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第3章 大气基本动力过程 第一章 大气运动的基本特征 地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。 对气象上有意义的是：将这些物理定律应用于相对于自转地球的大气运动。 因此，观测和研究地球大气的运动 必须 选取恰当的坐标系 掌握大气质点的受力情况 第1节 坐标系 坐标系 1.2 局地直角坐标系 局地直角坐标系是不考虑球坐标系的单位矢量随时间的变化，将球面视为平面 第2节 受力分析 2.1气压梯度力  x方向  同理 y方向 z方向 气压梯度力的特点 2.2地心引力 2.3摩擦力 2.4 惯性离心力 1. 惯性离心力 惯性离心力 2.5 地转偏向力 水平地转偏向力 地转偏向力（大小方向）与速度矢量的关系： 当|V|=0时，A=0，只有在做相对运动时，A才存在。 A与V垂直，只能改变气块的运动方向，不能改变其大小。 在北半球地转偏向力时运动方向右偏， 在南半球地转偏向力时运动方向左偏。 第3节 大气运动方程 水平地转偏向力 大气中Az较小，垂直速度一般也较小，气块主要受Ax（2Ωvsinφ)、Ay (-2Ωusinφ) （水平地转偏向力）影响， 3.2 局地直角坐标系大气运动控制方程 第4节 大气运动方程及其特征 4.2 大气运动方程特征 4.3 零级简化 零级简化：保留方程中数量级最大的各项，而其他项都略去不计。 重力 万有引力 惯性离心力 重力g 旋转坐标系中的重力：单位质量大气所受到的地心引力与惯性离心力的合力。重力垂直于水平面，赤道最小，极地最大。 非真实力 惯性离心力 地转偏向力 假如做这样一个实验:在一个光滑圆盘的中心O置一小球m,边缘一人甲和盘外一人乙面圆盘中心站立,三者位于一条直线上,如图一所示.给小球m一初速V,使之沿直线OAB自O向A和B运动.如果圆盘是静止的,则小球会径直向甲和乙滚来.给圆盘一角速度ω,使之逆时针旋转,t时间后,甲将随圆盘一起转动到C点.乙仍没有动,在乙看来,小球仍朝自己迎面而来;而甲却认为,小球顺时针偏转了∠AOC的角度或CA的位移.如果使圆盘顺时针旋转,将会出现相反的情况 O 乙 甲 m 甲 引入地转偏向力： 任一纬度A=2Ωvsinφ V V A A 北半球 向右偏 南半球 向左偏 摩擦力 气压梯度力 万有引力 惯性离心力 地转偏向力 真实力 视示力 摩擦力 气压梯度力 重力 地转偏向力 空气微团的受力情况 合力 气压梯度力 地转偏向力 重力 摩擦力 3.1 地转偏向力的分解 尺度分析 大气运动方程特征 零级简化 地转风 梯度风 地转偏差 4.1 尺度分析 104 100~101 100~101 103~104 104 小尺度 104~105 100 101 103~104 104~105 中尺度 105 10-2 101 104 105~106 大尺度 t(s) w(m/s) V(m/s) H(m) L(m) 类别 10-4 10-4 10-4 10-5 10-3 10-3 水平运动 垂直运动 10-7 10-7 10-7 10-8 101 101 10-3 * * 运动是普遍的、绝对的。 同一物体相对于不同的标准，具有不同的运动状况，这叫做运动的相对性。 本 章 内 容 第1节 坐标系 第2节 受力分析 第3节 大气运动方程——风压关系 第4节 大气运动方程及其特征 惯性参考系 非惯性参考系 太阳 地球 气象上常用的有Z坐标系，P坐标系，球坐标系， 局地直角坐标等 球坐标系 局地直角坐标系 在空间任取一点O作为极点,从O 引两条互相垂直的射线ox和oz作 为极轴,再规定一个长度单位和射 线ox绕oz轴旋转所成角的正方向, 这样就建立了一个球坐标系. 1.1 球坐标系 λ φ M(r,φ,λ) O为地心原点 λ为经度，以子午线为基线，方向与纬线相切，东为正向 φ为纬度，以赤道平面为参考，方向与经线相切，北为正向 r 为对象到地心的距离 局地直角坐标系 x方向：与纬圈相切，向东为正 y方向：与经圈相切，向北为正 z方向：向上为正 在惯性坐标系中，牛顿第二运动定律成立，即： 合力 加速度 真实力 气压梯度力、地心引力、摩擦力 非真实力 惯性离心力、地转偏向力 真实力 地心引力、摩擦力 气压梯度力 当气压分布不均匀时，单位质量气块上受到的净压力称为气压梯度力 长方体气块的密度ρ 则：m= ρ?x?y?z 单位质量空气的气压梯度力 1、 -▽p为气压梯度，由气压分布不均匀造成 2、 G的大小与ρ成反比，与▽p的大小成正比 3、 G的方