大气运动的基本规律课件.pptx

1、为什么要分析大气运动？为什么要分析大气运动？ 大气运动的状态及其变化对发生在大气中的各种物理大气运动的状态及其变化对发生在大气中的各种物理 化学过程以及相应的天气气候有重要的影响，甚至于化学过程以及相应的天气气候有重要的影响，甚至于 决定性的影响。决定性的影响。 1903年，挪威气象学家年，挪威气象学家V.Bjerknes提出：天气预报问提出：天气预报问题不过是一组控制大气运动的动力和热力物理方程的初题不过是一组控制大气运动的动力和热力物理方程的初值问题，天气预报就是这一数学方程组的解。值问题，天气预报就是这一数学方程组的解。3456怎么分析大气运动？怎么分析大气运动？x推力推力Ft=0v=0

2、s=0t=t1v=？s=？分析步骤：分析步骤：1、建立坐标系、建立坐标系 2、分析小方块的受力情况、分析小方块的受力情况 3、建立方程：、建立方程：F=ma v0=0 4、求解方程得到、求解方程得到t1时刻的时刻的v和和s光滑表面光滑表面怎么分析大气运动？怎么分析大气运动？分析步骤：分析步骤：1、建立坐标系、建立坐标系 2、分析空气的受力情况、分析空气的受力情况 3、建立方程、建立方程 4、求解方程得到、求解方程得到t1时刻的时刻的v和和s1、坐标系、坐标系运动总是相对的运动总是相对的建立相应的坐标系建立相应的坐标系Run with Bolt ?坐标系坐标系惯性坐标系：适用于牛顿运动定律的参考

3、系惯性坐标系：适用于牛顿运动定律的参考系 相对于恒星是固定的相对于恒星是固定的非惯性坐标系：非惯性坐标系：局地直角坐标系局地直角坐标系球坐标系球坐标系柱坐标系柱坐标系自然坐标系自然坐标系F=maFma p s n s n 自然坐标系自然坐标系 球坐标系球坐标系 北京北京纽约纽约xx北京的西风北京的西风 VsVs 纽约的西风纽约的西风局地直角坐标系：局地直角坐标系：X方向：与纬圈相切，向东为正方向：与纬圈相切，向东为正Y方向：与经圈相切，向北为正方向：与经圈相切，向北为正Z方向：向上为正方向：向上为正l 在地球上可随意移动，在地球上的不同地点（在地球上可随意移动，在地球上的不同地点（X,Y,Z）

4、的方向）的方向 是变化的；是变化的；l 在一个不大的范围内，又可以将（在一个不大的范围内，又可以将（X,Y,Z）的方向看成不变；）的方向看成不变；l 考虑全球范围或极地地区的大气运动问题时必须采用球坐标考虑全球范围或极地地区的大气运动问题时必须采用球坐标 系，其余情况采用局地直角坐标系。系，其余情况采用局地直角坐标系。2、受力分析、受力分析Q1：对谁做受力分析？：对谁做受力分析？Q2：受到哪些力？：受到哪些力？一、空气微团（流点、质块、质点）与连续介质假设一、空气微团（流点、质块、质点）与连续介质假设L2L1L3假设：流点的线尺度为假设：流点的线尺度为L2 分子的平均间距为分子的平均间距为L1

5、 流动（运动）范围线尺度为流动（运动）范围线尺度为L3 则：则： L1 L2 P1 P0气压梯度力气压梯度力地转偏向力地转偏向力V气压梯度力与地转偏向力平衡，此时空气块沿等压线作气压梯度力与地转偏向力平衡，此时空气块沿等压线作匀速直线运动，这种风称为匀速直线运动，这种风称为“地转风地转风”，这种平衡称为，这种平衡称为“地转平衡地转平衡”。气压梯度力气压梯度力 + 地转偏向力地转偏向力=0风沿等压线吹，背风而立，高压在右（北半球）风沿等压线吹，背风而立，高压在右（北半球）3、若等压线为圆形，且中心气压高，向外降低，称为、若等压线为圆形，且中心气压高，向外降低，称为“高压高压” 无摩擦情况下：无摩

6、擦情况下：P0P1气压梯度力气压梯度力地转偏向力地转偏向力V惯性离心力惯性离心力地转偏向力地转偏向力 + 惯例离心力惯例离心力 + 气压梯度力气压梯度力 = 0此平衡称为此平衡称为“梯度风平衡梯度风平衡”，此平衡下的风称为，此平衡下的风称为“梯度风梯度风”。北半球，高压中，风呈顺时针旋转，称为北半球，高压中，风呈顺时针旋转，称为“反气旋反气旋”4、若等压线为圆形，且中心气压低，向外升高，称为、若等压线为圆形，且中心气压低，向外升高，称为“低压低压” 无摩擦情况下：无摩擦情况下：P1P0地转偏向力地转偏向力气压梯度力气压梯度力V惯性离心力惯性离心力地转偏向力地转偏向力 + 惯例离心力惯例离心力

7、+ 气压梯度力气压梯度力 = 0此平衡称为此平衡称为“梯度风平衡梯度风平衡”，此平衡下的风称为，此平衡下的风称为“梯度风梯度风”。北半球，低压中，风呈逆时针旋转，称为北半球，低压中，风呈逆时针旋转，称为“气旋气旋”82若有摩擦存在，以平行直线等压线为例若有摩擦存在，以平行直线等压线为例P0P1P2气压梯度力气压梯度力地转地转偏向力偏向力FVVgD称为称为 “地转偏差地转偏差”地转偏差，指向摩擦力的右侧，且与之垂直，指向低压一侧地转偏差，指向摩擦力的右侧，且与之垂直，指向低压一侧84上图代表较高层大气的运动受力情况，在没有摩擦力的情况下，大气运动基本上图代表较高层大气的运动受力情况，在没有摩擦力

8、的情况下，大气运动基本上是气压梯度力和科氏力平衡下的运动。上是气压梯度力和科氏力平衡下的运动。下图代表近地面层的大气运动受力情况，在有摩擦力的情况下，大气运动是气下图代表近地面层的大气运动受力情况，在有摩擦力的情况下，大气运动是气压梯度力、科氏力和摩擦力三者平衡下的运动。压梯度力、科氏力和摩擦力三者平衡下的运动。地转偏差的作用：地转偏差的作用：低压低压 辐辐 合合 上升运动上升运动 恶劣天气恶劣天气高压高压 辐辐 散散 下沉运动下沉运动 好天气好天气86878889北半球北半球南半球南半球6、热成风、热成风-地转风随高度的变化地转风随高度的变化Vg1Vg2热成风热成风VT定义热成风：定义热成风： 热成风平行于气层的平均温度等值线，在北半球，热成风平行于气层的平均温度等值线，在北半球，背背热成风而立，右手为高温区，左手为低温区热成风而立，右手为高温区，左手为低温区；南半球则；南半球则相反。热成风的大小与气层平均温度的水平梯度和气层相反。热成风的大小与气层平均温度的水平梯度和气层厚度成正比，与纬度的正弦及平均温度成反比。厚度成正比，与纬度的正弦及平均温度成反比。 暖暖暖暖Vg下下Vg上上Vg下下Vg上上