大气科学导论-第三章(大气运动1)

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1、大气科学导论何金海智协飞周顺武卢楚翰南京信息工程大学大气科学学院大气科学系课程内容第一章概述第二章大气的基本知识第三章关于大气运动的基本规律第四章气旋与反气旋第五章关于气团和锋的介绍第六章关于天气预报的基本方法和技术第七章海气相互作用的产物——厄尔尼诺第八章气候变化为什么地球是椭圆球体？在北半球河流（如：长江）的左右两岸哪一岸凹?单圈环流三圈环流思考题第三章大气运动的基本规律第三章本章内容第一节坐标系第二节受力分析第三节大气运动方程——风压关系第四节大气运动方程组对方程的求解和分析x推力Ft=t0v=0s=0t=t1v=？s=？分析步骤：1、建立坐标系2、分析小方块的受力情况3、建立方程

2、：F=ma；v0=04、求解方程得到t1时刻的v和s光滑表面怎么分析大气运动？§1、坐标系运动总是相对的建立相应的坐标系RunwithBolt?参考系运动是普遍的、绝对的。同一物体相对于不同的标准，具有不同的运动状况，这叫做运动的相对性。例如火车启动后，对坐在火车里的乘客来说，车厢中的行李架是静止的，而站台上的人却看到行李架是运动的。两位观察者研究该物体（行李架）运动时所选择的标准不同。要描述一个物体的位置和运动情况，就应该首先选定其他物体作为标准，并假定它（它们）是静止的，被选作标准的物体叫做参考系。太阳参考系是惯性参考系地球是非惯性参考系，它是旋转的参考系如何选择，原则上是任意的。在气

3、象研究中通常都选地球作为参考系。气象上最常用的坐标系：球坐标，局地直角坐标自然坐标系p坐标系，σ坐标系，θ坐标系等。局地直角坐标系自然坐标系球坐标系局地直角坐标系：x方向：与纬圈相切，向东为正y方向：与经圈相切，向北为正z方向：向上为正在地球上可随意移动，在地球上的不同地点（x,y,z）的方向是变化的；又称：z—坐标系o:地面区域中心z:垂直地面向上(天顶方向）y:与经圈相切向北x:与纬圈相切指向东忽略地球的曲面性。局地直角坐标系的实质上是简化的球坐标系，它部分考虑地球的球面性：它保持球坐标系的标架方向，但忽略与地球曲率有关的力。但在高纬或极地附近二者的区别明显。局地直角坐标系局地直角坐标

4、系笛卡尔直角坐标系1、标架方向变化标架方向固定2、重力只出现在z方向重力一般在水平面上也有分量在中高纬度地区，当所考虑范围不是很大时，切平面与球面差别不是很大，两坐标系的区别也不大。但在高纬或极地附近二者的区别明显。局地直角坐标系在一个不大的范围内，又可以将（x,y,z）的方向看成不变；考虑全球范围或极地地区的大气运动问题时必须采用球坐标系，其余情况采用局地直角坐标系。局地直角坐标系：北京纽约xx北京的西风Vs纽约的西风§2、受力分析Q1：对谁做受力分析？Q2：受到哪些力？一、空气微团（流点、质块、质点）与连续介质假设L2L1L3假设：流点的线尺度为L2分子的平均间距为L1流动（运动）范围

5、线尺度为L3则：L1<

6、：空气与地表之间的摩擦力内摩擦力：空气之间的相对运动产生的摩擦力3、气压梯度力-------气压分布不均匀造成F1F2=？xyzxyz长方体：x，y，z，密度ρ则：m=ρxyz单位长度气压的增长为：AP1P2P2-----大小：方向：与x轴正方向反向即：P1+Ax气压梯度力因此，x方向的受到的力为：因此，单位质量的空气微团，x方向的气压梯度力为：Px：同理，Py：Pz：x方向的受到的力为：写成矢量形式：气压梯度力性质：1、气压梯度力大小：与气压梯度成正比2、气压梯度力方向：由高压指向低压两地之间存在气压梯度的话，气压梯度就会把两地间的空气从气压高的一边推向气压低的一边

7、，于是空气流动起来，风产生了。万有引力摩擦力气压梯度力施力对象受力对象真实力非惯性坐标系下，情况如何？？4、惯性离心力非惯性坐标系下静止的物体：rAA点有一小球，随圆盘一起逆时针旋转。小球相对转盘静止。惯性坐标系（圆盘外的人）：小球是旋转的，有向心力矛盾非惯性坐标系（圆盘）：小球是静止的向心力：因此，对于非惯性坐标系（圆盘），小球受向心力，但又是静止的，这是矛盾的，不满足牛顿运动定律。引入惯性离心力，大小与向心力相等，方