动力气象
动力气象学笔记
动力气象学笔记一、绪论。
1. 动力气象学的定义与研究范畴。
- 动力气象学是应用物理学定律研究大气运动的动力过程和热力过程，以及它们相互关系的学科。
- 研究范畴包括大气环流、天气系统的发展演变、大气波动等。
2. 动力气象学在气象学中的地位。
- 是现代气象学的理论基础。
它为天气预报、气候研究等提供了理论依据。
例如，数值天气预报就是建立在动力气象学的基础上，通过求解大气运动方程组来预测未来的天气状况。
二、大气运动方程组。
1. 运动方程。
- 牛顿第二定律在大气中的应用。
- 在笛卡尔坐标系下，水平方向（x方向）的运动方程为：- (du)/(dt)=-(1)/(ρ)(∂ p)/(∂ x)+fv + F_x- 其中u是x方向的风速，(du)/(dt)是x方向的加速度，ρ是空气密度，p是气压，f = 2Ωsinφ是科里奥利参数（Ω是地球自转角速度，φ是纬度），v是y方向的风速，F_x是x方向的摩擦力。
- 同理，y方向的运动方程为：(dv)/(dt)=-(1)/(ρ)(∂ p)/(∂ y)-fu+F_y。
- 垂直方向（z方向）的运动方程由于垂直加速度相对较小，考虑静力平衡近似时为：(∂ p)/(∂ z)=-ρ g。
2. 连续方程。
- 质量守恒定律在大气中的体现。
- 其表达式为：(∂ρ)/(∂ t)+(∂(ρ u))/(∂ x)+(∂(ρ v))/(∂ y)+(∂(ρ w))/(∂ z)=0。
- 在不可压缩流体（ρ = const）的情况下，简化为：(∂ u)/(∂ x)+(∂ v)/(∂ y)+(∂ w)/(∂ z)=0。
3. 热力学方程。
- 能量守恒定律在大气中的表现形式。
- 对于干空气，常用的形式为：c_p(dT)/(dt)-(1)/(ρ)(d p)/(dt)=Q。
- 其中c_p是定压比热，T是温度，Q是单位质量空气的非绝热加热率。
三、尺度分析。
1. 尺度分析的概念与意义。
- 尺度分析是根据大气运动中各物理量的特征尺度，对大气运动方程组进行简化的方法。
动力气象课后习题标准答案doc
动力气象课后习题标准答案.doc 动力气象课后习题标准答案1. 什么是动力气象学？动力气象学是研究大气运动和气象现象的科学。
它主要涉及大气力学、热力学和动力学等方面的知识，通过数学模型和物理规律来描述和预测大气中的各种运动和现象。
2. 什么是大气力学？大气力学是研究大气运动的科学。
它主要研究大气中的气体运动、气压分布、风场形成和演变等现象，以及它们与天气和气候的关系。
3. 什么是热力学？热力学是研究能量转化和热力传递的科学。
在动力气象学中，热力学主要研究大气中的能量转化和热力传递过程，包括辐射、传导和对流等，以及它们对大气运动和气象现象的影响。
4. 什么是动力学？动力学是研究物体运动的科学。
在动力气象学中，动力学主要研究大气中的运动方程和运动规律，包括质量、动量和能量守恒定律等，以及它们对大气运动和气象现象的影响。
5. 什么是大气稳定度？大气稳定度是指大气中的气块上升或下沉时，受到的抵抗力和推动力之间的平衡状态。
当气块受到的抵抗力大于推动力时，大气稳定，气块下沉；当推动力大于抵抗力时，大气不稳定，气块上升。
6. 什么是大气边界层？大气边界层是指大气中与地表直接接触并受地表摩擦影响的一层大气。
它的高度一般在几百米到几千米之间，对大气中的能量和物质交换具有重要影响。
7. 什么是风？风是指大气中的气体运动。
它的产生和变化与大气压力差、地转偏向力和摩擦力等因素有关，是大气环流和气象现象的重要组成部分。
8. 什么是气压场？气压场是指大气中不同地点的气压分布。
它是由大气中的气块运动和密度变化等因素引起的，对大气运动和天气变化具有重要影响。
9. 什么是风场？风场是指大气中不同地点的风速和风向分布。
它是由大气压力差和地转偏向力等因素引起的，是描述大气运动和气象现象的重要参数。
10. 什么是气象现象？气象现象是指大气中的各种现象，如降水、云层、气温和湿度等的变化。
它们是由大气运动和能量交换等因素引起的，对天气和气候的形成和演变具有重要影响。
动力气象名词解释_海大海气考博
名词解释：1. 旋转参考系：生活在地球上的人们自然是在地球上观察大气运动的，而地球以常值角速度Ω绕地轴旋转，所以任何一个固定在地球上并与它一道运动的参考系，就是一个旋转参考系 2. 气压梯度力：当存在气压梯度时，作用于单位质量空气上的力 3. 科氏力：由于地球自转而使地表上运动的物体发生方向偏转的力。
4. 尺度：各物理量具有代表意义的量值称为该物理量的特征值。
这一特征值就是尺度。
5. 尺度分析：依据表征某类运动系统各场变量的特征值，来估计大气运动方程中各项量级大小的一种方法。
6. 基别尔数：100惯性特征时间运动平流时间i a Vf T fV T τετ−====基别尔参数大小可以反映运动变化过程的快慢程度 7. 罗斯贝数：200特征惯性力项特征科氏力项V L R fV ==表示大气运动的准地转程度00010,特征惯性力很小，加速度很小，可忽略满足准地转；10，非地转。
R R ⎧<<⇒⎪⎨≥⇒⎪⎩ 8. f 平面近似在中纬度地区，若运动的经向水平尺度远小于地球半径时1La ⎛⎫<< ⎪⎝⎭，可以取0f f ≈ 9. β平面近似在中高纬地区，对于大尺度运动，则fyβ∂=∂，即0f f y β=+ 10. 重力位势和位势高度⚫ 重力位势：单位质量空气由海平面上升到z 高度时，克服重力所做的功表达式为： 0zgdz φ=⎰，单位：焦耳/千克⚫ 位势高度：单位：位势米（gpm ）11. 自由大气和平衡运动：⚫ 自由大气：指距离地球表面1-2km 以上的大气层，它是大气的主体部分。
在此层， 摩擦力比起其它力来说，可以忽略不计。
⚫ 平衡运动：各种力的平衡下，大气风场、气压场、温度场之间的关系。
12. 地转平衡：自由大气中，水平气压梯度力与科氏力二者的平衡称为地转平衡 13. 地转偏差'g v v v =−，实际风与地转风的矢量之差，地转偏差与加速度相互垂直，在北半球指向水平加速度的左侧。
动力气象学
参 考 书 目： 1 、叶笃正，李崇银，大气运动中的适应问题， 科学出版社，1965 2 、 Lorenz ，大气环流的性质和理论，科学出版 社，1976。 3 、 Haltiner, G, Numerical Prediction and Dynamical Meteorology, 1980(有中译本) 4、小仓义光，大气动力学原理，科学出版社， 1980 5 、 Holton ， 动 力 气 象 学 引 论 ， 科 学 出 版 社 ， 1980 6、郭晓岚，大气动力学，江苏科技出版社， 1981
大 气 科 学 学 院 王 文
动 力 气 象 学
教材： 吕美仲等，动力象学，南京大学出版社，1996 2.HOLTON J. R. AN INTRODUCTION TO DYNAMIC METEOROLOGY, Academic Press, Fourth Version, 2004 3.刘式适等，大气动力学（第二版），北京大学出 版社，2011
参 考 书 目： 7、Pedlosky，地球物理流体动力学导论，海洋出 版社，1981 8、伍荣生等，动力气象学，上海科技出版社， 1983。 9、杨大升，刘余滨，刘式适，动力气象学，气 象出版社（修订本），1983 10、栗原宜夫，大气动力学入门，气象出版社， 1984 11、李崇银等，动力气象学概论，气象出版社， 1985 12、Pedlosky, J., Geophysical Fluid Dynamics, Springer-Verlag, 2nd ed, 1987
§1.1 基本假设 连续流体介质假设——质点力学的应用。
大气运动的速度、气压、密度和温度等物理量以及这 些场变量都是时间和空间的连续函数；
理想气体（无凝结）； 动力过程和热力过程相互作用； 大气为可压缩连续流体
动力气象学总复习
动力气象学总复习第一章绪论掌握动力气象学的性质，研究对象，研究内容以及基本假定动力气象学（性质）是由流体力学中分离出来（分支），是大气科学中一个独立的分支学科。
动力气象学定义：是应用物理学定律研究大气运动的动力过程、热力过程，以及它们之间的相互关系，从理论上探讨大气环流、天气系统演变和其它大气运动过程学科。
动力气象学研究对象：发生在旋转地球上并且密度随高度递减的空气流体运动的特殊规律。
动力气象学研究内容：根据地球大气的特点研究地球大气中各种运动的基本原理以及主要热力学和动力学过程。
主要研究内容有大气运动的基本方程、风场、气压坐标、环流与涡度、风与气压场的关系、大气中的波动、大气边界层、大气不稳定等等。
一、基本假设：大气视为“连续流体”，表征大气运动状态和热力状态的各种物理量(U, V, P, T, et al.) 看成是随时间和空间变化的连续函数；大气宏观运动时，可视为“理想气体”，气压、密度和温度之间满足理想其他的状态方程，大气是可“压缩流体”，动力过程和热力过程相互影响和相互制约；二、地球大气的动力学和热力学特性大气是“旋转流体”：90%的大气质量集中在10km以下的对流层；水平U, V远大于w（满足静力平衡）；Ω =7.29⨯10-5rad/s，中纬度大尺度满足地转平衡（科氏力与水平气压梯度力相当）。
大气是“层结流体”：大气密度随高度变化，阿基米德净力使不稳定层结大气中积云对流发展；阿基米德净力使稳定层结大气中产生重力内波。
大气中含有水份：水份的相变过程使大气得到（失去）热量。
大气下垫面的不均匀性：海陆分布和大地形的影响。
大气运动的多尺度性：（见尺度分析）第二章大气运动方程组控制大气运动的基本规律有质量守恒、动量守恒、能量守恒等等。
支配其运动状态和热力学状态的基本定律有：牛顿第二定律、质量守恒定律、热力学第一定律和状态方程等等。
本章要点：旋转坐标系；惯性离心力和科氏力；全导数和局地导数；预报和诊断方程；运动方程、连续方程；状态方程、热力学方程及其讨论；局地直角坐标系。
南京信息工程大学2023考研大纲：F04动力气象学(含数值预报)2
南京信息工程大学2023考研大纲：F04动力气象学(含数值预报)1500字南京信息工程大学2023考研大纲：F04动力气象学(含数值预报)动力气象学是气象学的重要分支之一，主要研究大气运动的基本规律以及大气运动对气象现象的影响。
本课程主要包括动力气象学基本概念、大气平衡及运动的基本方程、大气边界层、大气波动等内容。
同时，还会包含数值预报的相关知识，将动力气象学理论与实际应用相结合。
以下是该课程的详细内容。
一、动力气象学基本概念1. 动力气象学的概念和发展历程2. 大气的基本性质和运动规律3. 动力气象学的研究方法和技术手段二、大气平衡及运动的基本方程1. 大气的水平平衡方程2. 大气的垂直平衡方程3. 大气的热力平衡方程4. 物质守恒方程和能量守恒方程三、大气边界层1. 大气边界层的概念和特征2. 大气边界层的发展和结构3. 大气边界层的运动和湍流4. 大气边界层的边界条件和变化规律四、大气波动1. 大气波动的基本类型和特征2. 大气波动的发生机制和扩散规律3. 大气波动的传播和变化规律4. 大气波动对气象现象的影响五、数值预报1. 数值预报的基本原理和方法2. 数值预报的模式和参数化方案3. 数值预报的数据来源和处理方法4. 数值预报的评估和检验方法以上是南京信息工程大学2023考研《动力气象学(含数值预报)》的大纲内容，总共约1500字。
本课程的学习将使学生掌握动力气象学的基本理论和数值预报的基本技术，能够理解大气运动的基本规律和模拟未来天气变化，为气象预报、气候变化等相关领域的研究提供基础支撑。
动力气象学第一章
平流层大气动力学 平流层爆发性增温、准两年振荡。 20世纪50年代，短期大尺度数值预报取得成功 80年代，中期预报取得突破性进展。 欧洲数值预报中心的业务预报的有用的预报时效已达 到10天左右。 大气环流模式进行模拟试验是近代气象科学最重要的 成就之一。
经济发展战略制订的需求 20世纪70年代以来，全球范围的气候异常，世界面 临着日益严重的粮食、能源、水资源危机，和生态 环境恶化问题，分析气候异常原因，预测气候异常 的出现。 大气的“低频变化”；大气环流的遥相关。 球面大气中罗斯贝波的经向频散并建立了大圆定理 (霍斯金斯等，1981年)；罗斯贝波铅直传播(恰尼等， 1961年)；提出了E-P通量概念；研究了大气对外源 强迫的响应，分析了低频变化的各种可能的起因等 等，从而促进行星波理论的新发展，为月、季度和 短期气候预报提供了理论基础。
动力气象学
吕美仲等编著
2005年10月出版
第一章 绪论 动力气象学是气象科学的一个分支，是应用物理学 定律和数学方法研究大气运动的动力过程、热力过 程，以及它们之间的相互关系，从理论上探讨大气 环流、天气系统演变和其它大气运动过程的学科。 动力气象学又是流体力学的一个分支——地球流体 力学的主要组成部分。 动力气象学是大气科学的基础理论。
§1.1 基本假设 连续流体介质假设——质点力学的应用。 大气运动的速度、气压、密度和温度等物理量以及这 些场变量都是时间和空间的连续函数； 理想气体（无凝结）； 动力过程和热力过程相互作用； 大气为可压缩连续流体
§1.2 地球大气的运动学和热力学特性 大气是重力场中的旋转流体。 大气运动一定是准水平的；静力平衡是大气运动的重 要性质之一；科里奥利力的作用。 大尺度运动中科里奥利力作用很重要。中纬度大尺度 运动中，科里奥利力与水平气压梯度力基本上相平 衡——地转平衡。 地球旋转角速度随纬度的变化，与每日天气图上的西 风带中的波动有关。 稳定性作用——位能、动能的转换——锋面。
动力气象知识点总结
动力气象知识点总结气象学是一门研究大气的学科，它研究大气的物理和化学过程，特别是力学和气象学。
气象学已经成为一门重要的学科，人们也越来越依赖气象学来规划和预测天气。
动力气象学是气象学的一个重要分支，它研究大气的动力学过程，特别是大气运动和大气现象的形成。
1. 大气运动大气运动是大气动力学的重要研究对象，它是指大气中空气的运动。
大气运动包括水平风和垂直风两种类型。
水平风是指大气中水平方向的空气运动，垂直风是指大气中垂直方向的空气运动。
大气运动的产生是由于地球的自转和太阳的辐射，因此大气运动与地球的地理位置、地形和气温分布有关。
大气运动对天气和气候有着重要的影响。
例如，水平风的方向和强度影响着气候的分布和形成，垂直风的运动则对大气中水汽和云的分布有重要影响。
同时，大气运动也是天气系统形成和发展的基础，气旋、锋面和高空急流等现象都与大气运动有关。
2. 气压和气流气压是指空气对地面单位面积的压力，是大气动力学的重要参量之一。
气压的分布和变化是天气系统形成和发展的基础，也是气象预报的重要依据。
一般来说，气压高的地方大气下沉、空气比较干燥，天气晴朗；气压低的地方大气上升、空气比较潮湿，天气多云或有降水。
气压分布和变化还与地形和季节有关，例如，在山地和海洋上空气压的分布和变化与平原地区有较大差异；夏季高温天气时气压分布的变化也与冬季不同。
气流是指大气中空气运动的流线，它是由气压差驱动的。
气流有着不同的类型，例如，副热带高压区的气流呈辐散状，中纬度地区的气流则呈螺旋状。
气流还可以分为地面风和高空急流两种，地面风是指地面上的水平风，它是天气系统和气象现象的重要参量，也是天气预报的主要依据；高空急流是指高空大气中的强风，它对飞行、气象预报和气候研究有着重要的影响。
3. 热带气旋热带气旋是指在热带地区形成的强烈的风暴系统，它包括台风、飓风和龙卷风等多种类型。
热带气旋的形成需要一定的条件，例如，暖海水和强热带动力，正是这些条件使得热带气旋成为了最强烈的风暴系统。
《动力气象学》课程笔记
《动力气象学》课程笔记绪论1. 动力气象学发展史1.1 重大理论发现动力气象学的早期发展主要基于对大气运动的观测和理论推测。
19世纪，科学家们开始系统地研究大气运动，并逐渐揭示了影响大气运动的一些关键因素。
这些因素包括：- 科里奥利力：由法国物理学家加斯帕尔·科里奥利首次提出，它解释了地球自转导致的风的偏转现象。
- 地转偏向力：由于地球自转，大气中的气流会相对于地面产生偏转，这个力就是地转偏向力。
- 大气压力和密度变化：大气压力和密度的变化会影响大气运动，这些变化与温度、湿度等因素有关。
1.2 数值天气预报20世纪中叶，随着计算机技术的发展，动力气象学进入了一个新的时代。
科学家们开始利用计算机来求解大气运动方程组，这种方法被称为数值天气预报。
数值天气预报的出现极大地提高了天气预报的准确性，使得气象学成为了一门更加精确的科学。
1.3 动力气象学发展新阶段近年来，动力气象学在气候变化研究中的应用变得越来越重要。
科学家们通过研究大气运动、能量转换和波动等现象，揭示了气候变化的原因和规律。
此外，动力气象学在防灾减灾、水资源管理等领域也发挥着重要作用。
2. 动力气象学的基本概念2.1 大气运动方程组大气运动方程组是描述大气运动的物理方程，包括连续性方程、动量方程和能量方程。
这些方程组基于质量守恒、牛顿第二定律和能量守恒等物理定律，为我们提供了研究大气运动的基本工具。
2.2 涡旋运动大气中的涡旋运动是天气系统和气候变化的重要因素。
涡旋运动包括环流、涡度和螺旋度等概念。
了解涡旋运动有助于我们预测天气变化和气候趋势。
2.3 准地转运动准地转运动是指大气中接近地转平衡状态的运动。
在这种状态下，大气运动主要受到地转偏向力和压力梯度力的作用。
准地转运动为我们提供了一个简化的大气运动模型，便于研究和预测天气。
2.4 大气波动大气波动是大气运动中的周期性变化，包括重力波、惯性重力波和Rossby 波等。
这些波动在天气系统和气候变化中起着关键作用，了解它们有助于我们预测天气和气候。
动力气象资料
1、大尺度天气运动的特点：准水平、准地转、准静力平衡、准定常、准水平无辐散。
2、趋动中高纬大气运动主要机制：大气斜压性；趋动热带大气运动主要机制：潜热能。
3、气柱上坡：气流辐散，形成反气旋；气柱下坡：气流辐合，形成气旋。
4、位涡守恒条件：绝热、无摩擦。
5、大气垂直分层？依据？每层特点？ 依据地面对大气的影响、湍流粘性力大小分：贴地层、近地面层、上部摩擦层、自由大气。
一般分后三层。
①贴地层：几厘米附着在地表，风速0≈V，无湍流。
湍流粘性力＝0，分子粘性力最重要。
②近地面层：80－100m 湍流运动非常剧烈，主要以湍流粘性力为主。
③上部摩擦层：1－1.5km(Ekman 层) 湍流粘性力、科氏力、气压梯度力基本满足三力平衡，即： 0≈粘科压＋＋F F F。
④自由大气：科氏力与气压梯度力近似平衡，准地转， 6、声波产生机制：大气可压缩性。
重力外波产生机制：自由面受扰动，通过水平面辐合辐散。
重力惯性外波产生机制：浮力振荡，通过水平面辐合辐散。
Rossby 波(大气长波)产生机制：β效应。
重力波产生机制：气压梯度力；传播机制：水平辐合辐散。
7、重力外波形成条件：①自由表面的存在②静力平衡③水平辐合辐散。
8、对于大气不同尺度的，起主要作用的波动也不一样，大尺度运动主要是Rossby 波起作用；中尺度主要是重力惯性内波起作用；小尺度主要是重力内波起作用。
9、中纬度大尺度运动主要特征：准地转平衡和水平无辐散。
10、β平面近似：科氏参数f 是纬度y 的非线性函数，近似地将f 表示成y 地线性函数，这种近似称为平面近似，即： f ≈f0＋βy 。
在赤道附近取Φ0＝0，f0≌0，f ≈βy ，这称为赤道β平面近似。
11、参数化：用大尺度运动物理量来表示小尺度运动的影响。
12、浮力振荡：在稳定层结大气中，当气团受到垂直振动时，受到与位移方向相反的净浮力的作用，而在平衡位置附近发生振荡。
13、地转运动：科氏力与气压梯度力近似相等，且加速度等于零。
动力气象学教材笔记
动力气象学教材笔记第一章引言1.1 研究背景与目的动力气象学，作为气象科学领域的一个重要分支，专注于探索大气运动的基本规律以及这些规律如何与天气和气候变化相互联系。
在全球气候变化日益严峻的背景下，动力气象学的研究不仅具有深远的科学意义，更对实际应用领域，如天气预报和气候预测，具有不可替代的指导价值。
随着全球气候变暖趋势的加剧，极端天气事件频繁发生，给人类社会和经济发展带来了巨大挑战。
这些极端天气事件背后的大气动力过程复杂多变，亟需通过深入的动力气象学研究来揭示其内在机制。
此外，提高天气预报和气候预测的准确性也离不开对动力气象学基本理论的深入理解和应用。
因此，本文旨在系统梳理和总结动力气象学的核心理论，以期为更好地理解和预测大气运动提供坚实的理论基础。
在动力气象学的研究中，大气运动的基本规律是核心内容。
这些规律包括了大气中的能量守恒、动量守恒、质量守恒等基本物理定律，以及由此衍生出的一系列重要理论，如大气动力学方程、大气稳定性理论等。
这些理论和规律为我们理解和解释大气中的各种现象提供了有力的工具。
例如，通过对大气动力学方程的研究，我们可以了解大气中能量的转换和传递过程，从而揭示出风暴、气旋等天气系统的发展演变机制。
动力气象学还关注大气运动与天气、气候变化的内在联系。
天气和气候是大气运动在不同时间和空间尺度上的表现，二者之间存在着密切的相互作用和反馈机制。
动力气象学通过研究这些相互作用和反馈机制，不仅有助于我们更全面地认识大气系统的复杂性，还能为改进天气预报和气候预测模型提供科学依据。
例如，近年来发展起来的基于动力气象学原理的数值天气预报模型，已经在实际应用中取得了显著的成效，大大提高了天气预报的准确性和时效性。
动力气象学的研究还涉及大气与地球其他圈层（如水圈、生物圈、岩石圈）的相互作用。
这些相互作用对全球气候系统的稳定和发展具有重要影响。
例如，海洋与大气之间的热量和水分交换是影响全球气候的重要因素之一；而地表植被的变化则可能通过改变地表的反射率和粗糙度来影响大气的温度和风速等。
动力气象学-第一章(绪论)
1835年提出科里奥利力的概念， 1857年白贝罗建 立了风压场关系的经验定律，成为地球大气动力 学和天气分析的基石。
动力气象学起源于北欧。
1897年，V. 皮耶克尼斯建立了旋转地球大气中的 环流理论；1904年V. 皮耶克尼斯以力学和物理学 的观点，建立了描写旋转地球大气运动方程组。
在1920年前后，V. 皮耶克尼斯和J. 皮耶克尼斯概 括了温带气旋生命史，提出了极锋气旋学说，形 成了挪威(卑尔根)学派。
对热带大气运动的研究，提出了第二类条件不稳定 理论(恰尼，1964年)和波动型第二类条件不稳定理论 (斯蒂文斯和林赞，1978年)；提出了赤道波动理论
(松野，1966年)和积云对流参数化(郭晓岚，1965年)。 低纬大气行星波的活动，积云对流反馈，中低纬度 相互作用和海气相互作用，热带地区数值预报研究。
理想流体、可压流体——将大气视为可压
缩的连续流体，作为研究大气运动的基本 出发点，广泛运用流体力学和热力学原理 探讨大气运动的基本规律。
动力气象学与流体力学的关系
流体（Fluid） 流体力学（Fluid Mechanics）
地球物理流体动力学（Geophysical Fluid
Dynamics）
大气流体力学（Fluid Mechanics
动力气象
of Atomosphere）
动力气象学的研究步骤
数学基础：微积分、矢量分析、场论（欧拉
观点）、计算数学。 步骤：气象问题 模型 求解 物理模型 解释原问题。 数学
侧重于首尾两步。
2、动力气象学与其他课程的关系
与天气学的不同之处：
天气学：从观测资料出发，检验性的、总结天 气过程的发生、发展规律（主观） 动力学：从物理定理出发，从理论上揭示天气 过程的发生、发展规律和机理（客观） 关系：理论联系实际，相互渗透和交叉－天气 动力学。
动力气象-第二章(连续方程、热力学方程-new)
之为平流变化项，是因水平面上温度分布不均
匀，而大气运动产生的变化；右方第4项为对流
变化项，是因大气垂直运动及垂直方向上温度
分布不均匀产生的变化。
7
全导数和局地导数
8
引入算子符号：
i j k x y z
V ui vj wk
dT T u T v T w T
dt t
x y
z
dT dt
大家好
1
第二章 描写大气运动的基本方程组 本章主要内容
一．运动方程 二．连续方程（拉格朗日观点、欧拉观点） 三．状态方程（理想气体） 四．热力学方程（位温） 五．局地直角坐标系中基本方程组
2
请简短介绍自己：
1. 姓名 2. 工作单位（目前从事的岗位） 3. 毕业学校（毕业时间、所学专业） 4. 学习过哪些气象相关课程？
（＞0为源，＜0为汇）。
39
水汽质量守恒方程
40
(u)xyz
16
x
各方向的流入量：
x:
( u ) x y z
x
y : ( v ) x y z y
z : ( w ) x y z z
固v)(w )]xyz
x y z
17
单位体积元中质量的净流入率为：
[(u)(v)(w)]
x y z
它必须等于单位体积质量的增加率：即密度
Tv(10.608q)T
q：比湿 Tv：虚温
R有时用Rd表示
23
24
Cp为干空气定压比热，Cv为干空气 定容比热， Cp=Cv+R。 Cp=1004J·K-1·kg-1 ; Cv=717J·K-1·kg-1
R=287J·K-1·kg-1 ; =Cp/Cv=1.4
an introduction to dynamical meteorology
an introduction to dynamical meteorology摘要：1.动力气象学的定义和背景2.动力气象学的基本原理3.动力气象学的应用领域4.动力气象学的发展趋势正文：【动力气象学的定义和背景】动力气象学，作为气象学的一个重要分支，主要研究大气运动和天气系统形成的物理原理。
动力气象学对于预测和解释气象现象具有重要意义，它为我们提供了理解和预测天气的科学依据。
【动力气象学的基本原理】动力气象学主要依据以下几个基本原理进行研究：1.质量守恒和动量守恒原理：大气运动遵循质量守恒和动量守恒原理，即系统中的质量不会凭空消失或增加，而系统所受的合力会导致动量的改变。
2.能量守恒原理：大气运动过程中，各种能量之间会发生转换，但总能量保持守恒。
例如，热带气旋的形成过程中，海洋中的热能会转化为气旋的动能。
3.热力学原理：大气运动过程中的温度、湿度等热力学量遵循热力学原理。
例如，大气中的水汽在上升过程中会冷却凝结，形成云和降水。
【动力气象学的应用领域】动力气象学在多个领域具有广泛的应用，包括：1.天气预报：动力气象学为天气预报提供了理论基础，通过对大气运动的研究，可以预测未来一段时间内的天气变化。
2.气候研究：动力气象学有助于我们理解气候系统的演变过程，从而为气候变化研究提供依据。
3.航空航天和军事领域：动力气象学为航空航天和军事领域提供大气数据，帮助飞行器设计和飞行计划制定，以及军事行动的策划和实施。
【动力气象学的发展趋势】随着科学技术的发展，动力气象学也在不断发展和完善。
未来的发展趋势包括：1.数值模拟技术的发展：数值模拟是动力气象学的重要研究方法，随着计算机技术的进步，数值模拟的精度和效率将得到进一步提高。
2.观测技术的进步：新型观测技术的发展，如遥感、雷达等，将为动力气象学提供更多、更准确的观测数据。
3.跨学科研究：动力气象学将与其他学科，如大气化学、生物学等，进行交叉研究，拓展研究领域和应用范围。
动力气象相关的书籍
动力气象相关的书籍动力气象是研究大气环流和动力过程对天气和气候的影响的学科。
它涵盖了气象学中的许多重要内容，如大气运动、气压系统、风力、风向、气候变化等。
在这篇文章中，我将为大家推荐几本与动力气象相关的书籍，希望能够为读者进一步了解和学习动力气象提供帮助。
《动力气象学导论》是一本由美国气象学家约翰·R·霍尔顿撰写的经典教材。
该书系统地介绍了动力气象学的基本概念和原理，包括大气热力学、大气运动方程、地转效应、大尺度环流等。
它以简明扼要的方式，清晰地解释了动力气象学的基本理论和应用，是学习动力气象学的入门教材。
《大气环流动力学》是由中国气象科学研究院的陈德兴和李学勇合著的专业教材。
该书深入讲解了大气环流的基本原理和动力学过程，包括地球自转、大气的水平运动和垂直运动、大气边界层等。
它以严谨的推导和详细的分析，深入浅出地介绍了大气环流动力学的基本概念和理论，是学习大气环流动力学的经典教材。
《动力气象学与天气预报》是我国气象学家李光华编著的一本教材。
该书全面地介绍了动力气象学的基本理论和应用，包括大气运动方程、地转效应、大尺度环流、中尺度气象系统、天气系统分析和天气预报等。
它以清晰的逻辑和丰富的实例，详细地讲解了动力气象学的基本概念和方法，是学习动力气象学和天气预报的重要参考书。
《气候学导论》是由英国气象学家约翰·H·巴尔出版的一本教材。
该书系统地介绍了气候学的基本原理和方法，包括气候系统、气候变化、气候模式等。
它以通俗易懂的语言，详细地解释了气候学的基本概念和理论，同时也介绍了现代气候研究的最新进展，是学习气候学的重要参考书。
《大气边界层动力学导论》是由美国气象学家J·C·麦克威廉姆斯撰写的一本教材。
该书详细地介绍了大气边界层的基本原理和动力学过程，包括大气边界层结构、湍流运动、边界层上升运动等。
它以丰富的案例和实例，生动地解释了大气边界层动力学的基本概念和理论，是学习大气边界层动力学的重要参考书。
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第一章大气动力学：大气动力学是利用数学，物理和流体力学方法研究大气运动和变化规律的学科。
场变量：将表征大气状态的物理量或气象要素假定为时间和空间上的连续函数，这样的物理量称为场变量。
如气压，气温，密度，比湿，风矢量气压梯度：气压梯度的方向与等压面垂直，指向气压增大最快的方向，大小为气压在该方向上的方向倒数。
梯度的物理意义：决定了该物理量的空间分布特征局地变化率：同一地点，不同时刻的变化率个别变化率：不同地点，不同时刻的变化率个别变化率等于局地变化率加平流变化率散度的物理意义：空气微团体积的相对变化率。
散度大于零，水平辐散，空气微团水平面积趋于增大。
反之水平辐合质量连续方程：带散度的拉格朗性说明空气微团的密度变化率是它体积膨胀或收缩，即辐合辐散的结果。
带质量通量的欧拉型说明空气微团的密度变化率是该地空气质量通量散度不为零的结果。
即有净空气质量流入流出。
连续方程说明：近地层空气又水平辐合辐散时，导致该高度上的气压升高或降低，并伴有上升下沉运动。
速度环流：围线上一群空气质点绕该围线运动的总体趋势的量度涡度：度量位于该店空气微团绕其瞬时旋转轴旋转特性的物理量铅直涡度分量：单位面积上的速度环流，等于气块绕铅直轴旋转角速度的两倍绝对坐标系：即惯性坐标系，相对于恒星静止，不随地球自转的坐标系相对坐标系：即非惯性坐标系，旋转坐标系，跟随地球自转一起转动的坐标系求解两个坐标系关系的原因：由于在地球的非惯性坐标系上无法直接观测到绝对速度和绝对加速度只能观测相对速度与相对加速度，所以要找到绝对速度与相对速度，绝对加速度与相对加速度的关系来导出地球大气运动方程两个坐标系的关系：绝对加速度等于相对加速度加上科里奥利加速度与向心加速度相对运动方程：绝对加速度项等于气压梯度力项+科氏力项+重力项+分子粘性力项气压梯度力：作用于空气微团表面上压力的总和，总与空气微团表面垂直，指向其内部。
与气压梯度方向相反，与等压面垂直，指向气压降低方向，气压梯度力与气压梯度大小成正比，与空气密度成反比。
科氏力：空气微团相对于地球运动时，具有与运动垂直的附加加速度，于是就出现了与这个附加加速度方向相反的力。
科氏力垂直于地球角速度，又垂直于运动方向，在北半球总指向运动前进方向的右方。
重力：地心引力与惯性离心力之和。
惯性离心力垂直于地轴指向外。
重力加速度随纬度增大而增大，随海拔增大而减小分子粘性力：分子相互作用产生的内摩擦力球坐标系的优点：球坐标充分考虑了地球的球面性，对应的方程较为精确，适于研究全球大气运动。
缺点：形式与计算非常复杂。
曲率惯性力·曲率加速度：球坐标运动方程中含有1/R的项源于曲率惯性力局地坐标系的定义：原点位于海平面上指定点，x轴沿纬线指向东y轴沿经线指向北，z轴指向天顶。
使用条件：不包括极地，水平范围不大的问题。
优点：方程形式简单。
缺点：略去球面性，精度降低，消除了罗斯贝波的生存条件β平面近似：部分保留了地球球面性的影响，同时简化方程形式闭合方程组：独立方程个数与未知方程葛苏相同的方程组大气运动基本方程：运动方程（含三个分量方程）、连续方程、热力学方程、状态方程、水分守恒方程。
干空气绝热过程包括六个方程与六个未知数：速度三分量、气压、气温、密度闭合困难：缺乏精确的表达式来描述大气中重要的源和汇，如水汽的源和汇，非绝热加热率湍流：局部速度，压力等物理量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。
是在大雷诺数下，层流不稳定的演变结果。
第二章运动方程组简化的意义“认识和把握大气运动规律往往是从个别特定形式的运动入手的，为此，必须将特定形式的运动和其他形式的运动分离开来。
抓住这种运动的主要因素，排除次要因素(方程中的次要项)。
对方程适当简化。
描述大气运动的基本方程组是非线性偏微分方程组，求解困难，即使求出，形势复杂，物理意义模糊不清。
价值不高尺度：物理量的尺度指他的一般大小或概量。
这种具有代表意义的值为物理量的特征值或特征尺度。
槽脊波状系统为波长的四分之一。
圆形涡旋系统为半径，运动系统时间尺度为系统的寿命或生命期，运动的垂直尺度即运动系统在铅直方向上的伸展高度，一般取对流程厚度。
尺度分析：1）适当选择、确定场变量及其改的特征尺度；2）分析、计方程中各项的尺度；3）比较方程中各项的相对大小，略去小项保留大项，求的简化方程。
大尺度运动：大气长波，温带气旋，反气旋，副高中尺度运动：低涡，飑线，尺度对流系统小尺度运动：龙卷风，对流单体零级近似，零级简化：只保留方程中量级最大的项，略去其他项，所得结果为零级近似零级近似下大气运动的基本性质：1）准静力平衡；2）准定常；3）准水平；4)大尺度运动：气压梯度力和科氏力平衡，即地转平衡。
中尺度运动：气压梯度力与科氏力，惯性力三力平衡，即梯度风平衡。
小尺度运动，气压梯度力和惯性力平衡，即旋转风平衡。
三者都是水平方向上力的平衡。
布西内克斯近似下的连续方程，不可压缩方程：1）零级简化就有水平无辐散特征，密度是准定常的，不随高度变化；2）浅薄的层热力学简化：大尺度运动中，温度的距地变化完全由水平温度平流决定。
中小尺度运动中，水平温度平流与垂直绝热变化相平衡。
运动方程的无量纲量化：用L代表三个空间方向的特征尺度，U代表三个速度分量的特征尺度。
用U*U/L单时数：平流惯性力与距地惯性力之比。
忽略局地惯性力—准定常；忽略平流惯性力—准线性欧拉数：气压梯度力与平流惯性力之比。
较大费劳德数：平流惯性力与重力之比。
较小。
重力比较重要，但只在铅直方向上起作用罗斯贝数：惯性力与科氏力之比。
小于1，大尺度；等于1，中尺度；大于1，小尺度雷若数：惯性力与分子粘性力之比。
较大第三章等高面分析：在某个等高面图上，可以看到场变量在该高度上的水平变化特征。
通过不同高度的等高面图可以了解场变量随高度的变化，通过不同时刻的等高面图可以进步一跟踪物理量随时间的变化规律等压面分析：利用某一等压面分析物理量的水平变化，通过不同气压值的等压面图可分析物理量的铅直变化，不同时刻的等压图则可了解物理量的时间演变P坐标系：等压面分析中，铅直坐标不是海拔高度z而是气压p 前提条件是静力平衡成立位势高度：重力位势除9.8 由于重力加速度经常很接近于9.8所以位势高度在数值上非常接近于几何高度气压梯度力完全由等压面坡度即位势梯度决定，与空气密度无关p坐标下的铅直速度与实际铅直速度异号p坐标的优缺点：气压梯度力不含空气密度，运动方程和地转风公式，连续方程变得简单，但由于下边界不是一个坐标面，而且会随时间变动，使边界条件较为复杂Sita坐标系：对于感觉热运动较为方便，下垫面不是坐标面，边界条件复杂。
等熵面分析地形做坐标系：克服了下垫面不是坐标面导致边界条件复杂的缺陷，适用于考虑地形的情形，但水平气压梯度力和连续方程的形式变得复杂第四章只有沿切向（运动方向）气压梯度力才能改变运动的速度大矮小。
自然坐标系中，水平速度只有切向分量，水平切向力只在方向运动方程中出现。
作用力与运动的关系表述的非常清晰。
但自然坐标轴与流向有关，因而与事件有关，不便于最时间积分与其他有关量的计算轨迹：同一空气微团在不同时刻位置的连线流线：同一时刻不同空气微团位置的连线流线曲率与轨迹曲率大小，符号都可能不同。
流场风向定常时，流线与轨迹重合地转风：自由大气中水平匀速直线运动特点：风沿等压线吹，北半球背风而立，高压在右低压在左。
地转风大小与水平气压梯度力成正比，与空气密度和纬度高度成反比赤道上与极地附近地转关系不成立P坐标中的风压定律：风沿等高线吹，北半球背风而立，高位势区在右，低位势区在左。
维度一定时，等压面上等高线的疏密决定了地转风的大小。
热成风：上下等压面上地转风的矢量差，取决于气层厚度的气压梯度性质：热成风沿等温线吹，在北半球，背风而立，高温在右低温在左。
热成风大小与气层平均温度梯度成正比，与纬度高低成反比正压大气：空气密度分布只与压力有关。
等压面是等密度面是等温面。
温度分布均匀，等压面坡度不随高度而变，地转风不变，热成风为零。
斜压大气：等压面上温度分布不均匀，在静力平衡下，温度较高的区域气层厚度较大，等压面随高度变化变化，地转风变化，热成风不为零。
热成风存在或地转风随高度变化的原因是大气的斜压性冷平流：北半球，地转风方向最高度增加而逆时针旋转暖平流：北半球，地转风方向最高度增加而顺时针旋转梯度风：自由大气中空气微团做说平匀速曲线运动性质，风沿等压线吹，气压梯度力，科氏力，惯性离心力三力平很。
曲率趋于零梯度风成为地转风。
地转风是梯度风的特例。
自然坐标系中，梯度风速恒非负，性质符合白贝罗风压定律。
气旋中气压梯度力为亚地转，反气旋中为超地转旋衡风：旋转风气压梯度力与惯性离心力平衡，科氏力为零。
沿等压线吹，可以使气旋也可以是反气旋，但环流中心必是低压，如龙卷风惯性风：科氏力与惯性离心力平衡，科氏力为零。
空气微团轨迹必是反气旋式，轨迹的曲率半径随纬度增大而增大。
第五章速度环流：速度场中某一有向闭合曲线的速度切向分量沿该闭合曲线的积分速度环流：危险上一群空气微团绕该围线运动的总体趋势的量度。
绝对速度的环流成为绝对环流绝对环流的加速度等于绝对加速度的环流等于封闭曲线包含的力管。
力管为零，绝对环流守恒力管：在斜压大气中等压面和等比容面是相交的，间隔一个单位等压面和等比容面相交割成的管子，称作单位压容力管，简称力管大气的斜压性是力管项存在的必要条件，也是产生环流加速度的因素。
大气的斜压性有大气中非均匀加热产生，可以解释海路风环流和山谷风环流。
白天太阳辐射加热导致陆地升温比海洋快，设地表层气压是均匀的，其上空的等压面向海洋朝下倾斜，等比容面向陆地向下倾斜。
导致陆地上空气上升海洋空气下沉，下层空气由海洋吹向陆地，上层由陆地吹向海洋。
绝对环流等于相对环流与牵连环流之和曲率涡度：他也流线弯曲形状有关切边涡度：与水平风速沿流线的法线方向的分布不均匀有关在速度沿流线法向方向减少的区域，如西风急流轴北侧，东风急流轴南侧，切边涡度为正，反之为负。
涡度方程：决定涡度局地时间变化的因子：1）相对涡度平流变化项；2）相对涡度垂直平流项；3）地转涡度或牵连涡度平流项：南风负北风正；4）散度项：水平辐合辐散会使涡度增大减小；5）力管或斜压项：单位面积内的力管数；6；扭转项：垂直速度水平分布不均匀，使水平涡度向垂直涡度转换。
P坐标的等压面上的闭合曲线没有力管。
涡度方程无力管项大气的无辐散层绝对涡度守恒等熵面上密度是气压的函数位涡：气柱的绝对涡度与其有效厚度的比值涡度守恒：气柱厚度不变，位涡守恒气流翻越山脉，气柱垂直厚度减小，相对涡度为负。
出现反气旋弯曲并向南移动。
到达山顶时反气旋曲率最大，气柱到达背风面时，厚度增加，气旋性涡度开始增加，当回复原有厚度时，位于其原纬度的南面，具有向极速度分量，气柱继续向北移动，并具有反气旋式弯曲，达到一定纬度再南移，保持位涡守恒并在水平面上沿波状轨迹移向下游。