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高等大气动力学1、自由大气：是指行星边界层以上，湍流摩擦力可忽略，空气运动不受地表摩擦影响的大气。大致在1.5km以上，水平气压梯度力和科氏力相平衡（准地转）。在中、高纬度，自由大气中空气运动基本遵守地转风或梯度风法则，气流几乎与等压线平行。D是由于空气的内摩擦或湍流动量传输所导致的的耗散力，忽略D就是所谓的“自由大气近似，除靠近地表面的“摩擦层”以外，对于以一天为时间单位的运动来说，使用自由大气近似大体上是可以的。2、绝热近似：在空气运动的短期变化过程中，可以认为空气微团与外界无热量交换，这就是绝热过程。热力学第一定律可写成热流量方程的形式：忽略dQ/dt就是“绝热”近似，除靠近地表的“热力边界层”内、位于平流层中的臭氧层内以及有着严重的水汽相变过程的区域外，对于以一天为时间单位的运动来说，使用绝热近似大体上是可以的。3、薄层近似：大气中90%以上的质量集中在离地表的一薄层中，其有效厚度约为几十公里，远比地球平均半径小，因此在推导球坐标系下的基本方程组时，可取raza(z0)，其中a是地球半径，z是离地表的铅直高度。球坐标的运动方程中，当r处于系数时，r用a代替；当r处于微商地位时，用z代替r。这一近似郭晓岚称之为薄层近似。4、标准层结近似：针对热力学量（p,ρ,θ,T）引入一个垂直方向的标准分布，亦即所谓的标准层结（气候态）。我们据此引入标准层结近似，在运动、连续、热力学及状态方程中将这些热力学量表示成标准分布加上一个扰动量。这样在预报、诊断等问题中只计算扰动量或其变量，而把标准分布视为已知。好处在于降低了方程的非线性程度，易于求解，从而减少了计算误差。0z'x,y,z,t;'05、地球流体的基本属性⑴层结性，使之更具“弹性”。密度和温度在垂直方向上的分布是不均匀的，这种介质的物理性质的不均匀分布，使大气具有层结的分布。⑵旋转性，使之更具“刚性”。由于地球自转的存在，流体出现沿着等压线流动的趋势。如地转风、台风的存在。⑶斜压性，使之更具“活性”。指的是具有斜压大气性质的系统。如温带气旋就是具有斜压性的系统。⑷热力学属性（气压场、温度场、湿度场）与动力学属性（流场）耦合，而非相互独立。⑸多尺度特性，不同时空尺度的运动之间存在复杂的非线性相互作用。16、大气中存在的主要运动类型⑴无辐散运动，即纯粹的涡旋运动，是大气运动最基本运动的形式之一。无辐散运动条件为uv，引进流函数ψ，表示水平流场，而涡度为vuu,v2xyyxxy⑵无旋运动，是大气运动的另一基本形式。若运动是无旋的，则vu0，引入势函xy数χ，u,v。因此，无旋运动中流体将沿着速度势的水平梯度方向运动，而水平xy散度为uv2xy⑶波动，也是大气运动的一种重要形式，有①重力波：是流体介质在重力作用下产生的一种波动，它的产生与垂直运动联系在一起，即要求垂直速度w=0。重力波一种横波。分为重力内波和重力外波。重力外波：是指处于大气上、下边界的空气（不可压缩流体），受到垂直扰动，偏离平衡位置后，在重力作用下产生的波动；重力内波：是指在大气内部，由大气的稳定层结和重力的作用而形成的。②惯性波：是一种以相速度向西传播的波动，大气中的扰动在科氏力的作用下会产生惯性，这种振荡在空间的传播上就形成了惯性波，它是一种横波。③重力惯性波：是一种在重力和科里奥利力共同作用下产生的大气波动。④Rossby波：是在准水平的大尺度运动中，由于β效应维持绝对涡度守恒形成的。其本质上是涡旋，但以波动形式传播。7、Taylor-Proudman定理均质流体的定常运动，f，ρ为常量，其方程为fu1p，其分量形式为fvvg1pv1pf0fzzx同时乘以；zxz；又因为pg，得到，zzug1pu1pf0fufzzyzyzvu0。zz这就是Taylor-Proudman定理，它表示在均质流体的定常缓慢运动中，地球的旋转效应使大气运动趋于二维化（...