动力气象学 第一章 郭品文VIP免费

动力气象学动力气象学大气科学/海洋科学2007级（2010年2月－7月）大气科学学院郭品文第一章、绪论第一章、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、对象、任务和方法一、对象、任务和方法1、研究对象尺度范围很广如大气动力学涉及以下几种空间尺度的系统大尺度：106m中尺度：105m小尺度：104m气旋反气旋暴雨系统风暴、龙卷本课程研究的对象：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※“准”的含义水平运动：垂直速度为零。准水平运动：主要是水平运动，但垂直运动也很重要（降水的形成）。地转运动：科氏力与气压梯度力相等，加速度等于零。准地转运动：科氏力与气压梯度力近似相等，加速度不等于零，系统能发展。动力气象学（课程）的研究对象:考虑地球自转的、准水平运动大尺度大气动力过程。大尺度系统，又称天气尺度系统、天气系统。2.2.任务：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本校大气科学专业教学特色：本校大气科学专业教学特色：理论联系实际：天气学与动力气象学相互渗透交叉－－－－天气动力学3.3.方法方法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、预测天气大气是作为一个物理系统：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...