绪言 大气科学基础培训知识班课件.pptxVIP

动 力 气 象 学大气科学专业基础知识培训班湖北分院 胡贵华2013年10-12月 绪 论动力气象学（课程）研究对象，任务和方法 动力气象学发展简介 一、概念、对象、任务和方法1、概念动力气象学是大气科学的一个分支，是应用物理定律和数学方法研究大气的动力过程、热力过程，以及它们之间的相互关系，从理论上探讨大气环流、天气系统演变和其它大气运动过程的学科。空气是一种流体，如果说流体力学研究的是流体运动的一般规律，那么动力气象研究的则是发生在自转地球上且密度随高度递减的空气流体运动的特殊规律。因此动力气象也是流体力学的一个分支。2、研究对象尺度范围很广 如气象学涉及以下几种空间尺度的系统 大尺度：106m中尺度：105 m小尺度：104m 气旋反气旋 暴雨系统 龙卷风 本课程研究的对象： 大尺度大气中发生的天气过程 在日常天气图上可见；影响日常天气两个重要特点：地球半径ａ≈6000km 与大尺度系统尺度近似地球的自转重要 → 旋转流体力学 在旋转坐标系下考虑流体运动，与一般流体运动差别很大气象系统的垂直厚度Ｄ～104m 很扁平的一层 ∴是准水平 → 大尺度大气运动3.任务：动力气象学与天气学不同之处在于： 天气学：从观测资料出发，经验性的，总结天气过程的发生发展规律，（主观）推断可能机理 动力学：从物理定律出发，从理论上，揭示天气过程的发生发展规律和机理 4.方法 物理基础：力学、热力学；（不去研究声、光、电、降水的微物理过程）数学基础：微积分（微分方程），矢量分析，场论（欧拉观点），计算数学。步骤：气象问题 → 物理模型 → 数学模型 → 求解 → 解释原问题 侧重在首尾两步二、发展简介气象学是一门古老的学科：人们一直试图去解释天气、预测天气大气是一个物理系统，近代动力气象学发展的推动力：1、各种观测仪器的发明，通过观测大气，对观测现象的发现。2、物理学、数学等基础学科的发展。 (1)19世纪20年代～20世纪20年代 19世纪20年代之后，开始有了近代气象学——1820年Brandes绘制了第一张天气图，用外推法预测高低压的移动 形成了地面天气图，开创近代天气分析和天气预报方法。（2）～20世纪30年代 1904年建立了旋转大气运动方程组。 欧洲学术发展兴盛：卑尔根学派（皮叶克尼斯1920年――锋面学说）（3）～20世纪60年代 动力气象迅速发展的时期 背景：二战爆发后，海陆空军参战，由于战争的需要，建立了高空观测网，气象要素发展为三维系统（＋时间～四维） 高空500hPa图的最主要特点：波动（时间上，空间上） 美国学术发展兴盛：芝加哥大学Rossby――动力气象学之鼻祖 1939年，他提出了长波学说，称此波为大气长波或Rossby波。 气象中最主要的理论：波动理论这一时期的主要理论成果： 地转适应理论（Rossby，1938） 行星波的能量频散理论（Rossby，叶笃正，1949） 行星波的斜压不稳定（恰尼，1947；伊台，1949）——热力机制 行星波的正压不稳定（郭晓岚，1949）——动力机制 大气运动的尺度分析（恰尼，1949） 数值预报理论（恰尼等，1950，芝加哥大学） ——成功地进行了数值预报，把前面的理论基础归结为一个简单的预报方程。（4）～至今 1.热带大气动力学 热带的水汽，对流，潜热释放等影响全球；非常重要；ENSO现象热带观测仪器有：卫星，国际上的专门试验 第二类条件不稳定CISK机制（恰尼，1964） 积云对流参数化（郭晓岚，1965）——用大尺度的量表示小尺度的对流问题，（类似于物理学中，用宏观量来表达描述微观运动） 热带波动学（松野，1966）——Kelvin波,Rossby重力波，重力惯性内波2.中小尺度动力学 是由于测站间距大于中小尺度系统得自身尺度，故常规观测不到中尺度系统。60年代后借助雷达卫星的特殊观测。不稳定理论，数值模拟。3.大气环流持续异常或气候异常动力学——70年代末至80年代末发展最多定常波（物理中称为驻波）理论（气候）大气环流持续异常理论“遥相关”现象e.g. ENSO发生，美洲气候发生异常：海温升高，对流加强，释放潜热 1979年英国Hoskines 大圆理论e.g. 夏季青藏高原热源异常影响4.非线性大气动力学 气象中的一些突变现象北半球6月和10月的大气环流突变1979年，美国的恰尼，多平衡理论（大气在同一状况下有几个平衡态）用以解释“副高北跳”，“大气环流6月、10月突变”现象。 90年代以后，动力气象学的新成果较少。本课程讲授30－60年代理论；60年代后的主要在《高等动力气象学》选修课、研究生《大气动力学》课程中讲授。