《動(dòng)力氣象》課件

動(dòng)力氣象動(dòng)力氣象是研究大氣運(yùn)動(dòng)和大氣中各種物理過(guò)程的學(xué)科。它解釋了天氣和氣候的形成，并為天氣預(yù)報(bào)和氣候變化研究提供理論基礎(chǔ)。課程導(dǎo)言1歡迎來(lái)到動(dòng)力氣象課程本課程將深入探討大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并結(jié)合實(shí)際案例，幫助學(xué)生了解氣象現(xiàn)象形成機(jī)理。2課程目標(biāo)掌握動(dòng)力氣象基本理論，培養(yǎng)學(xué)生氣象學(xué)研究和應(yīng)用能力。3課程內(nèi)容涵蓋大氣熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、中尺度氣象學(xué)、天氣預(yù)報(bào)等多個(gè)領(lǐng)域。氣象學(xué)概述天氣現(xiàn)象氣象學(xué)研究地球大氣及其現(xiàn)象，包括風(fēng)、溫度、濕度、降水和云。大氣科學(xué)氣象學(xué)是地球科學(xué)的一個(gè)分支，它利用物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)原理來(lái)理解大氣過(guò)程。天氣預(yù)報(bào)氣象學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用是天氣預(yù)報(bào)，它利用數(shù)據(jù)和模型來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的天氣條件。大氣結(jié)構(gòu)與成分大氣層結(jié)構(gòu)對(duì)流層、平流層、中間層、熱層、外層主要成分氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、氬氣大氣總體熱量平衡100太陽(yáng)輻射30反射輻射70吸收輻射熱力過(guò)程基本定律能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，總量保持不變。熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律指出，一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功和系統(tǒng)吸收的熱量之和。熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律指出，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵總是趨于增加，或者說(shuō)，一個(gè)系統(tǒng)的有序性總是趨于減少。熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律指出，當(dāng)溫度趨近于絕對(duì)零度時(shí)，一個(gè)系統(tǒng)的熵趨于一個(gè)常數(shù)。濕度與濕球溫度空氣濕度空氣中水汽含量的多少，常用相對(duì)濕度表示。濕球溫度用濕布包裹溫度計(jì)，在空氣中揮動(dòng)，達(dá)到熱平衡時(shí)的溫度。露點(diǎn)溫度空氣冷卻到飽和時(shí)的溫度，與空氣濕度密切相關(guān)。熱力圖及其應(yīng)用熱力圖是一種利用顏色變化來(lái)表示數(shù)據(jù)值的空間分布圖，可以直觀地展示氣象要素的空間分布特征。它廣泛應(yīng)用于天氣分析、災(zāi)害預(yù)警、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。例如，在氣象預(yù)報(bào)中，熱力圖可以幫助氣象學(xué)家了解氣溫、風(fēng)速、降水等要素的分布情況，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)天氣變化。中尺度氣壓系統(tǒng)尺度范圍水平范圍在幾百公里到幾千公里之間。氣壓特征常伴有氣壓梯度較大，氣流輻合或輻散現(xiàn)象。天氣影響與強(qiáng)對(duì)流天氣、暴雨、雷暴、冰雹等災(zāi)害性天氣密切相關(guān)。鋒面及其分類冷鋒冷氣團(tuán)主動(dòng)向暖氣團(tuán)移動(dòng)。暖鋒暖氣團(tuán)主動(dòng)向冷氣團(tuán)移動(dòng)。準(zhǔn)靜止鋒冷暖氣團(tuán)勢(shì)力相當(dāng)，移動(dòng)速度緩慢。錮囚鋒冷鋒追趕暖鋒，將暖氣團(tuán)抬升到高空。地轉(zhuǎn)風(fēng)及其計(jì)算1地轉(zhuǎn)風(fēng)概念在地球自轉(zhuǎn)的影響下，大氣運(yùn)動(dòng)受到科氏力的作用，當(dāng)氣壓梯度力與科氏力達(dá)到平衡時(shí)，風(fēng)向與等壓線平行，這種風(fēng)稱為地轉(zhuǎn)風(fēng)。2地轉(zhuǎn)風(fēng)公式地轉(zhuǎn)風(fēng)速度與氣壓梯度力和科氏力成正比，可通過(guò)公式計(jì)算得到。3地轉(zhuǎn)風(fēng)應(yīng)用地轉(zhuǎn)風(fēng)理論在天氣預(yù)報(bào)、氣候研究、航空氣象等方面有重要應(yīng)用，可以幫助預(yù)測(cè)大尺度氣流運(yùn)動(dòng)。螺旋渦動(dòng)形成機(jī)制螺旋渦動(dòng)是大氣中的一種重要現(xiàn)象，由氣流的旋轉(zhuǎn)和輻合作用形成。它是許多天氣系統(tǒng)，如熱帶氣旋、龍卷風(fēng)和中尺度氣旋的動(dòng)力基礎(chǔ)。螺旋渦動(dòng)的形成需要一定的條件，包括：氣流的旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)氣流可以是由于地轉(zhuǎn)偏向力或地形因素造成。例如，在北半球，地轉(zhuǎn)偏向力會(huì)使氣流向右偏轉(zhuǎn)，從而形成反氣旋。氣流的輻合：當(dāng)氣流從四周向中心輻合時(shí)，氣流的旋轉(zhuǎn)速度會(huì)加快。這就像旋轉(zhuǎn)的溜冰運(yùn)動(dòng)員收縮手臂，旋轉(zhuǎn)速度會(huì)加快。不穩(wěn)定的大氣層：不穩(wěn)定的大氣層有利于氣流的上升和旋轉(zhuǎn)，從而形成螺旋渦動(dòng)。低壓系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律發(fā)展階段特征初生階段氣壓梯度弱，上升氣流微弱，天氣變化不明顯發(fā)展階段氣壓梯度增強(qiáng)，上升氣流加強(qiáng)，云層增厚，形成降水成熟階段氣壓梯度最大，上升氣流最強(qiáng)，形成大范圍降水，風(fēng)力加大消亡階段氣壓梯度減弱，上升氣流減弱，降水減少，風(fēng)力減小高壓系統(tǒng)一般特征晴朗天氣高壓系統(tǒng)通常與晴朗天氣，降水量少相關(guān)。風(fēng)力較弱高壓系統(tǒng)內(nèi)部氣流下沉，導(dǎo)致風(fēng)力相對(duì)較弱。氣溫較高高壓系統(tǒng)內(nèi)部氣溫較高，因?yàn)闅饬飨鲁習(xí)r，氣溫會(huì)上升。鋒面系統(tǒng)動(dòng)力分析1氣壓梯度力推動(dòng)鋒面移動(dòng)2地轉(zhuǎn)偏向力影響鋒面轉(zhuǎn)向3摩擦力減緩鋒面速度鋒面系統(tǒng)受氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力的共同作用。氣壓梯度力推動(dòng)鋒面移動(dòng)，地轉(zhuǎn)偏向力影響鋒面轉(zhuǎn)向，摩擦力減緩鋒面速度。鋒面系統(tǒng)動(dòng)力分析可以幫助理解鋒面移動(dòng)、發(fā)展和消亡的過(guò)程，為天氣預(yù)報(bào)提供重要參考。氣團(tuán)與氣團(tuán)邊界氣團(tuán)在水平方向上，溫度、濕度和風(fēng)速等氣象要素比較均勻的大范圍空氣，稱為氣團(tuán)。氣團(tuán)邊界不同性質(zhì)氣團(tuán)之間的交界面稱為氣團(tuán)邊界，是天氣系統(tǒng)形成的重要條件。副熱帶高壓系統(tǒng)副熱帶高壓系統(tǒng)是全球大氣環(huán)流的重要組成部分，其形成與海陸熱力差異、大氣運(yùn)動(dòng)和地球自轉(zhuǎn)等因素有關(guān)。副熱帶高壓位于赤道附近，是全球最穩(wěn)定的高壓系統(tǒng)之一。副熱帶高壓對(duì)全球氣候有著重大影響，例如控制著降水分布、影響著洋流和氣溫等。它還與很多重要的天氣現(xiàn)象有關(guān)，例如臺(tái)風(fēng)、干旱和熱浪等。熱帶氣旋形成條件1充足的水汽熱帶氣旋需要大量的水汽作為能量來(lái)源。2溫暖的海水海水溫度至少需要26.5℃才能提供足夠的熱量。3低層大氣不穩(wěn)定低層大氣需要不穩(wěn)定，有利于上升氣流發(fā)展。4弱的垂直風(fēng)切變風(fēng)切變過(guò)強(qiáng)會(huì)抑制上升氣流的發(fā)展。熱帶氣旋結(jié)構(gòu)特征1中心熱帶氣旋的中心通常是平靜無(wú)風(fēng)區(qū)，被稱為“眼”。2眼墻環(huán)繞著眼的是一個(gè)狹窄的環(huán)形區(qū)域，稱為眼墻，這里擁有最強(qiáng)的風(fēng)力、降雨量和雷暴。3螺旋雨帶眼墻外是螺旋雨帶，它們向外延伸，并伴隨有較弱的風(fēng)力。熱帶氣旋路徑預(yù)報(bào)經(jīng)度緯度熱帶氣旋路徑預(yù)報(bào)是根據(jù)氣象學(xué)原理和數(shù)值預(yù)報(bào)模型，預(yù)測(cè)熱帶氣旋未來(lái)移動(dòng)軌跡和強(qiáng)度變化的過(guò)程。熱帶氣旋災(zāi)害防御及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息加強(qiáng)房屋設(shè)施建設(shè)確保海上船舶安全天氣分析圖基本知識(shí)等壓線連接相同氣壓點(diǎn)的線，顯示大氣壓力的空間分布。等溫線連接相同溫度點(diǎn)的線，反映氣溫的空間變化。風(fēng)向風(fēng)速表示風(fēng)向和風(fēng)速，提供大氣運(yùn)動(dòng)的信息。天氣分析圖繪制方法1綜合分析將各種觀測(cè)資料，如地面氣象觀測(cè)、高空探測(cè)、衛(wèi)星云圖等，進(jìn)行綜合分析2符號(hào)繪制根據(jù)氣象要素和天氣現(xiàn)象，使用特定的符號(hào)和線條進(jìn)行繪制3圖例說(shuō)明在圖例中詳細(xì)解釋各種符號(hào)和線條的含義天氣預(yù)報(bào)基本原理大氣運(yùn)動(dòng)天氣預(yù)報(bào)基于對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的理解，通過(guò)觀察氣象要素的變化趨勢(shì)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)天氣。氣象要素氣壓、溫度、濕度、風(fēng)速、降水等氣象要素是影響天氣的關(guān)鍵因素。數(shù)值模式數(shù)值預(yù)報(bào)模式利用計(jì)算機(jī)模擬大氣運(yùn)動(dòng)，通過(guò)解算氣象方程組來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)天氣。中短期天氣預(yù)報(bào)技術(shù)近年來(lái)，中短期天氣預(yù)報(bào)技術(shù)不斷發(fā)展，準(zhǔn)確率逐年提升。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式利用計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)方程來(lái)模擬大氣運(yùn)動(dòng)，預(yù)測(cè)未來(lái)天氣狀況。這些模式以觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算大氣狀態(tài)隨時(shí)間的演變，生成各種天氣要素的預(yù)報(bào)。天氣預(yù)報(bào)的不確定性復(fù)雜性天氣系統(tǒng)是一個(gè)高度復(fù)雜且非線性的系統(tǒng)，受許多因素影響。觀測(cè)誤差天氣觀測(cè)存在誤差，影響模型的初始條件。模型局限數(shù)值模型無(wú)法完美模擬大氣過(guò)程。氣候變化的科學(xué)問(wèn)題全球氣溫升高海平面上升極端天氣事件增多氣候變化的影響評(píng)估1.5全球氣溫升高預(yù)計(jì)到2100年，全球氣溫將上升1.5-2℃，導(dǎo)致極端高溫事件增多，冰川消融，海平面上升。100自然災(zāi)害加劇氣候變化導(dǎo)致極端天氣事件頻發(fā)，如洪水、干旱、風(fēng)暴等，造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。50生物多樣性損失氣候變化威脅著生物多樣性，導(dǎo)致物種滅絕，生態(tài)系統(tǒng)退化，影響生態(tài)平衡和人類生存。200糧食安全問(wèn)題氣候變化導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受損，糧食產(chǎn)量下降，加劇糧食安全問(wèn)題，影響全球人口的生存和發(fā)展。氣候