動力氣象學第1-章課件

第一章、緒論動力氣象學（課程）研究對象，任務(wù)和方法

動力氣象學發(fā)展簡介

第一章、緒論動力氣象學（課程）研究對象，任務(wù)和方法1一、對象、任務(wù)和方法1、研究對象尺度范圍很廣如大氣動力學涉及以下幾種空間尺度的系統(tǒng)大尺度：106m中尺度：105m小尺度：104m

氣旋反氣旋暴雨系統(tǒng)風暴、龍卷

本課程研究的對象：

大尺度大氣中發(fā)生的天氣過程在日常天氣圖上可見；影響日常天氣一、對象、任務(wù)和方法1、研究對象尺度范圍很廣2兩個重要特點：地球半徑ａ≈6000km與大尺度系統(tǒng)尺度近似地球的自轉(zhuǎn)重要→旋轉(zhuǎn)流體力學在旋轉(zhuǎn)坐標系下考慮流體運動，與一般流體運動差別很大氣象系統(tǒng)的垂直厚度Ｄ～104m很扁平的一層∴是準水平→大尺度大氣運動兩個重要特點：3※“準”的含義水平運動：垂直速度為零。準水平運動：主要是水平運動，但垂直運動也很重要（降水的形成）。地轉(zhuǎn)運動：科氏力與氣壓梯度力相等，加速度等于零。準地轉(zhuǎn)運動：科氏力與氣壓梯度力近似相等，加速度不等于零，系統(tǒng)能發(fā)展?！皽省钡暮x4動力氣象學（課程）的研究對象:考慮地球自轉(zhuǎn)的、準水平運動大尺度大氣動力過程。大尺度系統(tǒng)，又稱天氣尺度系統(tǒng)、天氣系統(tǒng)。動力氣象學（課程）的研究對象:52.任務(wù)：動力氣象學與天氣學不同之處在于：天氣學：從觀測資料出發(fā)，經(jīng)驗性的，總結(jié)天氣過程的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，（主觀）推斷可能機理

動力學：從物理定律出發(fā)，從理論上，揭示天氣過程的發(fā)生發(fā)展規(guī)律和機理2.任務(wù)：動力氣象學與天氣學不同之處在于：6本校大氣科學專業(yè)教學特色：理論聯(lián)系實際：天氣學與動力氣象學相互滲透交叉－－－－天氣動力學本校大氣科學專業(yè)教學特色：理論聯(lián)系實際：73.方法

物理基礎(chǔ)：力學、熱力學；（不去研究聲、光、電、降水的微物理過程）數(shù)學基礎(chǔ)：微積分（微分方程），矢量分析，場論（歐拉觀點），計算數(shù)學。步驟：氣象問題→物理模型→數(shù)學模型→求解→解釋原問題側(cè)重在首尾兩步3.方法物理基礎(chǔ)：力學、熱力學；8二、發(fā)展簡介氣象學是一門“古老（現(xiàn)代）”學科：人們一直試圖去解釋天氣、預測天氣大氣是作為一個物理系統(tǒng)：近代動力氣象學發(fā)展的推動力：1、各種觀測儀器的發(fā)明，通過觀測大氣，對觀測現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。2、物理學、數(shù)學等基礎(chǔ)學科的發(fā)展。二、發(fā)展簡介氣象學是一門“古老（現(xiàn)代）”學科：9

(1)19世紀20年代～20世紀20年代

19世紀20年代之后，開始有了近代氣象學——1820年Brandes繪制了第一張?zhí)鞖鈭D，用外推法預測高低壓的移動形成了地面天氣圖，開創(chuàng)近代天氣分析和天氣預報方法。

10（2）～20世紀30年代

1904年建立了旋轉(zhuǎn)大氣運動方程組。歐洲學術(shù)發(fā)展興盛：卑爾根學派（皮葉克尼斯1920年――鋒面學說）（2）～20世紀30年代11（3）～20世紀60年代動力氣象迅速發(fā)展的時期背景：二戰(zhàn)爆發(fā)前后，建立了高空觀測網(wǎng)，氣象要素發(fā)展為三維系統(tǒng)（＋時間～四維）高空500hPa圖的最主要特點：波動（時間上，空間上）美國學術(shù)發(fā)展興盛：芝加哥大學Rossby――動力氣象學之鼻祖1939年，他提出了長波學說，稱此波為大氣長波或Rossby波。氣象中最主要的理論：波動理論（3）～20世紀60年代動力氣象迅速發(fā)展的時期12這一時期的主要理論成果：準地轉(zhuǎn)和地轉(zhuǎn)適應理論（Rossby，1938）行星波的能量頻散理論（Rossby，葉篤正，1949）行星波的斜壓不穩(wěn)定（恰尼，1947；伊臺，1949）——熱力機制行星波的正壓不穩(wěn)定（郭曉嵐，1949）——動力機制大氣運動的尺度分析（恰尼，1949）數(shù)值預報理論（恰尼等，1950，芝加哥大學）——成功地進行了數(shù)值預報，把前面的理論基礎(chǔ)歸結(jié)為一個簡單的預報方程。這一時期的主要理論成果：13（4）～至今1.熱帶大氣動力學熱帶的水汽，對流，潛熱釋放等影響全球；非常重要；ENSO現(xiàn)象熱帶觀測儀器有：衛(wèi)星，國際上的專門試驗第二類條件不穩(wěn)定CISK機制（恰尼，1964）積云對流參數(shù)化（郭曉嵐，1965）——用大尺度的量表示小尺度的對流問題，（類似于物理學中，用宏觀量來表達描述微觀運動）熱帶波動學（松野，1966）——Kelvin波,Rossby重力波，重力慣性內(nèi)波（4）～至今142.中小尺度動力學是由于測站間距大于中小尺度系統(tǒng)得自身尺度，故常規(guī)觀測不到中尺度系統(tǒng)。60年代后借助雷達衛(wèi)星的特殊觀測。不穩(wěn)定理論，數(shù)值模擬。2.中小尺度動力學153.大氣環(huán)流持續(xù)異?；驓夂虍惓恿W——70年代末至80年代末發(fā)展最多定常波（物理中稱為駐波）理論（氣候）大氣環(huán)流持續(xù)異常理論“遙相關(guān)”現(xiàn)象3.大氣環(huán)流持續(xù)異?；驓夂虍惓恿W16e.g.ENSO發(fā)生，美洲氣候發(fā)生異常：海溫升高，對流加強，釋放潛熱

1979年英國Hoskines大圓理論e.g.夏季青藏高原熱源異常影響e.g.ENSO發(fā)生，美洲氣候發(fā)生異常：e.g.夏季青藏174.非線性大氣動力學氣象中的一些突變現(xiàn)象4.非線性大氣動力學18北半球6月和10月的大氣環(huán)流突變北半球6月和10月的大氣環(huán)流突變191979年，美國的恰尼，多平衡理論（大氣在同一狀況下有幾個平衡態(tài)）用以解釋“副高北跳”，“大氣環(huán)流6月、10月突變”現(xiàn)象。

1979年，美國的恰尼，多平衡理論（大氣在同一狀況下有幾個平2090年代以后，動力氣象學的新成果較少。本課程講授30－60年代理論；60年代后的主要在《高等動力氣象學》選修課、研究生《大氣動力學》課程中講授。90年代以后，動力氣象學的新成果較少。21

本專業(yè)另外開設(shè)了《中小尺度大氣動力學》、《熱帶大氣動力學》等課程，且課程有三章內(nèi)容（大氣運動的基本方程組、尺度分析與自由大氣中的風場、大氣渦旋動力學）已經(jīng)在先修課程《天氣學原理》中部分講述過，因此，本課程主要以講述中高緯大尺度大氣過程為主，為了保持課程的系統(tǒng)性，《天氣學原理》部分講述過的三