第一章 1影響大氣運(yùn)動(dòng)的作用力

1、天氣學(xué)原理課件,前言,1.天氣學(xué)發(fā)展史 17世紀(jì)以前，“經(jīng)驗(yàn)時(shí)期”《氣象通典》 17—19世紀(jì)初，“實(shí)驗(yàn)時(shí)期”（1820）第一張?zhí)鞖鈭D 的產(chǎn)生——大氣科學(xué)成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科 19世紀(jì)20年代——現(xiàn)在“理論研究時(shí)期”,2.大氣科學(xué)發(fā)展的幾個(gè)階段第一個(gè)階段：1820—1920年 ， 分析地面天氣圖—— 簡(jiǎn)單外推預(yù)測(cè)天氣第二個(gè)階段：1920—1940年 ， 挪威學(xué)派V.B

2、jerknes “鋒面理論和氣旋波動(dòng)理論”第三個(gè)階段：1940—1960年 ， 芝加哥學(xué)派Rossby “大氣長(zhǎng)波理論”第四個(gè)階段：1960—現(xiàn)在 ， 產(chǎn)生多門(mén)學(xué)科來(lái)預(yù)測(cè)天氣,3.天氣學(xué)研究對(duì)象和方法,研究對(duì)象：研究整個(gè)地球大氣的天氣現(xiàn)象和天氣過(guò)程的 規(guī)律及其物理本質(zhì)——預(yù)測(cè)天氣研究方法：1、天氣圖——工具 建立天氣模式，分

3、析天氣過(guò)程的演變規(guī)律 2、定性的物理分析方法 a)天氣圖看懂 b)公式意義明確（不在于推導(dǎo)）,4.課程內(nèi)容和參考書(shū) 內(nèi)容：1——5章 參考書(shū)：梁必琪的《天氣學(xué)》5.要求天氣學(xué) 、天氣分析、動(dòng)力氣象聯(lián)系學(xué)習(xí)認(rèn)真閱讀課本每章思考題——記憶考試：思考題范圍之內(nèi),第一章 大氣運(yùn)動(dòng)的基本特征,第1節(jié) 影響大氣運(yùn)動(dòng)的作用力,一 .氣壓梯度

4、力：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的氣塊受到的大氣的凈壓力。 體積： 質(zhì)量： B面所受壓力：A面所受壓力：,x方向受的壓力為：同理：y方向所受凈壓力為： z方向所受凈壓力為：,總的凈壓力為： 氣壓梯度力：,討論： 1.氣壓梯度力是由氣壓分布不均勻引起的。 2.氣壓梯度力的方向指向– 的方向，即由高壓

5、 指向低壓，垂直于等壓線。 3.氣壓梯度力的大小與氣壓梯度成正比，與空氣的密度成反比，即等壓線越密集，氣壓梯度越大。 在同樣的氣壓梯度下，高處的風(fēng)就比低處的風(fēng) 大，因?yàn)楦呖盏拿芏刃　?,4. 水平氣壓梯度力 比垂直氣壓梯度力小很多。 水平方向: 100 km 相差1hpa 垂直方向: 8-10 m 相差1hpa

6、 1000hpa~850hpa 平均相差1500m 但由于向上的氣壓梯度力與向下的重力達(dá)到準(zhǔn)靜力平衡，所以雖然垂直方向上的氣壓梯度力大，但運(yùn)動(dòng)不明顯。而水平方向上力雖小但運(yùn)動(dòng)明顯，故大氣基本上是準(zhǔn)水平運(yùn)動(dòng)。,,二、地心引力 萬(wàn)有引力：地球?qū)挝毁|(zhì)量空氣的引力：(地球半徑為a,質(zhì)量為M，空氣塊質(zhì)量為m，離地高度為z),因?yàn)?：

7、 即所以 ： —— 海平面的地心引力（常數(shù)）,三、慣性離心力 向心力～向心加速度 慣性離心力,討論： 1. 的方向垂直于地軸，指向地球外側(cè)。 2. 的大小隨緯度變化：赤道最大，極地最小。 3. 地球自轉(zhuǎn)角速度Ω=2π/2

8、4小時(shí)=7.29×10-5 /秒 . 4. 地表上每個(gè)靜止物體均受到慣性離心力的影響。,四、重力 地心引力與慣性離心力的合力，稱為重力。,討論：1、 的方向除赤道和極地外，均不指向心。 由于地球?yàn)闄E圓，地球上重力垂直于當(dāng)?shù)厮矫?，向?、重力的大小隨緯度變化，極地最大，赤道最小，一般用45緯度海平面重力值= 9.806m/s2,五、地轉(zhuǎn)偏向力（科力奧利力） 方向：垂直

9、于 與 組成的平面，指向運(yùn)動(dòng)方向右側(cè) 大?。?設(shè)：局地直角坐標(biāo)系 原點(diǎn)：地表某點(diǎn) y軸：沿原點(diǎn)所在經(jīng)圈切線方向指向北 x軸：沿原點(diǎn)所在緯圈切線方向指向東 z軸；指向當(dāng)?shù)靥祉敺较?,常用水平地轉(zhuǎn)偏向力,,令則有,討論： 1、運(yùn)動(dòng)的物體受地轉(zhuǎn)偏向力的作用（靜止時(shí)為0）。 2、 與 相垂直，且在緯圈的平面內(nèi)。

10、 3、 與 相垂直，地轉(zhuǎn)偏向力垂直于運(yùn)動(dòng)方向，只改變空氣塊的運(yùn)動(dòng)方向，不改變其速度大小。在北半球地轉(zhuǎn)偏向力指向運(yùn)動(dòng)方向右側(cè)，南半球則相反。 4、水平地轉(zhuǎn)偏向力大小與風(fēng)速成正比，與緯度的正弦成正比。即風(fēng)速越大偏向力越大，高緯度的偏向力大 ，低緯度的偏向力小。,六.摩擦力（850hpa以下考慮） 單位質(zhì)量空氣塊所受到的凈粘滯力稱摩擦力. （　為摩擦系數(shù)）,摩擦力的簡(jiǎn)化形式：,綜上所述，單位質(zhì)量空氣加速度——

11、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的大氣運(yùn)動(dòng)方程為：,作業(yè),氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、重力的定義、表達(dá)式和意義,氣象通典—?dú)庀笫飞献顐ゴ蟮闹髦?《氣象通典》（Meteorologica）—亞里士多德（約公元前340年）（氣象學(xué)-meteorology）Meteor是古希臘人用來(lái)指大氣上面的事物的，即一切大氣現(xiàn)象，如云層、暈、虹、雷電、雹、雨、雪、流星等等。該書(shū)系統(tǒng)地討論了地球上水、土地、天空空氣的來(lái)源，以及各種天氣現(xiàn)象的成因，不但收集先前哲人和先民的氣象

12、學(xué)思想和經(jīng)驗(yàn)加以整理，而且也提出亞里士多德本人對(duì)各種天氣現(xiàn)象的見(jiàn)解和理論，是世界上最早的有系統(tǒng)的氣象學(xué)著作。它與古代希臘許多有關(guān)自然界現(xiàn)象的解釋和理論一樣，都是經(jīng)驗(yàn)性科學(xué)發(fā)展出來(lái)的成果，所以有相當(dāng)多的錯(cuò)誤，主要是因?yàn)槟菚r(shí)缺乏準(zhǔn)確的觀測(cè)儀器。,中國(guó)早期的成就,遠(yuǎn)在三千年前，殷代甲骨文中已有關(guān)于風(fēng)、云、雨、雪、虹、霞、龍卷、雷暴等文字記載，還常卜問(wèn)未來(lái)十天的天氣(稱為“卜旬”)，并將實(shí)況記錄下來(lái)以資驗(yàn)證。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代已能根據(jù)風(fēng)、云、物候

13、的觀測(cè)記錄，確定廿四節(jié)氣，對(duì)指導(dǎo)黃河流域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)意義很大，并沿用到現(xiàn)代。秦漢時(shí)代還出現(xiàn)了《呂氏春秋》、《淮南子》和《禮記》等內(nèi)容涉及物候的書(shū)籍，這些都是世界上最早關(guān)于物候的文獻(xiàn)。,天氣諺語(yǔ),朝霞不出門(mén)，晚霞行千里；雷公先唱歌，有雨也不多；不刮東風(fēng)不雨，不刮西風(fēng)不晴。 燕子低飛要落雨。螞蟻搬家早晚要下。 一場(chǎng)秋雨一場(chǎng)寒，十場(chǎng)秋雨穿上棉。,氣旋生成的波動(dòng)理論,英文名稱：wave theory of cyclogenesi

14、s 定義：以兩種流體界面上波的形成原理為基礎(chǔ)的低壓發(fā)展理論。,大氣長(zhǎng)波理論,1939年,Rossby根據(jù)大量的天氣圖的資料，分析了大氣中的半永久活動(dòng)中心與高空波動(dòng)的關(guān)系，指出氣旋或反氣旋是在高空波動(dòng)的特定位置下發(fā)展起來(lái)的，并對(duì)高空波動(dòng)的移動(dòng)做了理論分析，指出，由于旋轉(zhuǎn)大氣中的Beta作用，使大氣波動(dòng)具有特殊的性質(zhì)，這種波動(dòng)的移動(dòng)、靜止與天氣過(guò)程有密切關(guān)系，這種波動(dòng)后來(lái)稱之為Rossby波，由此天氣學(xué)就與動(dòng)力學(xué)緊密結(jié)合起來(lái)。,天氣學(xué)的

15、對(duì)象與方法,天氣學(xué)，可以簡(jiǎn)單地給它下個(gè)定義就是研究天氣的科學(xué)。所謂天氣，就是某時(shí)地球表面上某些地球上空的大氣狀態(tài)，以及大氣狀態(tài)在一定時(shí)期內(nèi)的連續(xù)變化。天氣與經(jīng)常的天氣變化，對(duì)于人類的生活和活動(dòng)有很大的影響。因此，天氣學(xué)有兩個(gè)任務(wù)：第一、研究決定天氣演變的大氣物理過(guò)程的發(fā)展規(guī)律；第二、將這些規(guī)律應(yīng)用與使用的目的—預(yù)報(bào)未來(lái)一定時(shí)間的天氣。因?yàn)榇髿庵袥Q定天氣演變的物理過(guò)程是在廣大的空間中進(jìn)行的，所以天氣學(xué)的基本方法就是把廣大的氣象測(cè)站網(wǎng)在