《動力氣象》課件

動力氣象動力氣象是研究大氣運動和大氣中各種物理過程的學(xué)科。它解釋了天氣和氣候的形成，并為天氣預(yù)報和氣候變化研究提供理論基礎(chǔ)。課程導(dǎo)言1歡迎來到動力氣象課程本課程將深入探討大氣運動規(guī)律，并結(jié)合實際案例，幫助學(xué)生了解氣象現(xiàn)象形成機(jī)理。2課程目標(biāo)掌握動力氣象基本理論，培養(yǎng)學(xué)生氣象學(xué)研究和應(yīng)用能力。3課程內(nèi)容涵蓋大氣熱力學(xué)、動力學(xué)、中尺度氣象學(xué)、天氣預(yù)報等多個領(lǐng)域。氣象學(xué)概述天氣現(xiàn)象氣象學(xué)研究地球大氣及其現(xiàn)象，包括風(fēng)、溫度、濕度、降水和云。大氣科學(xué)氣象學(xué)是地球科學(xué)的一個分支，它利用物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)原理來理解大氣過程。天氣預(yù)報氣象學(xué)的一個關(guān)鍵應(yīng)用是天氣預(yù)報，它利用數(shù)據(jù)和模型來預(yù)測未來的天氣條件。大氣結(jié)構(gòu)與成分大氣層結(jié)構(gòu)對流層、平流層、中間層、熱層、外層主要成分氮氣、氧氣、二氧化碳、氬氣大氣總體熱量平衡100太陽輻射30反射輻射70吸收輻射熱力過程基本定律能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，總量保持不變。熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律指出，一個系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于外界對系統(tǒng)所做的功和系統(tǒng)吸收的熱量之和。熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律指出，一個孤立系統(tǒng)的熵總是趨于增加，或者說，一個系統(tǒng)的有序性總是趨于減少。熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律指出，當(dāng)溫度趨近于絕對零度時，一個系統(tǒng)的熵趨于一個常數(shù)。濕度與濕球溫度空氣濕度空氣中水汽含量的多少，常用相對濕度表示。濕球溫度用濕布包裹溫度計，在空氣中揮動，達(dá)到熱平衡時的溫度。露點溫度空氣冷卻到飽和時的溫度，與空氣濕度密切相關(guān)。熱力圖及其應(yīng)用熱力圖是一種利用顏色變化來表示數(shù)據(jù)值的空間分布圖，可以直觀地展示氣象要素的空間分布特征。它廣泛應(yīng)用于天氣分析、災(zāi)害預(yù)警、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。例如，在氣象預(yù)報中，熱力圖可以幫助氣象學(xué)家了解氣溫、風(fēng)速、降水等要素的分布情況，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測天氣變化。中尺度氣壓系統(tǒng)尺度范圍水平范圍在幾百公里到幾千公里之間。氣壓特征常伴有氣壓梯度較大，氣流輻合或輻散現(xiàn)象。天氣影響與強(qiáng)對流天氣、暴雨、雷暴、冰雹等災(zāi)害性天氣密切相關(guān)。鋒面及其分類冷鋒冷氣團(tuán)主動向暖氣團(tuán)移動。暖鋒暖氣團(tuán)主動向冷氣團(tuán)移動。準(zhǔn)靜止鋒冷暖氣團(tuán)勢力相當(dāng)，移動速度緩慢。錮囚鋒冷鋒追趕暖鋒，將暖氣團(tuán)抬升到高空。地轉(zhuǎn)風(fēng)及其計算1地轉(zhuǎn)風(fēng)概念在地球自轉(zhuǎn)的影響下，大氣運動受到科氏力的作用，當(dāng)氣壓梯度力與科氏力達(dá)到平衡時，風(fēng)向與等壓線平行，這種風(fēng)稱為地轉(zhuǎn)風(fēng)。2地轉(zhuǎn)風(fēng)公式地轉(zhuǎn)風(fēng)速度與氣壓梯度力和科氏力成正比，可通過公式計算得到。3地轉(zhuǎn)風(fēng)應(yīng)用地轉(zhuǎn)風(fēng)理論在天氣預(yù)報、氣候研究、航空氣象等方面有重要應(yīng)用，可以幫助預(yù)測大尺度氣流運動。螺旋渦動形成機(jī)制螺旋渦動是大氣中的一種重要現(xiàn)象，由氣流的旋轉(zhuǎn)和輻合作用形成。它是許多天氣系統(tǒng)，如熱帶氣旋、龍卷風(fēng)和中尺度氣旋的動力基礎(chǔ)。螺旋渦動的形成需要一定的條件，包括：氣流的旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)氣流可以是由于地轉(zhuǎn)偏向力或地形因素造成。例如，在北半球，地轉(zhuǎn)偏向力會使氣流向右偏轉(zhuǎn)，從而形成反氣旋。氣流的輻合：當(dāng)氣流從四周向中心輻合時，氣流的旋轉(zhuǎn)速度會加快。這就像旋轉(zhuǎn)的溜冰運動員收縮手臂，旋轉(zhuǎn)速度會加快。不穩(wěn)定的大氣層：不穩(wěn)定的大氣層有利于氣流的上升和旋轉(zhuǎn)，從而形成螺旋渦動。低壓系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律發(fā)展階段特征初生階段氣壓梯度弱，上升氣流微弱，天氣變化不明顯發(fā)展階段氣壓梯度增強(qiáng)，上升氣流加強(qiáng)，云層增厚，形成降水成熟階段氣壓梯度最大，上升氣流最強(qiáng)，形成大范圍降水，風(fēng)力加大消亡階段氣壓梯度減弱，上升氣流減弱，降水減少，風(fēng)力減小高壓系統(tǒng)一般特征晴朗天氣高壓系統(tǒng)通常與晴朗天氣，降水量少相關(guān)。風(fēng)力較弱高壓系統(tǒng)內(nèi)部氣流下沉，導(dǎo)致風(fēng)力相對較弱。氣溫較高高壓系統(tǒng)內(nèi)部氣溫較高，因為氣流下沉?xí)r，氣溫會上升。鋒面系統(tǒng)動力分析1氣壓梯度力推動鋒面移動2地轉(zhuǎn)偏向力影響鋒面轉(zhuǎn)向3摩擦力減緩鋒面速度鋒面系統(tǒng)受氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力的共同作用。氣壓梯度力推動鋒面移動，地轉(zhuǎn)偏向力影響鋒面轉(zhuǎn)向，摩擦力減緩鋒面速度。鋒面系統(tǒng)動力分析可以幫助理解鋒面移動、發(fā)展和消亡的過程，為天氣預(yù)報提供重要參考。氣團(tuán)與氣團(tuán)邊界氣團(tuán)在水平方向上，溫度、濕度和風(fēng)速等氣象要素比較均勻的大范圍空氣，稱為氣團(tuán)。氣團(tuán)邊界不同性質(zhì)氣團(tuán)之間的交界面稱為氣團(tuán)邊界，是天氣系統(tǒng)形成的重要條件。副熱帶高壓系統(tǒng)副熱帶高壓系統(tǒng)是全球大氣環(huán)流的重要組成部分，其形成與海陸熱力差異、大氣運動和地球自轉(zhuǎn)等因素有關(guān)。副熱帶高壓位于赤道附近，是全球最穩(wěn)定的高壓系統(tǒng)之一。副熱帶高壓對全球氣候有著重大影響，例如控制著降水分布、影響著洋流和氣溫等。它還與很多重要的天氣現(xiàn)象有關(guān)，例如臺風(fēng)、干旱和熱浪等。熱帶氣旋形成條件1充足的水汽熱帶氣旋需要大量的水汽作為能量來源。2溫暖的海水海水溫度至少需要26.5℃才能提供足夠的熱量。3低層大氣不穩(wěn)定低層大氣需要不穩(wěn)定，有利于上升氣流發(fā)展。4弱的垂直風(fēng)切變風(fēng)切變過強(qiáng)會抑制上升氣流的發(fā)展。熱帶氣旋結(jié)構(gòu)特征1中心熱帶氣旋的中心通常是平靜無風(fēng)區(qū)，被稱為“眼”。2眼墻環(huán)繞著眼的是一個狹窄的環(huán)形區(qū)域，稱為眼墻，這里擁有最強(qiáng)的風(fēng)力、降雨量和雷暴。3螺旋雨帶眼墻外是螺旋雨帶，它們向外延伸，并伴隨有較弱的風(fēng)力。熱帶氣旋路徑預(yù)報經(jīng)度緯度熱帶氣旋路徑預(yù)報是根據(jù)氣象學(xué)原理和數(shù)值預(yù)報模型，預(yù)測熱帶氣旋未來移動軌跡和強(qiáng)度變化的過程。熱帶氣旋災(zāi)害防御及時發(fā)布預(yù)警信息加強(qiáng)房屋設(shè)施建設(shè)確保海上船舶安全天氣分析圖基本知識等壓線連接相同氣壓點的線，顯示大氣壓力的空間分布。等溫線連接相同溫度點的線，反映氣溫的空間變化。風(fēng)向風(fēng)速表示風(fēng)向和風(fēng)速，提供大氣運動的信息。天氣分析圖繪制方法1綜合分析將各種觀測資料，如地面氣象觀測、高空探測、衛(wèi)星云圖等，進(jìn)行綜合分析2符號繪制根據(jù)氣象要素和天氣現(xiàn)象，使用特定的符號和線條進(jìn)行繪制3圖例說明在圖例中詳細(xì)解釋各種符號和線條的含義天氣預(yù)報基本原理大氣運動天氣預(yù)報基于對大氣運動的理解，通過觀察氣象要素的變化趨勢來預(yù)測未來天氣。氣象要素氣壓、溫度、濕度、風(fēng)速、降水等氣象要素是影響天氣的關(guān)鍵因素。數(shù)值模式數(shù)值預(yù)報模式利用計算機(jī)模擬大氣運動，通過解算氣象方程組來預(yù)測未來天氣。中短期天氣預(yù)報技術(shù)近年來，中短期天氣預(yù)報技術(shù)不斷發(fā)展，準(zhǔn)確率逐年提升。數(shù)值天氣預(yù)報模式數(shù)值天氣預(yù)報模式利用計算機(jī)和數(shù)學(xué)方程來模擬大氣運動，預(yù)測未來天氣狀況。這些模式以觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過計算大氣狀態(tài)隨時間的演變，生成各種天氣要素的預(yù)報。天氣預(yù)報的不確定性復(fù)雜性天氣系統(tǒng)是一個高度復(fù)雜且非線性的系統(tǒng)，受許多因素影響。觀測誤差天氣觀測存在誤差，影響模型的初始條件。模型局限數(shù)值模型無法完美模擬大氣過程。氣候變化的科學(xué)問題全球氣溫升高海平面上升極端天氣事件增多氣候變化的影響評估1.5全球氣溫升高預(yù)計到2100年，全球氣溫將上升1.5-2℃，導(dǎo)致極端高溫事件增多，冰川消融，海平面上升。100自然災(zāi)害加劇氣候變化導(dǎo)致極端天氣事件頻發(fā)，如洪水、干旱、風(fēng)暴等，造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。50生物多樣性損失氣候變化威脅著生物多樣性，導(dǎo)致物種滅絕，生態(tài)系統(tǒng)退化，影響生態(tài)平衡和人類生存。200糧食安全問題氣候變化導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受損，糧食產(chǎn)量下降，加劇糧食安全問題，影響全球人口的生存和發(fā)展。氣候