大氣科學(xué)導(dǎo)論-第三講大氣運動

1、大氣科學(xué)入門論，課程內(nèi)容，第一章概要第二章大氣的基本知識第三章大氣運動的基本法則第四章氣旋和氣旋第五章關(guān)于氣團(tuán)和前線的介紹第六章天氣預(yù)報的基本方法和技術(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，為什么地球是橢圓球體北半球的河流(長江等) 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)大氣運動方程式風(fēng)壓關(guān)系第四節(jié)大氣運動方程式的方程式的解和分析，第三章大氣運動的基本規(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時刻的v和s，進(jìn)行光滑表面，如

2、何分析大氣運動？ 1、坐標(biāo)系、運動始終是相對的，是否要創(chuàng)建相應(yīng)的坐標(biāo)系、和Run with Bolt？ 參考系、運動是普遍的、絕對的。 同一物體對不同的標(biāo)準(zhǔn)具有不同的運動狀況，稱之為運動的相對性。 例如，列車發(fā)車后，對于列車上的乘客來說，車上的行李架是靜止的，而站臺上的人卻看著行李架在移動。 兩位觀察者在研究該物體(貨架)的運動時選擇的標(biāo)準(zhǔn)不同。 描述一個物體的位置和運動狀況時，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)該稱為參考系統(tǒng)。 太陽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，地球上的不同場所(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)系是實質(zhì)上簡化的球坐標(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動問題必須采用球坐標(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:對誰進(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、質(zhì)量塊、質(zhì)點)和連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)、L2、L1、L3、假設(shè)：流點的線尺是L2分子的平均連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)中的流體質(zhì)點足夠小，它可以作為流動中的一個點，同時也足夠大這樣大而小的流體質(zhì)點，也稱為流體微塊或流體體素，一般也簡稱為流點。 在我們之后的討論中，這個概念流體塊，小空氣塊經(jīng)常被使用。 將由離散分子構(gòu)成的實際流體看作無數(shù)的上述流體質(zhì)點沒有空隙地連續(xù)分布而構(gòu)成是連續(xù)介質(zhì)假設(shè)。二、作用于“流點”的力、1、萬有引力地心引力、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：由空氣間的相對運動產(chǎn)生的摩擦力、3、x、y、z、x、y、z、長方體： x、y、z、密度： m=xyz、每單位長度的氣壓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，氣壓梯度萬有引力摩擦力氣壓梯度力、施力對象受力對象、真實力4 .在慣性離心力、非慣性坐標(biāo)系中靜止的物體：r、a、a點有一個小球，與圓盤一起逆時針旋轉(zhuǎn)。 小球相對于轉(zhuǎn)盤靜止著。 慣性坐標(biāo)系(圓盤外的人): 小球旋轉(zhuǎn)，有向心力，矛盾，非慣性坐標(biāo)系(圓盤): 小球靜止，有向

6、心力，因此非慣性坐標(biāo)系(圓盤)，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。 一個恒星日=23小時56分4秒=86164s、5、地震震動力、t=0、t=1、t=2、t=3、Why？ 什么？ 導(dǎo)入地震動力：在慣性坐標(biāo)系觀測直線運動從非慣性坐標(biāo)系觀測曲線運動。 科里奧利力的方向，地轉(zhuǎn)偏向力的性質(zhì)： 1，大小：與速度成正比2，方向：垂直于地球的自轉(zhuǎn)角速度和速度，所以地擺力不工作，只改變運動方向。 站在風(fēng)的背面，地震力指向運動方向的右側(cè)(北半球)地震力指向運動方向的左側(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)。 摩擦力、氣壓梯度力、萬有引力、慣性、離心力、地偏轉(zhuǎn)力、真實力、視覺顯示力、摩擦力、氣壓梯度力、空氣微組的受力情況，3、大氣運動方程式、風(fēng)壓關(guān)系，一、大氣運動方程式、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動狀態(tài)的變化的基本關(guān)系。視力：科里奧利力和慣性離心力，大氣運動方程式的成分形式，大氣運動方程式討論，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、如果等壓線是直線且沒有摩擦，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，該時空氣塊沿等壓線等速直線運動，氣壓梯度力=0，風(fēng)沿等壓線吹，風(fēng)站在背上沒有摩擦的情況：P0、P1、氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、v、慣性離心力，將此時的風(fēng)稱為階梯風(fēng)平衡，將此時的風(fēng)稱為階梯風(fēng)，北半球、高壓中、風(fēng)按時間順序旋轉(zhuǎn)，稱為旋風(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)逆時針旋轉(zhuǎn)，被稱為旋風(fēng)，在存在4、摩擦的情況下，以平行直線等壓線為例，P0 P1