动力气象学一章节-资料
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2020/5/13
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
2020/5/13
※ “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）。
2020/5/13
4.非线性大气动力学 气象中的一些突变现象
2020/5/13
北半球6月和10月的大气环流突变
2020/5/13
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。
2020/5/13
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。
2020/5/13
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
202wk.baidu.com/5/13
一、对象、任务和方法
1、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
（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
2020/5/13
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。
2020/5/13
，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
2020/5/13
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。
2020/5/13
(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。
2020/5/13
（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）
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。
2020/5/13
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。
2020/5/13
2.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
2020/5/13
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
2020/5/13
3.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
2020/5/13
（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
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。
2020/5/13
（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，
2020/5/13
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
2020/5/13
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
2020/5/13
本专业另外开设了《中小尺度大气动力学》、 《热带大气动力学》等课程，且课程有三章内容（大 气运动的基本方程组、尺度分析与自由大气中的风场、 大气涡旋动力学）已经在先修课程《天气学原理》中 部分讲述过，因此，本课程主要以讲述中高纬大尺度 大气过程为主，为了保持课程的系统性，《天气学原 理》部分讲述过的三章内容也将结合本课程内容，对 基本原理和概念加以回顾和补充。在讲授过程中要注 意和先修课程的衔接，在大气动力学的整体框架内讲 述大尺度大气动力过程，为后继课程《中小尺度大气 动力学》、《热带大气动力学》、研究生课程《大气 动力学》做好衔接准备。
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
2020/5/13
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
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
2020/5/13
※ “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）。
2020/5/13
4.非线性大气动力学 气象中的一些突变现象
2020/5/13
北半球6月和10月的大气环流突变
2020/5/13
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。
2020/5/13
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。
2020/5/13
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
202wk.baidu.com/5/13
一、对象、任务和方法
1、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
（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
2020/5/13
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。
2020/5/13
，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
2020/5/13
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。
2020/5/13
(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。
2020/5/13
（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）
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。
2020/5/13
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。
2020/5/13
2.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
2020/5/13
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
2020/5/13
3.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
2020/5/13
（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
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。
2020/5/13
（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，
2020/5/13
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
2020/5/13
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
2020/5/13
本专业另外开设了《中小尺度大气动力学》、 《热带大气动力学》等课程，且课程有三章内容（大 气运动的基本方程组、尺度分析与自由大气中的风场、 大气涡旋动力学）已经在先修课程《天气学原理》中 部分讲述过，因此，本课程主要以讲述中高纬大尺度 大气过程为主，为了保持课程的系统性，《天气学原 理》部分讲述过的三章内容也将结合本课程内容，对 基本原理和概念加以回顾和补充。在讲授过程中要注 意和先修课程的衔接，在大气动力学的整体框架内讲 述大尺度大气动力过程，为后继课程《中小尺度大气 动力学》、《热带大气动力学》、研究生课程《大气 动力学》做好衔接准备。
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
2020/5/13
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