大氣科學(xué)導(dǎo)論-第三講大氣運(yùn)動(dòng)

1、大氣科學(xué)入門(mén)論，課程內(nèi)容，第一章概要第二章大氣的基本知識(shí)第三章大氣運(yùn)動(dòng)的基本法則第四章氣旋和氣旋第五章關(guān)于氣團(tuán)和前線(xiàn)的介紹第六章天氣預(yù)報(bào)的基本方法和技術(shù)第七章海氣相互作用的產(chǎn)物厄爾尼諾第八章氣候變動(dòng)，為什么地球是橢圓球體北半球的河流(長(zhǎng)江等) 的左右兩岸哪一岸凹陷單環(huán)流三環(huán)流，思考題，本章內(nèi)容，第一節(jié)坐標(biāo)系第二節(jié)受力分析第三節(jié)大氣運(yùn)動(dòng)方程式風(fēng)壓關(guān)系第四節(jié)大氣運(yùn)動(dòng)方程式的方程式的解和分析，第三章大氣運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，x，推力f，t=t0 v=0 s=0 s=？ 分析步驟： 1、建立坐標(biāo)系2、分析小方形受力情況3、建立方程： F=ma； v0=0 4，求解方程式得到t1時(shí)刻的v和s，進(jìn)行光滑表面，如

2、何分析大氣運(yùn)動(dòng)？ 1、坐標(biāo)系、運(yùn)動(dòng)始終是相對(duì)的，是否要?jiǎng)?chuàng)建相應(yīng)的坐標(biāo)系、和Run with Bolt？ 參考系、運(yùn)動(dòng)是普遍的、絕對(duì)的。 同一物體對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)具有不同的運(yùn)動(dòng)狀況，稱(chēng)之為運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性。 例如，列車(chē)發(fā)車(chē)后，對(duì)于列車(chē)上的乘客來(lái)說(shuō)，車(chē)上的行李架是靜止的，而站臺(tái)上的人卻看著行李架在移動(dòng)。 兩位觀察者在研究該物體(貨架)的運(yùn)動(dòng)時(shí)選擇的標(biāo)準(zhǔn)不同。 描述一個(gè)物體的位置和運(yùn)動(dòng)狀況時(shí)，首先以其他物體為基準(zhǔn)進(jìn)行選擇，假定它是靜止的，作為基準(zhǔn)所選擇的物體應(yīng)該稱(chēng)為參考系統(tǒng)。 太陽(yáng)參照系是慣性參照系地球非慣性參照系，如何選擇旋轉(zhuǎn)的參照系原則上是任意的。 在氣象研究中，通常選擇地球作為參考系。 氣象上最常用的

3、坐標(biāo)系：球坐標(biāo)、局部直角坐標(biāo)自然坐標(biāo)系p坐標(biāo)系、坐標(biāo)系、坐標(biāo)系等。局部正交坐標(biāo)系、自然坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系、局部正交坐標(biāo)系：x方向：與緯輪相接，東方正y方向：與經(jīng)輪相接，北方正z方向：上方正，可在地球上自由移動(dòng)，地球上的不同場(chǎng)所(x，y，)、局部正交坐標(biāo)系，別名： z坐標(biāo)系，o:地面區(qū)域中心z:垂直地面朝上(天頂方向局部正交坐標(biāo)系是實(shí)質(zhì)上簡(jiǎn)化的球坐標(biāo)系，其部分考慮地球的球面性：保持球坐標(biāo)系的定標(biāo)方向，但忽略了有關(guān)地球曲率的力。 但是，兩者在高緯或極地附近的差異很明顯。 局地直角坐標(biāo)系不是大的范圍，考慮到可以把(x，y，z )的方向看作不變的世界范圍和極地地域的大氣運(yùn)動(dòng)問(wèn)題必須采用球坐標(biāo)系，其孤立狀

4、況采用局地直角坐標(biāo)系。 局地直角坐標(biāo)系：北京，紐約，x，x，北京西風(fēng)Vs紐約西風(fēng)，2，受力分析，Q1:對(duì)誰(shuí)進(jìn)行受力分析？ Q2:受到什么樣的力量？ 另一方面，空氣微塊(流點(diǎn)、質(zhì)量塊、質(zhì)點(diǎn))和連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)、L2、L1、L3、假設(shè)：流點(diǎn)的線(xiàn)尺是L2分子的平均連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)中的流體質(zhì)點(diǎn)足夠小，它可以作為流動(dòng)中的一個(gè)點(diǎn)，同時(shí)也足夠大這樣大而小的流體質(zhì)點(diǎn)，也稱(chēng)為流體微塊或流體體素，一般也簡(jiǎn)稱(chēng)為流點(diǎn)。 在我們之后的討論中，這個(gè)概念流體塊，小空氣塊經(jīng)常被使用。 將由離散分子構(gòu)成的實(shí)際流體看作無(wú)數(shù)的上述流體質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有空隙地連續(xù)分布而構(gòu)成是連續(xù)介質(zhì)假設(shè)。二、作用于“流點(diǎn)”的力、1、萬(wàn)有引力地心引力、m、m、r、

5、2、摩擦力、外摩擦力：空氣與地表之間的摩擦力內(nèi)摩擦力：由空氣間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力、3、x、y、z、x、y、z、長(zhǎng)方體： x、y、z、密度： m=xyz、每單位長(zhǎng)度的氣壓Py: Pz :x方向受到的力為：向量形式：氣壓梯度力的性質(zhì)：1、氣壓梯度力的大?。号c氣壓梯度成比例的2、氣壓梯度力的方向：從高壓向低壓，兩地之間有氣壓梯度時(shí)，氣壓梯度萬(wàn)有引力摩擦力氣壓梯度力、施力對(duì)象受力對(duì)象、真實(shí)力4 .在慣性離心力、非慣性坐標(biāo)系中靜止的物體：r、a、a點(diǎn)有一個(gè)小球，與圓盤(pán)一起逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 小球相對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)靜止著。 慣性坐標(biāo)系(圓盤(pán)外的人): 小球旋轉(zhuǎn)，有向心力，矛盾，非慣性坐標(biāo)系(圓盤(pán)): 小球靜止，有向

6、心力，因此非慣性坐標(biāo)系(圓盤(pán))，小球受到向心力，但是又導(dǎo)入慣性離心力，與向心力大小相同，方向相反。 一個(gè)恒星日=23小時(shí)56分4秒=86164s、5、地震震動(dòng)力、t=0、t=1、t=2、t=3、Why？ 什么？ 導(dǎo)入地震動(dòng)力：在慣性坐標(biāo)系觀測(cè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)從非慣性坐標(biāo)系觀測(cè)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 科里奧利力的方向，地轉(zhuǎn)偏向力的性質(zhì)： 1，大?。号c速度成正比2，方向：垂直于地球的自轉(zhuǎn)角速度和速度，所以地?cái)[力不工作，只改變運(yùn)動(dòng)方向。 站在風(fēng)的背面，地震力指向運(yùn)動(dòng)方向的右側(cè)(北半球)地震力指向運(yùn)動(dòng)方向的左側(cè)副熱帶高壓帶、副熱帶高壓帶、副熱帶低壓帶、副熱帶高壓帶、副熱帶高壓帶、重力垂直于水平面，赤道最小，極地最大。 地

7、心引力()指球心，慣性離心力()垂直于地軸方向，因此，除極地和赤道以外，重力()不指球心(參見(jiàn)附圖)。 由于存在慣性離心力，地球成為橢圓體，赤道半徑比極地半徑長(zhǎng)約21km (但是，該差比地球的平均半徑小)，重力與橢圓體表面垂直(上圖虛線(xiàn))。 摩擦力、氣壓梯度力、萬(wàn)有引力、慣性、離心力、地偏轉(zhuǎn)力、真實(shí)力、視覺(jué)顯示力、摩擦力、氣壓梯度力、空氣微組的受力情況，3、大氣運(yùn)動(dòng)方程式、風(fēng)壓關(guān)系，一、大氣運(yùn)動(dòng)方程式、單位質(zhì)量下：牛頓的第二定律只在慣性系統(tǒng)中成立，反映了物理受力與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化的基本關(guān)系。視力：科里奧利力和慣性離心力，大氣運(yùn)動(dòng)方程式的成分形式，大氣運(yùn)動(dòng)方程式討論，一，垂直方向，dz，1m2，

8、重力，垂直方向的氣壓梯度力，每單位質(zhì)量的重力：每g單位質(zhì)量的垂直方向，在實(shí)際的大氣中，這種情況近似，但近似的程度高。幾何高度的增加總是氣1、如果等壓線(xiàn)是直線(xiàn)且沒(méi)有摩擦，P0 P1 P2、P2 P1 P0、氣壓梯度力、地滾偏向力、v、氣壓梯度力和地滾偏向力平衡，該時(shí)空氣塊沿等壓線(xiàn)等速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，氣壓梯度力=0，風(fēng)沿等壓線(xiàn)吹，風(fēng)站在背上沒(méi)有摩擦的情況：P0、P1、氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、v、慣性離心力，將此時(shí)的風(fēng)稱(chēng)為階梯風(fēng)平衡，將此時(shí)的風(fēng)稱(chēng)為階梯風(fēng)，北半球、高壓中、風(fēng)按時(shí)間順序旋轉(zhuǎn)，稱(chēng)為旋風(fēng)分離器，將地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力、氣壓梯度在北半球、低壓中，風(fēng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，被稱(chēng)為旋風(fēng)，在存在4、摩擦的情況下，以平行直線(xiàn)等壓線(xiàn)為例，P0 P1