第3章大气运动的基本规律V1(南京信息工程大学大气)技巧.pptVIP

第三章 大气运动的基本规律;主要内容;4.1 研究大气运动的主要坐标系; 人类（气象观测员、百叶箱）在地球表面取一点，O作为坐标原点，过O点的纬圈切线指向东为X轴，过经线的切线指向北为Y轴，由O-XY组成了通过O点的切平面。由地心O’与地球表面O点连线指向天顶为Z轴。O-XYZ围绕地轴在旋转，称为旋转坐标系，即非惯性坐标系、相对坐标系、局地直角坐标系、Z-坐标系。;4.2 决定大气运动的主要因子和作用力;风速; 对于相对自转地球的大气运动而言，单位质量空气块的相对运动加速度，除决定于基本作用力外，还决定于由于坐标系随地球一起旋转所呈现出的视示力，包括同地球旋转有关的惯性离心力和地转偏向力。 在基本作用力中包含视示力，牛顿第二定律仍然适用于随地球一起旋转的非惯性参考系。;气压梯度力;把气块视为一个微立方体，取局地直角坐标系，其体积为;??理，y方向作用于体积元上的净压力为： z方向作用于体积元上的净压力为：; 设气块的密度为ρ，该体积元所含大气质量为m=ρδxδyδz，作用于单位质量气块上的净压力，即气压梯度力为： ;摩擦力;设沿x方向的风分量u0,并且u随高度增大，即 ----（风切变） 如以 平面为参考面， 面上部流体层施于该面下部流体层一个沿x方向的作用力 （下标zx表示由x方向的风分量在z方向的垂直切变所引起），下部流体必施于 面上部流体层一个反作用力 ，这种作用力是因流体粘性引起的切变流中的粘滞力。;取一微立方体，u随高度变化，u0, ,;若 为常数，由风的水平 切变引起的切应力在各个方 向的变化所决定的摩擦力为; 通常情况下，这三个分量右端的前两项远小于第三项，前两项可忽略不计。总的摩擦力可简化为：;地心引力; 假定M为地球的质量，m为空气块的质量，那么地球对单位质量空气的引力（地心引力）为： ;惯性离心力; 我们在这旋转坐标系中引进一个力，其大小与向心力相等而方向相反。用这个力与向心力平衡，这个力就叫做惯性离心力。;地转偏向力;地转偏向力 ;;地转偏向力有以下重要特点：;旋转坐标系中的重力;旋转坐标系中大气运动方程;局地直角坐标系中标量形式大气运动方程：;4.3 描写大气运动的物理定律;连续方程;A面流入空气的质量： B面流出空气的质量：;同理，在y方向流入的空气质量： 在z方向流入的空气质量：;即得大气运动中的连续方程：;热力学能量方程;假定空气是理想气体：;局地直角坐标系中大气运动的基本方程组;通过尺度分析，保留大项，略去小项，可以使方程得到简化。 （尺度分析是针对某种类型的运动估计基本方程各项量级的一种简便方法。） 零级简化，就是只保留方程中数量级最大的各项，而其他各项都略去不计。;4.4 风场和气压场的关系;;地转平衡和地转风讨论：;第三讲完