边界层气象学课件：CH03_3方程简化及雷诺平均方程组.pptxVIP

CH03. 大气方程组;7个基本方程，1个状态方程，1个连续方程，3个运动方程，1个热量方程、1个水汽方程；未知数7个：u、v、w、P、ρ、q、T(或者θ);1、状态方程简化;;2、平流项的通量形式;3、Boussinesq近似;;应用浅环流近似：;;;Boussinesq近似：大气平均态满足静力平衡时，空气密度的扰动只对浮力项（垂直方向）起作用！;4、方程组的地转风形式;三、平均量方程组 1、状态方程 2、连续方程 3、运动方程 4、热量守恒方程 5、水汽守恒方程 6、标量守恒方程 ;7个基本方程，1个状态方程，1个连续方程，3个运动方程，1个热量方程、1个水汽方程；未知数7个：u、v、w、P、ρ、q、T(或者θ);得到雷诺平均量方程组的步骤： 1、将每个变量写成平均和脉动之和 2、方程两边取雷诺平均 3、整理;1、状态方程;2、连续方程（不可压缩流体）;3、运动方程（采用Boussinesq近似）;;平均风的平流 这是什么项？ ;脉动速度也满足不可压缩：;至此我们得到平均运动方程：;雷诺应力是二阶张量：;;分子粘性应力和雷诺应力都是二阶张量，形式上相似。本质上不同。 分子粘性应力是分子所为； 雷诺应力则是湍流涡旋所为。 能否将湍流涡旋的行为类比分子的行为？;The presence of nonlinear advection processes is one reason that dynamic meteorology is an interesting and challenging subject. From An Introduction to Dynamic Meteorology. Holton. P38. ;4、热量守恒方程;5、水汽守恒方程;6、标量守恒方程;;平均量方程组的说明： 1、方程组的不封闭问题，如何解决？ 2、除非考虑近地面层中几个厘米层，否则分子粘性应力可以忽略 3、如果定常或状态稳定，则局地变化为零 4、如果水平均匀，则水平偏导数为零 5、某些时候，为了方便，可以采用地转风代替水平气压梯度 6、坐标轴的选择，方便即可。;Problem 1. Suppose that the turbulent heat flux decreases linearly with height according to where a = 0.3 (K ms-1) and b = 3×10-4 (K s-l) . If the initial potential temperature profile is an arbitrary shape , then what will be the shape of final profile one hour later? Neglect subsidence, radiation, latent heating, and assume horizontal homogeneity.;Discussion. This scenario frequently occurs in daytime mixed layers. Thus, given an adiabatic Mixing Layer initially, the potential temperature profile a bit later will also be adiabatic because air at all heights is warming at the same rate. In fact, anytime the heat flux changes linearly with height, the shape of the potential temperature profile will be preserved while it warms, regardless of its initial shape.;Problem 2: Assume a turbulent boundary layer at a latitude of 44°N, where the mean wind is 2 m/s slower than geostrophic ( the wind is subgeostrophic). Neglect subsidence, and assume horizontal homogeneity and steady state. a) Find the Reynolds stress divergence necessary to su