南京信息工程大学动力气象学第7章[知识发现]
南京信息工程大学动力气象-复习题
一、名词解释1. 位温：气压为p ，温度为T 的干气块，干绝热膨胀或压缩到1000hPa 时所具有的温度。
θ=T (1000/p )R/Cp ，如果干绝热，位温守恒（∂θ/∂t=0）。
2. 尺度分析法：依据表征某类大气运动系统各变量的特征值来估计大气运动方程中各项量级的大小，判别各个因子的相对重要性，然后舍去次要因子而保留主要因子，使得物理特征突出，从而达到简化方程的一种方法。
3. 梯度风：水平科氏力、惯性离心力和水平气压梯度力三力达到平衡，此时空气微团运动称为梯度风，4. 地转风：对于中纬度天气尺度的扰动，水平科氏力与水平气压梯度力接近平衡，这时空气微团作直线1V k =-。
地转风：在自由大气中，因气压场是平直的，空气仅受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用，当二力相等的空气运动称之为地转风。
5. 惯性风：当气压水平分布均匀时，科氏力、惯性离心力相平衡时的空气流动。
表达式为：iTV f R =-。
6. 斜压大气：大气密度的空间分布依赖于气压(p )和温度(T )的大气，即：ρ=ρ (p , T )。
实际大气都是斜压大气，和正压大气不同，斜压大气中等压面、等比容面（或等密度面）和等温面是彼此相交的。
7. 环流：流体中任取一闭合曲线L ，曲线上每一点的速度大小和方向是不一样的，如果对各点的流体速度在曲线L 方向上的分量作线积分，则此积分定义为速度环流，简称环流。
8. 埃克曼螺线：行星边界层内的风场是水平气压梯度力、科氏力和粘性摩擦力三着之间的平衡结果。
若以u 为横坐标，v 为纵坐标，给出各个高度上风矢量，并投影在同一个平面内，则风矢量的端点迹线为一螺旋。
称为埃克曼螺线。
9. 梯度风高度：当z H =π/γ，γ=(2k /f )1/2时，行星边界层风向第一次与地转风重合，但是风速比地转风稍大，在此高度之上风速在地转风速率附近摆动，则此高度可视为行星边界层顶，也表示埃克曼厚度。
()12K fDe ππ≡=梯度风高度：当z H =π/γ 时，边界层的风与地转风平行，但比地转风稍大，通常把这一高度视为行星边界层的顶部，也称为埃克曼厚度。
南京大学动力气象Chap7
p
T p+△p T+△T
隔板
L
N
T p T+△T
p+△p
初始静止时，只有位能和内能 。当隔板抽开，暖空气上升、 冷空气下沉，位能减少，动能 增加
p
N
T
p+△p
T+△T
L
p
T p+△p T+△T
○N L
正压状态，稳定层结，仍具有 一部分全位能。但由于无外力 作用，这部分全位能无法释放 。
静力平衡和地转平衡使得锋面 得以维持，等压面上仍维持一 定的水平温度梯度，部分能够 释放的全位能没有释放出来
二、纬向平均动能方程（ ） 和涡动动能方程（ ） 1、气块纬向平均动能方程
由连续方程： 运动方程写为：
i) 变量分解代入上式，并取纬向平均
（1） （2）
（3） （4）
ii)
，得到纬向平均运动动能方程：
（5）
利用静力方程，并利用纬向平均连续方程
代入（5）
(单位质量气块的纬向平均动能方程) iii) 将上式对整个大气质量积分，并利用边界处速度为零
• 上面例子说明两个问题： 第一，全位能往往不能全部转化为动能，只有其中一部分能
转化为动能； 第二，全位能转化为动能的部分是起始状态的全位能与在一
定条件下最小全位能之差。
有效位能：(Lorenze 1955)
闭合系统中大气总位能与经过绝热过程重新调整后产生的具 有稳定水平层结的温度场所具有的最小总位能之差，这是大 气位能能够转换为动能的最大值。 （最小总位能指经过绝热调整后产生的正压状态和稳定层结 下的全位能。）
（出闭合系统的动能方程：
将分解式代入上式，并取纬向平均，
南京信息工程大学动力气象学I教学大纲
动力气象学 IDynamic Meteorology I课程编号：3160140、3150141、3150140、3150138课程属性：（专业主干课）学分：4 学分学时：64 学时（讲课：64 学时，上机：学时，实验：学时）课程性质：必修先修课程：高等数学、大学物理、流体力学、天气学原理适用专业：大气科学(大气科学、气候资源、海洋科学、大气物理、人工影响天气专业)教材：《动力气象学》，吕美仲、候志明、周毅编著，2008，气象出版社开课院系：大气科学学院大气科学系一、课程的教学目标和任务动力气象学是在热力学和流体力学的基础上，系统地讲述大气的动力、热力过程和大气运动的基本规律的一门主干课程。
具体说，它是应用物理学定律从理论上探讨大气环流维持、天气系统演变和其它大气运动过程规律和机理的学科，因而，它是天气学、数值天气预报及大气环流等专业课程的理论基础。
本课程，通过教学，目的在于使学生能深入地理解大气动力学的基本理论，了解近代动力气象学的主要进展，掌握大气运动过程的动力学分析方法和基本原理，从而使学生具有一定的理论水平与科学研究能力，为将来从事天气预报的业务及研究工作打下基础。
为达到上述目的，在教学中要求：1.努力贯彻理论联系实际的原则。
在教学内容和取材上，以现今国内外气象业务部门及科研单位所使用的有代表性的方法与理论为主体，讲课中以讲授基本原理为重点，遵循在实践中提出问题，然后解决问题，再回到实践中去的思路讲述本课程，使学生既能掌握基本原理，又能利用基本原理去探讨和解决实际问题。
2.注重理论的系统性。
本课程是一门理论性较强的课程，在努力贯彻理论联系实际的原则下，要突出本课程的特点，在教学中应该注意有系统、有条理地介绍它的内容，强调各部分内容之间的有机联系。
3.随着当代科学技术的迅速发展，气象科学中新理论新方法日新月异，因此，在教学中应密切注意吸收新的内容，及时介绍本学科国内外进展，帮助同学了解本学科现状及发展趋势。
《动力气象学》问题讲解汇编
“动力气象学”问题讲解汇编徐文金(南京信息工程大学大气科学学院)本讲稿根据南京信息工程大学“动力气象学”学位考试大纲（以下简称为大纲）要求的内容，以问答形式编写，以便学习者能更好地掌握“动力气象学”中的重要问题和答案。
主要参考书为：动力气象学教程，吕美仲、候志明、周毅编著，气象出版社，2004年。
本讲稿的章节与公式编号与此参考书一致（除第五章外）。
第二章（大纲第一章） 描写大气运动的基本方程组问题2.1 大气运动遵守那些定律？并由这些定律推导出那些基本方程？大气运动遵守流体力学定律。
它包含有牛顿力学定律，质量守恒定律，气体实验定律，能量守恒定律，水汽守恒定律等。
由牛顿力学定律推导出运动方程（有三个分量方程）、由质量守恒定律推导出连续方程、由气体实验定律得到状态方程、由能量守恒定律推导出热力学能量方程、由水汽守恒定律推导出水汽方程。
这些方程基本上都是偏微分方程。
问题2.2何谓个别变化？何谓局地变化？何谓平流变化？及其它们之间的关系？ 表达个别物体或系统的变化称为个别变化，其数学符号为dtd ，也称为全导数。
表达某一固定地点某一物理量变化称为局地变化，其数学符号为t ∂∂，也称为偏导数。
表达由空气的水平运动（输送）所引起的局地某物理量的变化称为平流变化，它的数学符号为∇⋅-V ρ。
例如，用dt dT 表示个别空气微团温度的变化，用tT ∂∂表示局地空气微团温度的变化。
可以证明它们之间有如下的关系z T w T V dt dT t T ∂∂-∇⋅-=∂∂ρ （2.4） 式中V ρ为水平风矢量，W 为垂直速度。
（2.4）式等号右边第二项称为温度的平流变化（率），第三项称为温度的对流变化（率）或称为垂直输送项。
问题2.3何谓绝对坐标系？何谓相对坐标系？何谓绝对加速度？何谓相对加速度？何谓牵连速度？绝对坐标系也称为惯性坐标系，可以想象成是绝对静止的坐标系。
而相对坐标系则是非惯性坐标系，例如，在地球上人们是以跟随地球一起旋转的坐标系来观测大气运动的，这种旋转的坐标系就是相对坐标系。
南京信息工程大学《动力气象学》复习重点（上）
南京信息工程大学《动力气象学》复习重点（上）《动力气象学》复习重点Char1 大气运动的基本方程组1、旋转参考系（1）运动方程 p dt V d ++?-?-=21ρ（2）连续方程 0=??+V dtd ρ ▽·V 为速度散度，代表气团体积的相对膨胀率。
体积增大时，（▽·V>0），密度减小；体积减小时，（▽·V<0），密度增大。
0=??+dtd ρρ ▽·(ρV ) 为质量散度，代表单位时间单位体积内流体质量的流入流出量。
流入时▽·(ρV ) <0，密度增大；流出时▽·(ρV ) >0，密度减小。
（3）热力学能量方程 Q dtd p dt d c v =+ 内能变化率+压缩功率=加热率 Q dtd dt d c p =-α α=1/ρ2、局地直角坐标系（z 坐标系）中的基本方程组111()0ln ,,x y z v p du p fv F dt x dv p fu F dt y dw p g F dt z d u v w dt x y z p RT dT d dT dP d c p Q c a Q Q dt dt dt dt dtρρρρρραθ??=-++=--+=--++++=?????=??+=-==?? 运动方程、连续方程、能量方程是预报方程，状态方程是诊断方程。
3、p 坐标系中的基本方程组-=?Φ?=-??+??+??=??+??+??-?Φ?-=+?Φ?-=p RT pc Q S y T v x T u tT py u x u fu y dtdv fv x dtdu p p ωω04、p 坐标系的优缺点优点：p 坐标系中的运动方程组不再出现密度ρ；连续方程形式简单，与不可压缩流体的连续方程形式相当；由于日常工作采用等压面分析法，用p 坐标系方程组可以方便的进行诊断分析。
缺点：地形起伏的地区p 坐标系很难给出正确的边界条件；对于小尺度运动不满足静力平衡，不能用p 坐标系。
南京信息工程大学2024考研大纲：F36农业气象学2篇
南京信息工程大学2024考研大纲：F36农业气象学2 南京信息工程大学2024考研大纲：F36农业气象学2精选2篇（一）南京信息工程大学2024考研大纲：F36农业气象学主要内容如下：一、气象根底知识1. 气象学的根本概念和研究对象2. 大气的组成和构造3. 气压、气温、湿度、风速等根本气象要素的测量和观测方法4. 气象要素的统计特征和分布规律二、农业气象与农作物生长关系1. 农作物的生理特性及其对气象要素的响应2. 不同气象要素对农作物生长和产量的影响3. 农作物的气候适应性及其对气象条件的要求三、农业气象灾害和防御1. 农作物对气象灾害的敏感性和抗逆性2. 干旱、水涝、冻害、苦寒、高温等气象灾害的成因和开展过程3. 农业气象灾害的监测和预警方法4. 农业气象灾害的防御和应对策略四、农业气象应用技术1. 农业气象站和农业气象观测网络建立2. 气象数据的分析和处理方法3. 气象预测模型和决策支持系统在农业气象中的应用4. 遥感和地理信息系统在农业气象中的应用五、气象资与农业可持续开展1. 气象资的特点和利用价值2. 气象与农业消费、生态环境、农产品质量等方面的关系3. 气象对农业可持续开展的影响和作用六、农业气象政策与管理1. 国家和地方对农业气象的政策和管理措施2. 农业气象效劳体系建立和管理这些内容是南京信息工程大学2024年考研农业气象学的大纲，旨在培养学生系统、全面地掌握农业气象学的根本理论和理论技能，为农业消费和农业管理提供科学的决策根据和技术支持。
南京信息工程大学2024考研大纲：F36农业气象学2精选2篇（二）南京信息工程大学2024年的考研大纲中，F11流体力学是一个重要的学科。
下面将对该学科的内容进展详细解析。
一、根本知识与根本理论1. 流体力学的根本概念和根本假设：介绍了流体力学的根本概念，包括流体、连续介质、流体的运动描绘等，以及流体力学研究中的根本假设。
2. 流体的物理性质：涵盖了研究流体力学中需要理解的物理性质，如密度、压强、速度、温度等。
动力气象学复习思考题与习题解题汇编
dT dp （2）用气压、气温表述 c p dt dt Q
（3）用气压、密度表述
d ln p d ln
1
Q
， 为 Poisson 指数
dt
dt cvT
（4）用位温表述
d ln
1
Q
dt c pT
20.如何理解大气中短时期的热力过程可视为绝热过程？
答：在空气运动的短期变化过程中，可以认为空气微团与外界无热量交换，这就是绝热过程。 21.试阐述速度散度的物理意义？速度散度与运动的参考系有没有关系？
位置矢量
r
ix
jy
kz
3
动力气象学复习思考题与习题
水平速度 V i x jv (2)柱坐标系 (r、、z)
i
j
k
x y z
V
u
v
x y
k
( V )
v
u
x y
2 h
2 x 2
2 y 2
位置矢量
r
ir
kz
水平速度 V i u jv
i
j
1
k
r r z
V
答：重力位势：重力位势 表示移动单位质量空气微团从海平面（Z=0）到 Z 高度，克服重
力所做的功。 重力位能：重力位能可简称为位能。重力场中距海平面 z 高度上单位质量空气微团所具有的 位能为
gz 引进重力位势后， g 等重力位势面（等 面）相垂直，方向为高值等重力位势面指向低等重
力位势面，其大小由等重力位势面的疏密程度来确定。所以，重力位势的空间分布完全刻画 除了重力场的特征。
科里奥利力垂直于V ，在北半球指向运动的右侧，在赤道处沿半径向外，在极地其垂直于地
轴向外。 5.惯性离心力是怎样产生的？如果没有地球旋转，此力存在不存在？
南京信息工程大学气象学考研真题
一．名词解释1.变压风2.锢囚锋3.气旋族4.沃克环流二．填空1．固定点温度由项决定。
2．锋生条件是。
3．南方气旋（江淮气旋）形成有两类。
4．控制大气环流基本因子有。
5．运动学公式中δδt 含义是，ððt含义是。
6．极锋锋区与副热带锋区，区别是。
7．用地面形势预报方程，作地面天气系统变化由项决定。
三．综合题1．地转风、梯度风以及热成风有何实用意义？2．以密度零级不连续面模拟锋面时，用锋面坡度公式，画图解释锋面附近气压分布特征。
3．用动力因子（涡度因子）及热力因子，画图解释处在斜压发展500hPa高空槽及温带气旋变化（变化包括移动及强度）。
4．画出500hPa温度槽（冷温度舌）落后疏散槽，并解释此槽的变化。
一．名词解释 1． 热成风 2． 地转偏差 3． 冷式锢囚锋 4． 季风5． 水汽通量散度 6． 对流不稳定 7． 副热带高压 8． 台风二．数学证明题1． 采用气块法，从质量守恒定律推导出大气运动的连续方程。
2． 假定锋面是一个物质面，锋面两侧的气压相等，推导出Margules 锋面坡度公式。
三．简单题1． 画图解释江淮气旋生成的两种物理过程。
2． 从运动学角度讨论影响锋生锋消的三大要素。
3． 简述南亚高压与西太平洋副热带高压的区别。
四．论述题1. 试分析说明锋面附近的位温场特征，以及锋面附近的风场、气压场和温度场等各种物理量场的分布特征。
2. 已知中纬度地区准地转位势倾向方程是试用该方程讨论中纬度高空500hPa 槽脊系统的强度变化以及移动趋势和方向。
3. 详细讨论台风发生、发展的必要条件。
()222222ξσσσ⎛⎫⎛⎫∂∂Φ∂∂Φ∂⎛⎫∇+=-⋅∇++-⋅∇- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭g g g P f f f R dQ f V f V p t p p C p p dt一．名词解释 1. 地转风 2. 温度平流 3. 斜压大气 4. 信风 5. 梯度风 6. 南亚高压 7. 冷锋 8. 绝对涡度二．数学证明题1. 采用气块法，推导出直角坐标系中的气压梯度的表达式。
南京信息工程大学2019考研大纲：F04动力气象学(含数值预报)
南京信息工程大学2019考研大纲：F04动力气象学(含数值预报)/ueditor/201810/25/3d3be150183860d03aa66c3b071db0 5a.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" width="600" height="93" border="0" vspace="0" />4、了解数值模式的基本分类，理解过滤模式和原始方程模式的区别。
第十一章、地图投影坐标系中的大气运动基本方程组1、掌握地图投影的基本知识，尤其掌握正形投影的基本概念;2、熟悉常见的三种正形投影的定义、特点;3、理解正交曲线坐标系的基本概念，理解拉密系数的物理意义;4、掌握水平坐标变换的基本方法。
5、理解地图投影坐标系中拉密系数和地图放大系数的关系。
第十二章、数值计算方案1、理解差分方法的主要思想，掌握差分格式的构造方法;2、熟悉并能够应用常用的差分格式。
3、了解差分格式的基本性质;4、掌握确定差分格式线性稳定性判据的方法，能对不同类型差分格式的稳定性进行分析;5、掌握构造常用的时间积分格式的方法;6、了解常用的时间积分格式的特点。
7、了解有限差分格式所引起的各种误差;8、熟悉非线性计算不稳定和混淆误差的概念;9、理解非线性计算不稳定产生的原因，并熟悉其常用的抑制方法。
10、掌握三点平滑、五点平滑和九点平滑的方法;11、理解响应函数的物理意义;12、了解平滑公式的应用。
第十三章、正压原始方程模式1、了解正压原始方程模式的设计思想、模式的基本特点;2、会应用有关假设，导出模式的预报方程;3、了解正压原始方程模式具有的积分性质。
4、理解模式时间积分步长的选择依据。
5、理解守恒差分格式的概念;6、掌握差分算符的表示方法;7、熟悉一次守恒格式和二次守恒格式的概念及其构造方法，熟悉正压原始方程模式二次守恒格式的构造方法;8、掌握三步法时间积分格式的构造方法;9、掌握正压原始方程模式显式时间积分方案的设计方法;10、了解半隐式格式的构造方法及其特点。
动力气象学第7章大气中的基本波动
f 组成的，即设： f f f ；
②基本场变量表明大气的基本运动状态，它满足基本方程和边界条件； ③假设扰动量 f 是充分小的，扰动量和其他改变量都是小量，其二次以上乘积项可以略去 不计。 如果扰动是周期性波动，扰动量充分小，意指波动振幅远小于波长，即若 f Fe 则
i 2 ( x ct ) L
1
2 2 ,T 0.00966, c 325m / s k k
3.微扰动的基本思想是什么？为什么说用微扰动法得到的扰动方程， 只能用于描写小振幅波 动？ 答：微扰动法的基本思想： ①把表征大气状态的任一场变量 f 看成是由已知的基本场变量 f 和叠加在其上的扰动量
5.什么叫频散波？什么叫非频散波？群速和相速有何差别？ 答：若相速不仅依赖于介质的物理性质，还依赖于波数，称为频散波。 若相速仅依赖于介质的物理性质，不依赖于波数，称为非频散波。 群速 c g 是群波中具有相同振幅点的移动速度；而相速 c 是群波中具有同位相思安的移动速 度。 6.什么叫外波？什么叫内波？ 答：在外部条件的作用下才能存在的波称为外波。 在外部条件受到限制的条件下在流体内部存在的波动，称为内波。 7.什么叫纵波？什么叫横波？ 答：振动方向与波传播方向一致的波动称为纵波。 振动方向与波传播方向相垂直的波动称为纵波。 8.大气声波、重力外波、重力内波、惯性波、罗斯贝波产生的物理机制是什么？ 答：声波：由大气的可压缩性引起。 重力外波：由大气上、下界面的扰动和重力的作用引起。 重力内波：由大气的稳定层结和重力的作用而形成。 惯性波：在科氏力的作用下形成。 罗斯贝波：是在准水平的大尺度移动中，由于 效应维持绝对涡度守恒而形成的。 9.大气基本波动中，从最快的声波到最慢的罗斯贝波其形成过程中水平速度散度的作用如 何？ 答：通过水平辐合辐散交替变化而使得波得益传播。 10.什么是拉姆波？有人认为拉姆波具有重力惯性外波的特征，你对此有何看法？ 答：考虑地球旋转作用，在静力平衡大气中还可以产生一种只在水平方向传播的特殊声波， 称为拉姆波。 因为重力惯性外波和拉姆波在动力学上是同源的。
《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。
南京信息工程大学805天气动力学2021年考研专业课初试大纲
南京信息工程大学硕士研究生招生入学考试考试大纲科目代码：805科目名称：天气动力学第1部分目标与基本要求《天气动力学》主要涵盖了《天气学原理》、《中国天气》及《动力气象学》三部分内容。
《天气学原理》和《中国天气》主要以天气学理论揭示大气运动的基本特征并阐述天气系统及天气过程生、消演变规律以及影响中国的主要天气过程。
《动力气象学》在热力学和流体力学的基础上，研究大气运动的动力过程、热力过程，从理论上探讨大气环流、天气系统演变的过程、规律和机理。
要求学生掌握系统掌握天气学和大气动力学的基本概念、基本理论和基本方法，理解天气系统演变的基本规律和机理，并理解各理论、学说之间的有机联系，提高分析问题、解决问题的能力，能理论联系实际并提高自己吸收新知识的能力。
第2部分内容与考核目标第一章大气运动的基本特征1. 了解大气运动各作用力含义、表达式及理解其物理意义2. 了解个别变化、局地变化、平流变化含义3. 掌握连续方程推导，了解质量散度、速度散度含义、表达式及其物理意义4. 了解尺度分析含义、掌握并理解自由大气中大尺度系统运动的特征5. 掌握Ro数的定义、物理意义和重要性6. 理解大尺度系统热力学能量方程的物理意义7. 了解P坐标系的优越性8. 了解位势、位势高度、位势米、几何米的概念9. 理解等高面上水平气压梯度力可以用等压面上位势梯度或等压面坡度表示10. 理解并掌握地转风、梯度风、热成风、地转偏差的含义、表达式、讨论及应用11. 了解正压大气、斜压大气的概念及物理意义第二章气团与锋1.了解锋、锋面、锋线、锋区含义及锋倾斜的原因2.了解冷性锢囚锋、暖性锢囚锋含义，要求会画出剖面图中锋位置及等温线分布3.了解马古列斯锋面坡度公式的物理意义4.理解锋附近温度分布特征及密度零级不连续面模拟锋面时，锋面附近要素场特征5.理解以密度一级不连续面模拟锋面时，锋面附近要素场特征6.掌握锋面分析中，高空测风资料应用7.了解锋生、锋消概念及概况；了解锋生带（线）、锋生函数、锋生条件概念8.理解锋生、锋消的运动学特点9.了解锋生、锋消的动力学特点第三章气旋与反气旋1.了解气旋和反气旋特征及分类2.理解绝对涡度、相对涡度和行星涡度概念、表达式、物理含义及含义2h H 3.理解大尺度系统运动中，固定点相对涡度变化可以用其位势高度变化表示4.掌握环流定理与涡度方程的物理意义；掌握大气中涡旋系统演变的主要物理机制5.理解位涡的概念，了解位涡方程的推导，了解“位涡思想”在天气学中的应用，会初步应用位涡守恒定律解释实际过程。
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。
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研究天气波动的机制、性质——理解天气 变化的规律和机理。
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。
学习园地
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第一节 波动的基本知识
1、波动定义： 振动在弹性媒介中的传播。
需要二个条件： 1）振动 2）能够传播。
km
2
L
2
l/m
2m
l
m——纬向波数目（学习整园地 数）
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也可以用复傅立叶级数表示
Sm Re(Cmei(kmxmt) )，其中Cm Am iBm 已知s(x, t);可以得到各Am; Bm或者Cm
S(x,t)
S S m
m学0习园地
20
m
如果是线性波动，则波动方程为：
LS(x,t) 0 这里L为线性算子，则有：
LT
学习园地
17
3、波动的数学表示
任一个波动，可以用无穷多个不同波 长、不同强度的简谐波（单波、单色 )叠 加而形成
数学上，任一周期函数都可以用傅立 叶级数展开来表达。
S(x,t) Sm
m
Sm Am cos km (x cmt) Bm sin km (x cmt)
学习园地
18
m=0,1,2,3… 波长L=l/m
kx ly t
波矢
K＝ki lj
涡旋运动（大气长波）的斜槽结构 用二维波动表达。
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24
典型波动：
一维波动：渠道波 二维波动：湖里水面波 三维波动：声波、电视塔发射的球面波
2
描述波动的波参数： 波长，波速，周期，振幅……
波动学的优点： 1、可以利用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。 2、∵槽脊的移动，即等位相线的运动，
即波的移动。 ∴槽的移速＝相速＝波速 3、、波动学把气旋（低压）、反气旋（高压） 系统联系起来。
学习园地
3
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。
B线－ 1
p x
0
du 学习园地
dt
1
P x
u
0
7
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： 去除次要波动的干扰，讨论主要波动； 特别在数值预报中：
u f (t) 差分 u f (t)
t
t
utt ut f (t) t
即用有限元(t)代替学习园地无限元(t 0)
波速：等位相线（面）的移速。
C dx dt 常量
＝( 2 x 2 t)＝常量 2 dx － 2 ＝0
LT
L dt T
C dx ＝ L dt 常量 T
一个周期，正好移动一个全波形
S (x,t) A cos( 2 x 2 t) A cos(kx t) A cos k (x ct)
主要用于讨论线性波动的传播问题 （非线性波动——波－波相互作用）
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kx t k(x ct)
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: u 0, v w 0, 0
y z
一维波动:
0, v / w可以不等于0
y z
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二维波动：
第七章 大气波动学
学习园地
1
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
个经度。尺度在106m，大尺度波动。
称大气长波（Rossby波）
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。
学习园地
学习园地
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
15
T——周期： 质点完成一个全振动需要的时间；
c——波速或相速： 等位相线&等位相面的移动速度，即槽
的移速； 波动学中，求解天气系统移动的问题，
即求解波速c的问题。
k——波数： k 2 L 2 距离内波的数目；
ω——圆频率：
2 T 2 时间内质点完成全振动
的次数。
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(kx t)
②传播机制：质点与质点之间的联系
波动的最大特点：周期性 ——时间上周期变化；空间上周期分布 ——有规律、重复发生 ——可预测
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2、波动的表达——波参数
简谐波：
S(x,t) Acos
＝( 2 x 2 t)
LT
x
位相
其中，A——振幅；
L——波长：相邻两个同位相点间的距离，
即一个完整的波形的长度；
学习中应该将它们联系起来思考。 目前波动学是主流理论。
e.g.1 气旋增强 涡度增加～涡旋动力学； 槽加深～波动学 K’增加～能量学。
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4
e.g.2 槽脊东移～波动学；
气旋前：
t
气旋后：
t
0,即 0,即
气旋东移～涡旋动力学。
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5
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。
8
u u t t 时间步长t 0时 误差 0 由于计算机资源限制， t不能取太小
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9
例如：
如果取时间波长为10分钟，对于时
间尺度为105s的天气尺度波动来说，误
差较小。而对于象声波等快波来说，误差
就很大(随机的），学且习园地是累积的。
10
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。
－－通过大气运动方程进行理论探讨。
存在问题：
除了大尺度的天气波动外、大气中 （基本方程中）还存在其他波动。
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，∴学不习园地能不包含电磁波、光波6 ）
例如：方程就包含了声波形成的机制：
A线向东扰动，由
V
0知：AB间压缩
t
p RT p
L Sm 0 LSm 0
m
m
LSm 0
取波动形式解为——简谐波解 1）某个简谐波最具有代表性 2）每个简谐波都满足原方程，都具有相同性质解
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S Acos(kx t) 或S Asin( kx t)
或S Aei(kxt)
可见振幅A常量，不随时空变化，故没有 办法讨论波的强度变化，同样无法讨论 频率、波数的时空变化。
质点与质点之间建立联系
e.g.单个单摆摆动，不能引起其它单摆摆动；
但用一根线把它们的摆球连起来，则一个摆
动可以传播出去。 学习园地
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波动机制振传荡播机机制制 缺一不可
传播的是振荡的状态。
①振荡引起的机制： 回复力～机械学中的观点。一般回复机制
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如大气层结不稳稳定定：：净净浮浮力力与与位位移移方方向向相相反同，。可以产生振荡；