动力气象学-大气创新波动学203页PPT
合集下载
动力气象学第七章
22 令：A(x,t) 2Acos( k x t)
22
则：S A(x, t)ei(kxt)
波数为k,圆频率为ω，振幅为 A(x,t)的波动
这里A(x,t) 2Acos(波振幅（波能量）的传速称为群速度。
cg
dx dt
＝
A* 常量 k
P P P,
且 A A ，A代表任一物理量。
2）代入方程：
其中
1
1
1
(1 ) 2
1 1 x
1 x
u
u
V u V u
V u V u
t t
1
P x
1
P x
2
P x
2
P x
fv
fv
基本量满足原方程
u
V u
1
P
fv
t
x
扰动量二次以上乘积项可忽略
u
V u V u
物理分析：空气块受压缩 V 0
质量守恒 T
（ 压缩－膨胀速度很快，绝热过程） (连续方程）
状态方程 P
产生的－ 1 P朝右
运动方程知，产生辐散 回复机制
①“大气可压缩性”是声波的产生机制。 ②声波的振动，与传播方向一致
——典型的纵波。
③与天气系统（振荡周期为几天，传播速 度为10m/s～与风速相当）相比，声波是 高频波
K
群速度为Cg
k
i
l
j
n
k
两个频率相近的简谐波迭加后的波形 （波形传播的速度即为群速度？）
kc
cg
d
dk
ck
dc dk
1、c与k无关 ——该波动的波速与波长无关
cg c;波动的能量随波动的传播而传播
22
则：S A(x, t)ei(kxt)
波数为k,圆频率为ω，振幅为 A(x,t)的波动
这里A(x,t) 2Acos(波振幅（波能量）的传速称为群速度。
cg
dx dt
＝
A* 常量 k
P P P,
且 A A ，A代表任一物理量。
2）代入方程：
其中
1
1
1
(1 ) 2
1 1 x
1 x
u
u
V u V u
V u V u
t t
1
P x
1
P x
2
P x
2
P x
fv
fv
基本量满足原方程
u
V u
1
P
fv
t
x
扰动量二次以上乘积项可忽略
u
V u V u
物理分析：空气块受压缩 V 0
质量守恒 T
（ 压缩－膨胀速度很快，绝热过程） (连续方程）
状态方程 P
产生的－ 1 P朝右
运动方程知，产生辐散 回复机制
①“大气可压缩性”是声波的产生机制。 ②声波的振动，与传播方向一致
——典型的纵波。
③与天气系统（振荡周期为几天，传播速 度为10m/s～与风速相当）相比，声波是 高频波
K
群速度为Cg
k
i
l
j
n
k
两个频率相近的简谐波迭加后的波形 （波形传播的速度即为群速度？）
kc
cg
d
dk
ck
dc dk
1、c与k无关 ——该波动的波速与波长无关
cg c;波动的能量随波动的传播而传播
第八章大气波动的稳定性问题 动力气象学课件(共66张PPT)
dd2y2 (uddc2yu2 k2)0
(y1) (y2) 0通道Rossb波y 的情况
这是齐次方程，会有零解； 求取非零解的条件——本征值问题。 假设系数为常系数，那么可求本征值； 但是现在为变系数的，这样的本征值问题在 数学(shùxué)上是不可解的
第三十五页，共66页。
而我们现在不要求解，只要(zhǐyào)知道 Ci是否等于0的条件
T(z0)z
第十六页，共66页。
ddw tT g(d )z
N2
T g(d
)gln
z
dwN2z
dt
N2 0，力作负功，扰 ，动 层减 结弱 是稳定的 N2 0，力不作功，层 性结 的是 ；中 N2 0，力作正功，扰 能动 量得 而到 增强，层 定
第十七页，共66页。
§4 惯性(guànxìng)稳定度 科氏力作用(zuòyòng)下，惯性振荡的稳定性问题
雷利：1920’s，层流不稳定(wěndìng)问题； 郭晓岚：1949，提出正压不稳定(wěndìng)理论
雷利解：令：
cC r iC i, r i i
第三十六页，共66页。
那md e么d 2 ) ：2 (r nu y à1 ic d d 2 2 u iy [ C 1 r( id d 2 C u i2) yu ( r u i C r i) c 2 ik 2 C i] ( rr i ii)i 0
Ci 0
波动不开展(kāizhǎn)，波动稳定
Ci 0
第十一页，共66页。
重力内波、惯性波：受力机制很清楚；一 般直接(zhíjiē)从振荡看是否稳定，由此，
可以得到：静力稳定度、惯性稳定度。
而Rossby波的产生机制(jīzhì)是β－效应， 从涡旋场〔涡度方程(fāngchéng)〕讨论 Rossby波，而没有具体讨论其振荡受力 情况； 一般从Ci是否等于0判别其稳定性。
动力气象学第1章.ppt
2006 24、贺海晏，简茂秋，乔云亭，动力气象学，气
象出版社，2010 25、刘式适，刘式达，大气动力学（第二版），
北京大学出版社，2011
§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
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。
15、Gill，大气-海洋动力学，海洋出版社，1988 16、叶笃正，李崇银，王必魁，动力气象学，科 学出版社，1988。 17、吕美仲，彭永清，动力气象学教程，气象出 版社，1990 18、巢纪平，厄尔尼诺和南方涛动动力学，气象 出版社，1993 19、余志豪，杨大升等，地球物理流体动力学， 气象出版社，1996
§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。
§1.4 动力气象学的发展简史与发展动向
18世纪，力学、物理学、化学和数学等基础科学的发 展，观测仪器地陆续发明，气象科学由纯定性的描述 进入了可定量分析的阶段，这是气象科学发展过程中 的一次飞跃。
象出版社，2010 25、刘式适，刘式达，大气动力学（第二版），
北京大学出版社，2011
§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
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。
15、Gill，大气-海洋动力学，海洋出版社，1988 16、叶笃正，李崇银，王必魁，动力气象学，科 学出版社，1988。 17、吕美仲，彭永清，动力气象学教程，气象出 版社，1990 18、巢纪平，厄尔尼诺和南方涛动动力学，气象 出版社，1993 19、余志豪，杨大升等，地球物理流体动力学， 气象出版社，1996
§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。
§1.4 动力气象学的发展简史与发展动向
18世纪，力学、物理学、化学和数学等基础科学的发 展，观测仪器地陆续发明，气象科学由纯定性的描述 进入了可定量分析的阶段，这是气象科学发展过程中 的一次飞跃。
小学教育ppt课件教案大气层中的空气波动与气象气候
热力波动
定义
由太阳辐射加热地表，导致空气 受热上升形成的波动。
特点
波动范围较小，通常在近地面层 ；受季节和昼夜变化影响较大； 对局部天气和气候有重要影响。
动力波动
定义
由地球自转、地形、大气环流等因素 引起的空气波动。
特点
波动范围较大，可影响整个大气层； 波动周期较长，通常为数天到数周； 对全球天气和气候有重要影响。
自然现象解析
引导学生观察和分析日常生活中的气象现象，如风、雨、雪、雷电 等，理解这些现象与大气层中空气波动的关系。
科学思维培养
通过讲解科学原理和案例分析，培养学生的逻辑思维和批判性思维 ，使其能够科学地认识和解释自然现象。
培养学生观察、实验和探究能力
观察能力培养
指导学生观察天气变化，记录不 同时间、地点的气象数据，培养 细致入微的观察能力。
空气波动可以通过传输能量，影 响大气层中的温度分布和气候变
化。
云和降水形成
空气波动可以促进云和降水的形 成，进一步影响气候变化。
大气环流
空气波动可以影响大气环流，改 变气候系统的运行方式和气候变
化趋势。
人类活动对两者关系影响
温室气体排放
人类活动导致大量温室气体排放，加剧全球气候变化，进而影响空 气波动。
小学教育ppt课件教案大气 层中的空气波动与气象气候
目录
• 大气层概述 • 空气波动类型及特点 • 气象要素与空气波动关系 • 气候变化与空气波动相互作用 • 观测和研究方法介绍 • 教育意义与实践活动设计
01
大气层概述
大气层结构与组成
平流层
位于对流层之上， 气流平稳，适合飞 行。
热层
中间层之上，大气 被太阳辐射加热， 形成电离层。
动力气象课件1 大气科学基础培训班课件
1 m d dtm 1d d t1d dt 0
由高等数学知
l i0m 1d dt u x y v w z
代入上式得
或写成
d uvw 0
dt x y z
dV 0
dt
33
还可以写成 V0
t
3
3
连续方程的物理意义(
V
33
表示空气微团
的体积相以膨胀率； V 表示单位空
3
3
间体积中流体质量的净流出率）：
irc1o s j1 r k r
速度为： Vu iv jwk
其中 urco ds ,vrd,w dr
dt dt dt
球坐标系中个别微商算符表示为
d d t t V t u rc 1 o sv 1 r w r
单位基矢的个别微商
di utg j u k
dt
r
r
dj utg i v k
dt
r
r
dk u i v j
dt
r
r
在球坐标系中，矢量
A A iAjA k的散度和
r
旋度分别 为
A rc 1o A s A co r 1 s 2 A r rr2
Ai1rA r 1rArrj1rArrc1osA r
krc1osA rc1osAcos
的轨迹可表示为： x=x(t), y=y(t), z=z(t)
由数学全导数的知识可知：
dTTTdxTdyTdz dt t x dt y dt z dt TuTvTwT
t x y z
利用算子符号上式可改写为：
dTTV.T
dt t
3
3
或 ddTtTt V.2TwTz
上式各项物理意义
由高等数学知
l i0m 1d dt u x y v w z
代入上式得
或写成
d uvw 0
dt x y z
dV 0
dt
33
还可以写成 V0
t
3
3
连续方程的物理意义(
V
33
表示空气微团
的体积相以膨胀率； V 表示单位空
3
3
间体积中流体质量的净流出率）：
irc1o s j1 r k r
速度为： Vu iv jwk
其中 urco ds ,vrd,w dr
dt dt dt
球坐标系中个别微商算符表示为
d d t t V t u rc 1 o sv 1 r w r
单位基矢的个别微商
di utg j u k
dt
r
r
dj utg i v k
dt
r
r
dk u i v j
dt
r
r
在球坐标系中，矢量
A A iAjA k的散度和
r
旋度分别 为
A rc 1o A s A co r 1 s 2 A r rr2
Ai1rA r 1rArrj1rArrc1osA r
krc1osA rc1osAcos
的轨迹可表示为： x=x(t), y=y(t), z=z(t)
由数学全导数的知识可知：
dTTTdxTdyTdz dt t x dt y dt z dt TuTvTwT
t x y z
利用算子符号上式可改写为：
dTTV.T
dt t
3
3
或 ddTtTt V.2TwTz
上式各项物理意义
动力气象学 PPT课件
( x, t ) A cosk ( x ct)
波动的复数表示形式：
根据欧拉公式： ei cos i sin
( x, t ) Re[ Aei ( kxt ) ]
实际应用时常略去Re:
( x, t ) Aei ( kxt )
得到如下符号关系式：
2 n 2 i , 2 (i ) ,......, n (i ) n t t t 2 n 2 ik , 2 (ik ) ,......, n (ik ) n x x x
2 n i ( kxt ) 2 iAe i, 2 (i ) ,..... n (i ) n t t t 2 n 2 ik , 2 (ik ) ,..... n (ik ) n x x x
( x, y, t ) Aei (kxlyt )
kx ly t
T 2
2 k L
2 L k
2 2 Lx , Ly k l
L c k T
Lx Ly cx , c y k T l T
c cg ck k k
二、傅立叶原理，简谐波的复数表示
实际大气扰动不是单纯的简谐波，可以看成是各种不同频 率、不同振幅的简谐波的叠加
( x, t ) An coskn ( x cnt ) n
n 1
实际扰动虽然是许多谐波组成，但往往只有几个谐波分量是主要的，其 频率、振幅虽然不同，但动力学性质往往一样。因此如果想得到定性的 结果，分析一个典型的谐波分量就足够了
y A cos[k ( x ct) ]
2 / T L c k 2 / L T
动力气象学概要课件
数值模式是大规模数值计算中用来描述和预测大气系统的软解方案、数据输入和输出等模
块。
数值模式广泛应用于天气预报、气候模拟和环境评估等领域。
03
数值模式的误差和不确定性
数值模式的误差主要来源于模式分辨率、物理过 程参数化和初始条件等方面。
不确定性主要表现在模式输入数据的误差、模式 本身的不完善以及计算误差等方面。
为了减小误差和不确定性，需要不断提高数值模 式的精度和可信度。
数值模式的未来发展和挑战
随着计算机技术的不断发展，数值模式的分辨率和计算能力将得到进一步 提高。
未来数值模式将更加注重物理过程参数化的改进和精细化，以更准确地模 拟和预测大气系统的行为。
同时，随着大数据和人工智能技术的发展，如何利用这些技术提高数值模 式的精度和效率也是未来发展的重要方向。
航空气象服务
提供航空气象预报、机场天气预报、航空气象观测和报 告等服务，保障航空安全。
航海气象服务
提供航海气象预报、海洋气象观测和报告等服务，保障 航海安全。
THANK YOU
感谢各位观看
03
大气的运动和变化
大气的热力和动力学过程
总结词
描述大气中热力和动力学过程对大气的运动和变化的影响。
详细描述
大气的热力和动力学过程是大气运动和变化的主要驱动力。这些过程包括温度 差异引起的对流、风速差异引起的湍流等。这些过程通过能量传递和物质迁移 等方式，影响大气的运动和变化。
大气中的波动和涡旋
动力气象学概要课件
目录
• 动力气象学简介 • 大气的基本结构和特性 • 大气的运动和变化 • 动力气象学的数值模拟和预测 • 动力气象学的应用和实践
01
动力气象学简介
《动力气象》课件
动力气象的应用案例
航空航天
动力气象在航空航天领域的天 气预报和飞行安全中发挥着重 要作用。
能源
动力气象用于可再生能源的规 划、风能、太阳能等的资源评 估和利用。
气候研究
动力气象帮助科学家了解和预 测气候变化，为应对气候变化 提供依据。
动力气象的基本原理
1 气象要素与动力学关系
了解气象要素与动力过程的基本概念，掌握气象要素对动力过程的影响。
常用的动力气象指标
1 风场和涡度指标
通过分析风场和涡度数 据，可以了解大气的运 动和湍流现象。
2 温度和湿度指标
温度和湿度是描述大气 状态的重要指标，对动 力气象有着重要影响。
3 大气层结指标
大气层结的变化对于气 象现象的发生和发展具 有重要意义。
动力气象预报技术
1
数值模式和动力模拟
运用数值模式和动力模拟进行天气的预测和模拟，提高预报准确性。
2
数据分析和观测技术
通过数据分析和观测技术获取气象数据，为预报提供可靠的基础。
3
预报系统的评估和改进
对预报系统进行评估和改进，不断提高预报技术和准确性。
《动力气象》PPT课件
动力气象是研究大气运动和天气现象相互关系的跨学科领域。本课件将深入 探讨动力气象的概念、原理、指标、预报技术与应用案例，帮助您全面了解 这一重要领域。
主题背景介绍
概念与重要性
动力气象研究大气运动和天气现象之间的关 系，对于天气预报、气候变化等具有重要意 义。
应用领域
动力气象在航空航天、能源、气候研究等领 域有广泛应用，对社会经济发展具有重要影 响。
动力气象学第1章.ppt
参 考 书 目： 20、吕克利等，动力气象学，南京大学出版社,
1996 21、伍荣生，大气动力学（修订版），高等教育
出版社，2002 22、HOLTON J. R. AN INTRODUCTION TO
DYNAMIC METEOROLOGY, Academic Press,
Fourth Version, 2004 23、李国平，新编动力气象学，气象出版社，
15、Gill，大气-海洋动力学，海洋出版社，1988 16、叶笃正，李崇银，王必魁，动力气象学，科 学出版社，1988。 17、吕美仲，彭永清，动力气象学教程，气象出 版社，1990 18、巢纪平，厄尔尼诺和南方涛动动力学，气象 出版社，1993 19、余志豪，杨大升等，地球物理流体动力学， 气象出版社，1996
1985 12、Pedlosky, J., Geophysical Fluid Dynamics,
Springer-Verlag, 2nd ed, 1987
参 考 书 目：
13、陈秋士，天气和次天气尺度系统动力学，科 学出版社，1987
1 4 、 Hoskins 等 ， 大 气 中 大 尺 度 动 力 过 程 ， 气 象 出版社，1987
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。
1981
参 考 书 目： 7、Pedlosky，地球物理流体动力学导论，海洋出
动力气象学PPT学习教案
即：I～T
R CP CV 0.41
I CV
CV
I
第20页/共112页
由此可见，在静力平衡条件下，从海平面 向上伸展到大气顶部的单位截面积的垂直 气柱（无限气柱）所包含的位能和内能都 是与温度有关，相互是有联系的。当整个 气柱增温以后，内能必然增加，而当温度 增加，气柱就会垂直膨胀，这样，重力位 能就增加。
第49页/共112页
“全位能→动能”分析海陆风或山谷风的形成
第50页/共112页
四、有效位能(Available potential energy) 1、有效位能的概念：
动能与全位能间的转换，使动能变 化，即天气系统变化的重要机理。
但大气中的全位能不能被全部释放 ，在考虑天气系统变化时，有意义的是 能够转换成动能的那部分全位能。
在全位能中，内能大约占70%，位能30%； 平均而言，潜热能相当于全位能的20%，这说明大气中潜热能应占
有一定的地位，特别对强烈发展的系统（例如：台风）。 在诸种能量形式中，动能在数量上一般较其它形式的能量小，特
别比全位能小2-3个量级。虽然从数量上看，动能与全位能相比微 不足道，但是这个小量对大气运动至关重要。这也说明，大气中 全位能转变为动能的只是其中很小部分。
1
P2
V 2dP
1
P1
V
2
dP
2g P1
2g P2
第7页/共112页
实际大气运动: 大气运动＝纬向平均运动＋涡旋运动
＝大气环流＋天气系统
第8页/共112页
大气环流 纬向平均运动：
V
1
2
2
Vd；
0
天气系统 涡旋运动 & 扰动运动：
V V V。
成信工动力气象学课件第3章 大气中的波动
第三章大气中的波动大气科学主要分支学科的形成19世纪初～20世纪40年代•特征：在气象仪器的发明、观测网的建立，以及流体动力学理论的发展的基础上，大气科学的主要分支学科(天气学、动力气象学等)相继形成；无线电探空仪发明，第一张高空天气图诞生，真正三维空间的大气科学研究从此开始。
•现代天气学理论、天气分析和预报方法创立，为天气分析和预报1－2天以后的天气变化奠定了理论基础。
；•长波动力学理论建立，为后来的数值天气预报和大气环流的数值模拟开辟了道路。
•有重要贡献学者：费雷尔、皮叶克尼斯（挪威学派代表）、罗斯贝（芝加哥学派代表）。
•罗斯贝（Carl-Gustav Rossby，1898－1957 ），1898年12月28日生于瑞典斯德哥尔摩。
一开始他主修数学和物理，随后，他到当时的“气象圣地”挪威的卑尔根师从维·皮叶克尼斯学习气象学。
1925年获得副博士学位。
•1926年罗斯贝到美国加入位于华盛顿的美国天气局，做气象科学研究，并在加利福尼亚组建了美国第一个航空气象台。
1928年他又在麻省理工学院组建全美第一个大学层次的气象专业。
1939年他离开麻省理工学院，再次加入美国天气局，成为该局主管研究工作的主任助理。
1940年，他应邀担任芝加哥大学气象系主任。
二战时他还为美国军方培训了许多军事气象预报员。
•晚年已加入美国国籍的罗斯贝毅然返回瑞典。
1947年为母校组建了斯德哥尔摩大学气象研究所，并担任所长。
为欧洲建立数值天气预报系统，还创办了著名的地球物理学术期刊（Tellus）。
同时他还继续指导芝加哥大学的气象研究工作。
•罗斯贝的研究兴趣非常广泛，30年代末期，他对大尺度环流的研究导致了大气长波理论的诞生，这是世界气象发展史上的一个重要里程碑。
•1957年8月19日罗斯贝在瑞典斯德哥尔摩逝世。
纵观罗斯贝的一生，他对于气象科学的贡献不在于其发表论文的数量，而在于其科学论文的质量及独创性。
他是近代大气、海洋动力学研究的主要奠基人之一。
动力气象学-大气波动学-PPT
考虑大气的斜压性
基本气流的取法：依据研究的问题决定
（2）基本量满足原方程。
（3）扰动量的二次及二次以上乘积项（非线性项），可作为高阶小量忽略。从而得到线性方程。
方程组线性化的基本步骤
Step1.
将描写大气运动和状态的物理量分解为基本量与扰动量
Step2.
将变量分解带入方程及边界条件
Step3.
将所得方程减去基本量所满足的方程
一、重力外波
物理分析：
均质流体的自由表面上产生的波动，与水面波相同。以一维渠道波为例：
垂直剖面图：
没有扰动，水面呈水平的，流体深度H为常量。
如初始时刻，给AA’向上的扰动：
AA’间的压强（气柱高度）>BA间、A’B’间——A线向左，A’线向右的压力梯度力——A线向左运动，A’线向右运动。
产生两种作用：
2、c与k有关——该波动的波速与波长有关
叶笃正,1949,能量频散理论:
槽在传播过程中,会通过能量频散作用,在下游激发或加强一个波动→上游效应
气候遥相关现象
直接环流遥相关:
(2)定常波列遥相关(Hoskins,1979):
PNA型遥相关
东亚北美型遥相关（Nitta，黄荣辉1987）
第三节 微扰动线性化方法
一维波动（只随x变化），波动在x方向上传播。
★一维波动 一维运动
一维运动:
一维波动:
二维波动：
涡旋运动（大气长波）的斜槽结构用二维波动表达。
第二节 波群和波速度
振幅表示了波动强度（能量 ）。
考虑“线性波动传播”时，使用单个简谐波解
考虑波动强度变化时，应该用多个简谐波叠加——称群波或波群或波列或波包。
大气波动学
基本气流的取法：依据研究的问题决定
（2）基本量满足原方程。
（3）扰动量的二次及二次以上乘积项（非线性项），可作为高阶小量忽略。从而得到线性方程。
方程组线性化的基本步骤
Step1.
将描写大气运动和状态的物理量分解为基本量与扰动量
Step2.
将变量分解带入方程及边界条件
Step3.
将所得方程减去基本量所满足的方程
一、重力外波
物理分析：
均质流体的自由表面上产生的波动，与水面波相同。以一维渠道波为例：
垂直剖面图：
没有扰动，水面呈水平的，流体深度H为常量。
如初始时刻，给AA’向上的扰动：
AA’间的压强（气柱高度）>BA间、A’B’间——A线向左，A’线向右的压力梯度力——A线向左运动，A’线向右运动。
产生两种作用：
2、c与k有关——该波动的波速与波长有关
叶笃正,1949,能量频散理论:
槽在传播过程中,会通过能量频散作用,在下游激发或加强一个波动→上游效应
气候遥相关现象
直接环流遥相关:
(2)定常波列遥相关(Hoskins,1979):
PNA型遥相关
东亚北美型遥相关（Nitta，黄荣辉1987）
第三节 微扰动线性化方法
一维波动（只随x变化），波动在x方向上传播。
★一维波动 一维运动
一维运动:
一维波动:
二维波动：
涡旋运动（大气长波）的斜槽结构用二维波动表达。
第二节 波群和波速度
振幅表示了波动强度（能量 ）。
考虑“线性波动传播”时，使用单个简谐波解
考虑波动强度变化时，应该用多个简谐波叠加——称群波或波群或波列或波包。
大气波动学
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
波动学与涡旋动力学、大气能量学讨论 的对象、内容、目的相同； 角度和理论不同，可以互相补充。 学习中应该将它们联系起来思考。
目前波动E学va是lu主at流ion理o论nl。y. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
eC.go.p1yri气gh旋t 2增01强9-2019 Aspose Pty Ltd. 涡度增加～涡旋动力学； 槽加深～波动学 K’增加～能量学。
四类基本波动：大气长波，声波，重力波，惯性波
（∵没有电磁学方程，∴不能不包含电磁波、光波）
重要：大气长波谐音：要保留的； 次要：如声波等噪音：要去掉的。 滤波
滤波的目的：Evaluation only. ted wi去th除As次po要se波.S动lid的es干f扰or，.N讨ET论3主.5要C波lie动nt；Profile 5.2
e.g.2 槽脊东移～波动学；
ted气 气wi旋 旋 thCA后 前 osppytt： ： orisge00h.,,tS即 即 2lEi0dv1ea9slu-f2ao 0tri1o.气 N9nEAo旋 Tsnpl3yo东 ..s5eC移 Plitey～ nLt tP涡 dr.o旋 file。 动 5.2
讨论Co波p动y的rig方h法t :2019-2019 Aspose Pty Ltd.
小扰动法
线性方程组
标准波型解
频散关系
相速、群速等
重点
（1）掌握波动的基本概念，单波与群波的概念，群 速度的概念和求法，微扰动的概念和线性化方法， 声波产生的物理机制，重力、惯性波产生和传播
的物理机制与性E质va，lu重at力io外n o波n的ly求. 解，浮力振荡 ted wi的th概A念sp，osReo.sSsblidy波es产fo生r的.N机E制T 、3.性5 质Cl、ien物t理P模ro型file 5.2
Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
天气图上可见：
1、气压场、高度场基本呈波状分布。 2、一个纬圈上有3－6个波 ，波在几十个经 ted wi度th。As尺po度se在.S1lEi0dv6eamsluf，aotri大o.Nn尺EoT度nl3y波..5动C。lient Profile 5.2
称C大op气yr长ig波ht （20R1o9-s2s0b19y波As）pose Pty Ltd. 3、准地转，准涡旋运动的特点。 4、振幅，大约是101hPa，大振幅的波动； 5、这种波动控制日常天气——重要波动。
波动学的优点： 1、成熟的波动学理论对天气系统形成机理、
它的发生发展和移动进行研究。
特C别op在y数rig值ht预20报19中-2：019 Aspose Pty Ltd.
u f (t)差 分u f (t)
t
tuΒιβλιοθήκη t ut f (t)t 即用有限(t元 )代替无限(t元0)
u u t t
时间步长 t 0时
误差
ted with
Asp0ose.SlEidveaslufaotrio.NnEoTnl3y..5
Client
Profile
5.2
由于计C算op机y资rig源h限t 2制0，19-2019 Aspose Pty Ltd.
t不能取太小
例如：
如果取时间步长为10分钟，对于时 间尺度为105Esv的alu天a气tio尺n o度n波ly.动来说，误 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 差C较op小y。rig而ht对20于19像-2声01波9等As快po波s来e P说ty，L误td.差 就很大(随机的），且是累积的。
本章目的：
用波动学理论讨论天气系统的形成、发生 发展及移动的机理。
－－通过大气运E动va方lu程at进ion行o理nl论y. 探讨。 ted存w在ith问A题sp：ose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
除了C大o尺py度rig的ht天2气01波9-动20外19、A大sp气os中e （Pt基y L本td方. 程 中）还存在其他波动。
研究次要波动的机制和性质——滤波。
所以，只要是基本方程包含的波动，都必 须研究。
大气波动的基本类型:
声波
弹性振动（大气的可压缩性）
惯性波
惯性振荡（旋转性）
重力波
浮力振荡（层结性）
Evaluation only.
ted with ARsopsosbsye波.Slidesβf效or应.NET 3.5 Client Profile 5.2
2、∵槽脊的移动Ev，al即ua等tio位n 相on线ly.的运动， ted with 即As波po的se移.S动lid。es for .NET 3.5 Client Profile 5.2
C∴o槽py的rig移ht速2＝01相9-速20＝19波A速spose Pty Ltd.
3、、波动学把气旋（低压）、反气旋（高压） 系统联系起来。
Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
2019年7月15日 位势高度场（单位：10gpm）
Evaluation only. ted wit2h0CA1o9spp年yor7isg月eh.tS位2li0d势1e高9s-f2度o0r场1.N9（EAT单sp3位o.s5：eCP1li0teygnpLt mtPdr）.ofile 5.2
如何在方程中就进行滤波？
例如：声波是由于大气可压缩性引起的。
假设大气是不可压的就可以滤去声波，但 对天气波动影E响va不lu大ati。on only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 研究Co天py气rig波h动t 2的01机9-制20、19性A质sp—os—e理Pt解y L天td气. 变化的规律和机理。