動力氣象-第一章--緒論模板

1、 動力氣象學動力氣象學（Dynamic Meteorology）是大氣科學的一個重要的分支學科。是大氣科學的一個重要的分支學科。Meteorology is a combination of 3 different traditions:- Synoptic Climatology / Statistical approach- Dynamic meteorology- Weather forecastingSynoptic Climatology statistics empirical activity: collect observational data to derive infor

2、mation from almost neglected physics descriptive science; the average weatherDynamic Meteorology physics theoretical activity: explain/derive atmospheric phenomena from general principles almost neglected observationsWeather Forecast practical activityPast：synoptic charts (via telegraphy) of pressur

3、e, temperature, humidity, precipitation, wind, derive rules of thumb from patterns ，almost neglected theory; used only limited amount of dataToday：operational numerical prediction models based on the theory of dynamical meteorology 是應(yīng)用物理學定律和數(shù)學方法研究是應(yīng)用物理學定律和數(shù)學方法研究大氣運動的大氣運動的動力過程動力過程，熱力過程熱力過程，以及，以及它們之間的

4、相互關(guān)系，是從它們之間的相互關(guān)系，是從理論上理論上探討探討大氣環(huán)流，天氣系統(tǒng)演變和其他大氣運大氣環(huán)流，天氣系統(tǒng)演變和其他大氣運動過程的一門學科。動過程的一門學科。Dynamic meteorology is the study of those motions of the atmosphere that are associated with weather and climate.風壓定律的動力學解釋風壓定律的動力學解釋pppppkVfCpP0,1gV高高低低PoC低氣壓低氣壓北臺風旋轉(zhuǎn)方向的動力學解釋臺風旋轉(zhuǎn)方向的動力學解釋臺風臺風”?？？迸_風臺風”達維達維”臺風臺風”蘇拉蘇拉”l流

5、體力學（流體力學（Hydrodynamics）：研究流體）：研究流體運動的一般規(guī)律。運動的一般規(guī)律。l天氣學（天氣學（Synoptic Meteorology）：研究）：研究大氣中與天氣過程演變有關(guān)的規(guī)律。大氣中與天氣過程演變有關(guān)的規(guī)律。l動力氣象學（動力氣象學（Dynamic Meteorology）：）：從理論上研究大氣（特殊流體）動力過程從理論上研究大氣（特殊流體）動力過程與熱力過程的規(guī)律。與熱力過程的規(guī)律。動力氣象學動力氣象學是氣象學專業(yè)本科生的是氣象學專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)理論課程和主干課程，是報考氣專業(yè)基礎(chǔ)理論課程和主干課程，是報考氣象學專業(yè)碩士研究生的必考課程。象學專業(yè)碩士研究生的

6、必考課程。主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：l 動力氣象學研究對象、任務(wù)和方法動力氣象學研究對象、任務(wù)和方法l 動力氣象學發(fā)展簡史動力氣象學發(fā)展簡史1. 研究對象研究對象：大氣運動（廣泛意義上） 大氣運動是很復(fù)雜的，復(fù)雜性體現(xiàn)在運動的尺度范圍（空間和時間）很寬廣。大氣運動無論在時間尺度上，還是在空間尺度上都具有很寬的尺度譜。 m410m510m610km410km310km210km10km1HRHRHRHR121011010 不同尺度的運動系統(tǒng)具有不同的動力不同尺度的運動系統(tǒng)具有不同的動力學特性。不同尺度運動系統(tǒng)性質(zhì)差異，對學特性。不同尺度運動系統(tǒng)性質(zhì)差異，對天氣的影響也不同。天氣的影響也不同。 例如：西

7、風帶中的長波具有準水平、準地例如：西風帶中的長波具有準水平、準地轉(zhuǎn)平衡性質(zhì)，它對天氣影響的范圍較廣；轉(zhuǎn)平衡性質(zhì)，它對天氣影響的范圍較廣；而強烈的局地風暴是一種小尺度強對流運而強烈的局地風暴是一種小尺度強對流運動，它是非靜力平衡的，垂直上升運動很動，它是非靜力平衡的，垂直上升運動很強，雖然影響范圍不大，但是造成的天氣強，雖然影響范圍不大，但是造成的天氣災(zāi)害嚴重。災(zāi)害嚴重。 不同尺度的運動系統(tǒng)之間存在著相互不同尺度的運動系統(tǒng)之間存在著相互作用。作用。 小尺度運動系統(tǒng)往往是在大尺度運動小尺度運動系統(tǒng)往往是在大尺度運動系統(tǒng)的背景下發(fā)生發(fā)展起來的；反過來它系統(tǒng)的背景下發(fā)生發(fā)展起來的；反過來它又對大尺度運

8、動系統(tǒng)的發(fā)展和變化產(chǎn)生反又對大尺度運動系統(tǒng)的發(fā)展和變化產(chǎn)生反饋作用。饋作用。 *基于觀測技術(shù)和手段的限制，目前動力氣基于觀測技術(shù)和手段的限制，目前動力氣象學方面比較成熟與重大的研究成果主要象學方面比較成熟與重大的研究成果主要集中在集中在大尺度動力學大尺度動力學方面。方面。 大尺度運動的兩個重要特點：l要考慮地球的自轉(zhuǎn)運動考慮柯氏力作用l考慮地球大氣受到重力場的作用準準水平運動總結(jié)總結(jié)：研究對象是，考慮地球自轉(zhuǎn)的，準水平運動的中高緯度的大尺度的大氣運動過程。 由物理定律出發(fā)，從理論上，揭示大氣運動過程的發(fā)生發(fā)展規(guī)律和機理。 l工具：數(shù)理基礎(chǔ)l方法：氣象問題 物理模型（大氣運動所遵循的物理定律）

9、數(shù)學模型（基本定律的數(shù)學表達式） 求解 解釋原問題。連續(xù)性假設(shè)（連續(xù)性假設(shè)（continuity）表征大氣運動狀態(tài)和熱力狀態(tài)的各種物理量均是時間表征大氣運動狀態(tài)和熱力狀態(tài)的各種物理量均是時間和空間的連續(xù)函數(shù)，且其各階微商也連續(xù)。和空間的連續(xù)函數(shù)，且其各階微商也連續(xù)。理想氣體假設(shè)（理想氣體假設(shè)（ideal gas）把大氣作為理想氣體來處理，氣壓、密度、溫度之間把大氣作為理想氣體來處理，氣壓、密度、溫度之間的關(guān)系滿足理想氣體的狀態(tài)方程。的關(guān)系滿足理想氣體的狀態(tài)方程。 數(shù)學和物理學的不斷成熟為動力氣象奠定了理論基礎(chǔ)，同時觀測和計算技術(shù)的不斷發(fā)展更推動了動力氣象學的進步，使其內(nèi)容不斷擴展。l19世紀2

10、0年代20世紀20年代 有了近代氣象學外推法外推法 1820年德國人布蘭德斯布蘭德斯利用歷史資料繪成了世界上第一張?zhí)鞖鈭D，這是近代氣象學研究起點的標志；1854年克里米亞戰(zhàn)爭克里米亞戰(zhàn)爭事件真正推動天氣預(yù)報業(yè)務(wù)開展 ； l20世紀30年代 歐洲歐洲學術(shù)發(fā)展興盛： 成立了以BjerknesBjerknes為首的挪威學派，建立了現(xiàn)代天氣學理論，天氣分析和天氣預(yù)報方法（極鋒學說極鋒學說 ）。BjerknesBjerknes將流體力學和熱力學應(yīng)用于大氣和海洋的大尺度運動的研究中，提出了著名的環(huán)流理論 。從此動力氣象學便逐步由流體力學中分離出來，形成一個獨立的學科。 l20世紀60年代 動力氣象迅速發(fā)展

11、的時期 美國美國學術(shù)發(fā)展興盛：芝加哥大學的RossbyRossby動力氣象學之鼻祖動力氣象學之鼻祖 1939年，他提出了長波理論長波理論，稱此波為大氣長波或Rossby波。 氣象學中形成最主要的理論：波動理論波動理論Rossby,C.G. (1898-1957)l地轉(zhuǎn)適應(yīng)理論（Rossby，1938）l行星波的能量頻散理論（Rossby，葉篤正葉篤正，1949）l行星波的斜壓不穩(wěn)定（恰尼，1947；伊臺，1949）熱力機制l 行星波的正壓不穩(wěn)定（郭曉嵐，1949）動力機制l 大氣運動的尺度分析（恰尼，1949）l 數(shù)值預(yù)報理論數(shù)值預(yù)報理論（恰尼恰尼等，1950，麻省理工學院）動力氣象大發(fā)展，成

12、功地進行了數(shù)值預(yù)報，把前面的理論基礎(chǔ)歸結(jié)為一個簡單的預(yù)報方程。葉篤正Charny,J.G.General Meteorology 2007-200824Electronic Numerical Integrator And Calculator (ENIAC) l至今 由于觀測資料的豐富，探測手段的逐步現(xiàn)代化，計算機和計算技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)學物理學的推進，使得動力氣象學正在進入一個新的發(fā)展階段。國家天氣基本站國家天氣基本站（530）資料源自中國氣象局資料源自中國氣象局國家高空探測站國家高空探測站 （120）資料源自中國氣象局資料源自中國氣象局全國新一代天氣雷達網(wǎng)全國新一代天氣雷達網(wǎng) (126)

13、資料源自中國氣象局資料源自中國氣象局氣象觀測系統(tǒng)氣象觀測系統(tǒng) 把運動系統(tǒng)作為三維、瞬變、具有強迫耗散的非線性動力學系統(tǒng)來研究。 在研究方法上，觀測分析、解析研究、數(shù)值模擬齊頭并進。 為了制作準確的中長期預(yù)報和短期氣候預(yù)測，更加重視海氣和地氣物理過程之間的相互作用。1、適當?shù)赜浌P記，以幫助記憶；2、學習中要注意：l問題的提出；l解決的方法與工具；l重要的結(jié)果及其意義重要的結(jié)果及其意義；l如何應(yīng)用。3、應(yīng)及時復(fù)習；4、通過一定練習，掌握所學知識。l楊大、劉金濱：動力氣象學，1980，氣象出版社；l劉式適、劉式達：大氣動力學（上、下），劉式適、劉式達：大氣動力學（上、下），1991，北京大學出版社北京大學出版社；l伍榮生等：動力氣象學，1983，上海科學技術(shù)出版社；1990，大氣動力學，氣象出版社；l呂克利等：動力氣象學，1996，南京大學出版社；l霍爾頓，動力氣象學引論，霍爾頓，動力氣象學引論，1980，科學出版社；，科學出版社； An Introduction to Dynamic Meteorology (James R.Holton)l繆錦海等，動力氣象學，1992，氣象出版社。l（共64學時）