動力氣象學第1章課件

動力氣象學教材：呂美仲等，動力氣象學，氣象出版社，2004參考教材：1.呂克利等，動力氣象學，南京大學出版社，19962.HOLTON

J.R.ANINTRODUCTIONTODYNAMICMETEOROLOGY,AcademicPress,FourthVersion,20043.劉式適等，大氣動力學（第二版），北京大學出版社，2011第一章緒論動力氣象學是氣象科學的一個分支，是應用物理學定律和數(shù)學方法研究大氣運動的動力過程、熱力過程，以及它們之間的相互關系，從理論上探討大氣環(huán)流、天氣系統(tǒng)演變和其它大氣運動過程的學科。動力氣象學又是流體力學的一個分支——地球流體力學的主要組成部分。動力氣象學是大氣科學的基礎理論。動力氣象學的基礎知識：高等數(shù)學；流體力學；天氣氣候?qū)W學科特點和學習方法：物理學為基礎，數(shù)學為工具，觀測事實為依據(jù)知識的延拓和提升：同一教材前后的貫通，不同教材的橫向連接，不同分支之間的聯(lián)系，重大天氣氣候的聯(lián)想。

參考書目：1、葉篤正，李崇銀，大氣運動中的適應問題，科學出版社，19652、Lorenz，大氣環(huán)流的性質(zhì)和理論，科學出版社，1976。3、Haltiner,G,NumericalPredictionandDynamicalMeteorology,1980(有中譯本)4、小倉義光，大氣動力學原理，科學出版社，19805、Holton，動力氣象學引論，科學出版社，19806、郭曉嵐，大氣動力學，江蘇科技出版社，1981

參考書目：7、Pedlosky，地球物理流體動力學導論，海洋出版社，19818、伍榮生等，動力氣象學，上?？萍汲霭嫔?，1983。9、楊大升，劉余濱，劉式適，動力氣象學，氣象出版社（修訂本），198310、栗原宜夫，大氣動力學入門，氣象出版社，198411、李崇銀等，動力氣象學概論，氣象出版社，198512、Pedlosky,J.,GeophysicalFluidDynamics,Springer-Verlag,2nd

ed,1987

參考書目：20、呂克利等，動力氣象學，南京大學出版社,199621、伍榮生，大氣動力學（修訂版），高等教育出版社，200222、HOLTON

J.R.ANINTRODUCTIONTODYNAMICMETEOROLOGY,AcademicPress,FourthVersion,200423、李國平，新編動力氣象學，氣象出版社，200624、賀海晏，簡茂秋，喬云亭，動力氣象學，氣象出版社，201025、劉式適，劉式達，大氣動力學（第二版），北京大學出版社，2011§1.1基本假設

連續(xù)流體介質(zhì)假設——質(zhì)點力學的應用。大氣運動的速度、氣壓、密度和溫度等物理量以及這些場變量都是時間和空間的連續(xù)函數(shù)；理想氣體（無凝結(jié)）；動力過程和熱力過程相互作用；大氣為可壓縮連續(xù)流體

§1.2地球大氣的運動學和熱力學特性大氣是重力場中的旋轉(zhuǎn)流體。大氣運動一定是準水平的；靜力平衡是大氣運動的重要性質(zhì)之一；科里奧利力的作用。大尺度運動中科里奧利力作用很重要。中緯度大尺度運動中，科里奧利力與水平氣壓梯度力基本上相平衡——地轉(zhuǎn)平衡。地球旋轉(zhuǎn)角速度隨緯度的變化，與每日天氣圖上的西風帶中的波動有關。穩(wěn)定性作用——位能、動能的轉(zhuǎn)換——鋒面?！?.3大氣運動的多尺度性空間尺度——空間范圍積雨云、颮線、背風波、熱帶云團；溫帶氣旋、西風帶中的長波；超長波、熱帶輻合帶。相互作用——反饋——CISK非線性尺度分析§1.4動力氣象學的發(fā)展簡史與發(fā)展動向18世紀，力學、物理學、化學和數(shù)學等基礎科學的發(fā)展，觀測儀器地陸續(xù)發(fā)明，氣象科學由純定性的描述進入了可定量分析的階段，這是氣象科學發(fā)展過程中的一次飛躍。1820年，布蘭德斯繪制了氣象歷史上第一張?zhí)鞖鈭D，創(chuàng)立了近代天氣分析和天氣預報的方法。這是氣象科學發(fā)展過程中又一次飛躍。1835年提出科里奧利力的概念，1857年白貝羅建立了風壓場關系的經(jīng)驗定律，成為地球大氣動力學和天氣分析的基石。動力氣象學起源于北歐。1897年，V.皮耶克尼斯建立了旋轉(zhuǎn)地球大氣中的環(huán)流理論；1904年V.皮耶克尼斯以力學和物理學的觀點，建立了描寫旋轉(zhuǎn)地球大氣運動方程組.在1920年前后，V.皮耶克尼斯和J.皮耶克尼斯概括了溫帶氣旋生命史，提出了極鋒氣旋學說，形成了挪威(卑爾根)學派。芝加哥學派在20世紀40年代主要貢獻有：提出了大氣運動的地轉(zhuǎn)適應理論(羅斯貝，1938年)；長波能量頻散理論(羅斯貝，1949年；葉篤正，1949年)；發(fā)現(xiàn)了西風帶中的急流并研究了其在大氣環(huán)流中的作用(羅斯貝，1947年；帕爾門，1951年)；提出了大氣運動尺度分析理論(恰尼，1948年)；提出了長波斜壓不穩(wěn)定理論(恰尼，1947年；伊迪，1949年)及長波正壓不穩(wěn)定理論(郭曉嵐，1949年)等。這些創(chuàng)新的研究成果是動力氣象學歷史上的重大發(fā)展。中緯度大尺度運動的準地轉(zhuǎn)體系的建立，奠定了數(shù)值預報理論基礎。在50年代初首次成功地制作出數(shù)值天氣預報(恰尼、費約托夫、馮·諾伊曼，1950年)，開始了將動力氣象學理論應用于制作客觀定量預報的新階段。

菲利普斯利用兩層準地轉(zhuǎn)模式，成功地對大氣環(huán)流進行數(shù)值模擬試驗。數(shù)值天氣預報和大氣運動的數(shù)值試驗是氣象科學從定性的、描述性的科學發(fā)展成定量的、試驗性數(shù)理學科的重要標志。20世紀50年代以后，特別是60年代以來衛(wèi)星技術(shù)、空基和地基遙感技術(shù)，以及計算機技術(shù)在大氣科學廣泛應用，氣象探測資料大量增加，處理原始探測資料能力迅速提高，促進了動力氣象學進一步發(fā)展。對熱帶大氣運動的研究，提出了第二類條件不穩(wěn)定理論(恰尼，1964年)和波動型第二類條件不穩(wěn)定理論(斯蒂文斯和林贊，1978年)；提出了赤道波動理論(松野，1966年)和積云對流參數(shù)化(郭曉嵐，1965年)。低緯大氣行星波的活動，積云對流反饋，中低緯度相互作用和海氣相互作用，熱帶地區(qū)數(shù)值預報研究。平流層大氣動力學平流層爆發(fā)性增溫、準兩年振蕩。20世紀50年代，短期大尺度數(shù)值預報取得成功80年代，中期預報取得突破性進展。歐洲數(shù)值預報中心的業(yè)務預報的有用的預報時效已達到10天左右。大氣環(huán)流模式進行模擬試驗是近代氣象科學最重要的成就之一。經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略制訂的需求20世紀70年代以來，全球范圍的氣候異常，世界面臨著日益嚴重的糧食、能源、水資源危機，和生態(tài)環(huán)境惡化問題，分析氣候異常原因，預測氣候異常的出現(xiàn)。大氣的“低頻變化”；大氣環(huán)流的遙相關。球面大氣中羅斯貝波的經(jīng)向頻散并建立了大圓定理(霍斯金斯等，1981年)；羅斯貝波鉛直傳播(恰尼等，1961年)；提出了E-P通量概念；研究了大氣對外源強迫的響應，分析了低頻變化的各種可能的起因等等，從而促進行星波理論的新發(fā)展，為月、季度和短期氣候預報提供了理論基礎。1963年洛倫茲提出了“確定性非周期流”的概念，反映出一個強迫耗散非線性系統(tǒng)的某些基本特征。他提出了分岔和怪引子與混沌理論，闡明了一個確定性系統(tǒng)由于內(nèi)部非線性作用而引起變化的不確定性，即確定性系統(tǒng)具有內(nèi)在的隨機性，從理論上給人們展現(xiàn)了非線性系統(tǒng)的復雜性和演化形態(tài)的多樣性。此后，氣象學家重視了對大氣動力學領域中大氣運動的多平衡態(tài)，大氣環(huán)流突變，大氣非線性波，非線性不穩(wěn)定，以及不同尺度運動間相互作用等的研究。發(fā)展方向運動系統(tǒng)作為三維、瞬變、具有強迫耗散的非線性動力學來研究；重視理論研究者與從事觀測資料分析的研究者之間的合作，共同