(1-Xn) 混沌,課堂練習(xí)-天氣預(yù)報(bào)中的混沌問題,1. 根據(jù)選課序號，確定本人的方程中的X0與K值，用EXCEL等方法迭代到第300步，寫出X0，X010-6前5步、有明顯偏差（10-2）的那一步的N及N+5步、296-300的迭代結(jié)果。（2人一組則算2組數(shù)據(jù)） 2.根據(jù)本組計(jì)算結(jié)果，討論什么是混沌問題（可上網(wǎng)查），為什么數(shù)值天氣預(yù)報(bào)必須考慮此問題。 另通知：13周周四及14周周四2次課為實(shí)驗(yàn)課，去氣象實(shí)驗(yàn)室（順天象館上坡去往醫(yī)院方向拐彎處，注意右手邊的百葉

6、箱）上課，時(shí)間即理論課時(shí)間 指導(dǎo)老師：張戈1薛程月2劉銘 3郭琦 4韓家康 5王岳6徐雙 7李文娜8王文琪 9蒲婉秋 10朱小明 11謝思銘12楊占寧 13劉椿飴 14陳曾啟15王劍南16朱俊 17敖哲 18史興宇19胡光照 20鄒顏21張帆22 袁振宇 23陳澤豪 24陳柳辰25瑪莎,X0=0.010.25,K=3.9513.975,期末大作業(yè)（40分）參考材料,http:/ 16周給數(shù)據(jù)，完成table 2-7 （每個(gè)人數(shù)據(jù)不同） table 7以后的內(nèi)容，大作業(yè)不做要求，但要閱讀，尤其是結(jié)論部分。大作業(yè)有其他開放性問題 文章看不懂老師不予解釋，請查資料和字典，可

7、適當(dāng)使用GOOGLE翻譯，注意其中統(tǒng)計(jì)學(xué)術(shù)語（最基礎(chǔ)的）,大氣運(yùn)動方程組 運(yùn)動方程 (水平方向上的氣壓梯度力/地轉(zhuǎn)偏向力的分量) 連續(xù)方程 熱力學(xué)方程 氣體狀態(tài)方程,方程組簡化的尺度分析原理,大氣運(yùn)動方程組是非定常的和非線性的 數(shù)學(xué)求解非常困難；另外這套方程組對從大到小的各類大氣運(yùn)動都適用，即包括了大氣中的各種運(yùn)動形式，而這些運(yùn)動又各具特殊性。因此為了更好地利用數(shù)學(xué)工具深入研究各種類型的大氣運(yùn)動，有必要對大氣運(yùn)動進(jìn)行分類，并根據(jù)不同形式的運(yùn)動的特點(diǎn)對大氣方程組進(jìn)行簡化。 尺度分析：在大氣運(yùn)動規(guī)律的支配下，尋找不同運(yùn)動各種尺度間的關(guān)系，從而估計(jì)方程中各項(xiàng)對于所給的特定運(yùn)動的貢獻(xiàn)大小，并由此來簡化方程。,大氣運(yùn)動的尺度,零級簡化,保留方程中量級最大項(xiàng)，舍去其余項(xiàng)，即反映大氣運(yùn)動的主要特征（控制大氣運(yùn)動的最基本的因子）.,絕熱過程,大尺度零級簡化近似方程組,大尺度運(yùn)動的基本特點(diǎn),（1） 準(zhǔn)水平運(yùn)動(ZLWU) （2） 準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡（水平科氏力水平氣