天气学原理笔记(未排版)

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1、天气学原理笔记简介笔记来自刘宣飞先生的上课内容，刘先生的课生动活泼，引人入胜，为表敬意，将其整理出电子稿，仅供纪念和参考。其中算法表示是笔者自己加的内容，第二章锋面天气借唐卫亚老师的天气学分析课件图以期表述更加完善，第四章大气环流参考了李丽萍老师的大气环流概论和李忠贤老师的短期气候预测基础这两门课部分内容。毕竟上课笔记，难免有些疏忽，如有不当，还望斧正。长望党支部2014年制前言天气动力学主要分为三大主干课程：天气学、动力学、统计学，研究对象是天气系统和天气过程。一般而言，天气学适合于做短期天气预报，这方

2、面经验丰富的预报员往往准确率要高于数值预报。数值预报的基础是动力学，根据方程、参数等进行模拟，模式的运用很关键，对于大尺度的把握较好。而长期预报则是结合统计学知识，对现有资料进行分析，一般做概率预报为主，短期预报中像墨迹天气的降水概率也是运用到此类知识。关于学习方法，方程的数学表达固然是基础，但天气学主旨是要理解方程的物理意义，并给予解释，“看图说话”这类图形表达也很重要，天气图的识别是天气学的重要部分。主要参考书：1.天气学原理和方法（朱乾根等）2.天气学教程（梁必骐）3.现代天气学原理（伍荣生）4.中

3、国主要天气过程的分析（寿绍文）第一章大气运动的基本特征——风场和气压场本章结构：1.影响大气运动的力（1）2.控制大气运动的基本方程组（2,4）3.简化方程组。突出大尺度运动基本特征（3）4.天气学分析的基本原则（5）第一节影响大气运动的力一．基本作用力1．气压梯度力（pressuregradientforce）定义：作用于单位质量气块上的净压力表达式：推导：对于一微气块而言，B面所受的压力为正方向，A面应为令x正方向为压力正方向，则有同理：讨论：A．性质：气压梯度力由气压不均匀造成的B．方向：高压指向低

4、压，垂直于等压线C．大小：与气压梯度呈正比，与密度呈反比D．分量：但垂直方向上有重力与其达到平衡（静力平衡）注：等压线越密，气压梯度力越大1．地心引力定义：表达式：方向：地心2．摩擦力一．惯性力1.惯性离心力定义：单位质量的气块，因为地球旋转呈现出的一种惯性力表达式：推导：用一根绳子牵一小球以均匀角速度作旋转运动。相心加速度：由于在地球系统上，物体静止，而在惯性坐标系下，物体受向心力影响，为了去掉向心力使其受力为0，加一虚假力讨论：A.大小：随纬度而变，赤道最大，两级为0。B.方向：位于纬圈平面内，由地轴

5、指向外1.地转偏向力（Coridis）科氏力定义：当气块相对地球运动时，使气块运动方向发生改变的，一种惯性力。条件作用性质表达式：注意与的同异一．重力定义：地心引力与惯性离心力之和。表达式：讨论：A.方向：并不指向地心。理由：虽然不与地心引力一致，但垂直于地面，即水平面上无。地球自转使水涌向赤道，使地球成椭球，而能量最低原则使地球表面与垂直使其无水平受力。（动力气象有效位能）C.大小：赤道上最小，随纬度增加，两级最大。一般取纬度海平面为标准，第二节控制大气运动的基本定律一．旋转坐标系的速度和加速度（预备知

6、识1）1.选定坐标系1.那么是指当相对与地面速度静止时气块的绝对速度地球系统下，，则即2.的关系把（*）代入，整理得：绝对加速度相对加速度地转偏向加速度向心加速度（科氏加速度）一．全导数的气象意义（预备知识2）气象场下，温度T是四维场，则：个别变化，某一气块随时间变化全导数：局地变化，某一空间点随时间变化偏导数：平流，当某一属性随时间分布不均时，在风（）的作用下，产生输送作用引起的局地变化平流项平流的条件：1.有风2.要素场是空间分布不均的8:00于连云港，温度为8℃的气团随风南下于11:00到达南京，气

7、块升温2℃，而南京8:00温度为12℃，不考虑其他因素求11:00南京的温度。一．运动方程加速度压力梯度重科氏摩擦那么，标量下的运动方程：一．连续方程1.表达式：2.物理意义：质量散度的形式：以x方向为例：单位时间单位面积所通过的空气的质量==单位时间流入A单位面积的空气质量-单位时间流入B单位面积的空气质量速度散度的形式：表示流体单位时间内体积相对膨胀率当时，，称之为不可压。——补偿原理：气块在水平方向上辐合，垂直方向必然辐散一．状态方程二．热流量方程是与外界热量交换；是热功当量：非绝热加热，气象海洋上

8、主要是：1.辐射2.潜热3.感热短期内，由于时间短，视为绝热加热即三．小结：大气运动的基本方程组：6个变量，6个方程，是闭合的，可解第三节尺度分析和方程组简化一．分类以水平尺度划分。一般来说，水平尺度越大，时间尺度也越大。300km以上：高低压、锋、行星波（Rossby）、槽脊、台风10~300km：雷暴、积雨云、龙卷10km以下：朵朵白云不确定有没有记错二．尺度分析特征尺度：某种类型的物理场下某物理量的一般大小①经过L或H距