气象变量场及其运动学.ppt

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1、SynopticMeteorology天气学寿绍文南京信息工程大学大气科学学院2012.9.3（2）第一章气象变量场及其运动学气象标量场的表征气象矢量场的表征气象场变量的时间变率气压场的运动学气象要素、天气、天气图、地面天气图、高空天气图、天气系统、天气形势、天气过程、天气学气象变量标量矢量对任意标量气象标量场的表征笛卡尔坐标梯度气象场变量的空间变率的物理量称为梯度（gradient）哈密尔顿(Hamiltonoperator)算子(梯度算子)(grad)梯度(gradient)场变量的空间变率空间、时间的函数单位

2、矢量升度(ascendent)降度(descendent)反梯度(countergradient)冷暖模梯度2.拉普拉斯算子(Laplace)Minimum(concave)Maximum(convex)3.气压场的基本型式槽低压高压脊锋面槽鞍形场3.气压场的基本型式槽低压高压脊锋面槽鞍形场3.气压场的基本型式槽低压高压脊锋面槽鞍形场3.气压场的基本型式槽低压高压脊锋面槽鞍形场槽线脊线锋面槽线低压高压鞍形场矢量场流线均匀线奇异线----间断线,渐近线奇异点----尖点、涡旋、中性点渐近线辐散辐合气旋性反气旋性出流入

3、流涡旋及源汇散度旋度涡度uvwu>0西风v>0南风w>0上升速度散度水平散度涡度涡度涡度ZXYZXY形变度（变形程度）将x,y方向的风速分量u,v以泰勒级数对原点展开，忽略高次项后，可写成下式：通过对上面二式的加减运算，可得：设通过平行位移消去则可得：代表均匀的平移，平移与x,y无关，气块中每个质点均以同一速度及方向平移，气块不会发生变形。D表示扩张或收缩，表示旋转，而F1和F2则分别表示拉伸形变和切变形变的程度。（a）（b）图1.10静止系统和移动系统情况下的变形带（Weldon,1986）逗点云系气象场变量的时

4、间变率A=A（x,y,z,t）个别变化局地变化平流变化201525气压场的运动学C称为运动坐标系中的局地变化对运动坐标系来说是局地变化，但是对于固定坐标系来说，也可看成是以速度运动（即与运动坐标速度相同）的某点的个别变化。03.气压场的基本型式槽低压高压脊锋面槽鞍形场槽线脊线--++--0（i）槽线沿变压（变高）降度方向移动，脊线沿变压（变高）升度方向移动；（ii）槽线的移动速度与变压（变高）降度（升度）成正比，与槽（脊）的强度成反比，即在变压（变高）降度（升度）相同的情况下，强槽（脊）比弱槽（脊）移动得慢。在

5、系统中心＝0＝0但在系统中心所以上式又可变为＝0又因为在系统中心，展开后得＝0而在系统中心，＝0，所以上式又可写为：θ<β当系统为椭圆形低压时，当系统为椭圆形高压时，故：即θ＜β.长轴愈长，脊愈强,愈小,Q愈小,系统移速愈接近于长轴。上式中是变压降度(升度)与当系统为正圆形时，故可写成：θ＝β这说明正圆形高压系统的移动方向与变压升度方向一致。同理，正圆形低压系统的移动方向与变压降度方向一致。轴的夹角正圆形的低压沿变压降度方向移动，移动速度与变压降度成正比，与系统中心强度成反比；正圆形的高压）沿

6、变压升度方向移动，移动速度与变压升度成正比，与系统中心强度成反比；（i）正圆形的低压（高压）沿变压降度（升度）方向移动，移动速度与变压降度（升度）成正比，与系统中心强度成反比；（ii）椭圆形高压（低压）的移动方向介于变压升度（降度）与长轴之间；长轴愈长，愈接近于长轴。移动速度与变压升度（降度）成正比，与系统中心强度成反比。在低压和高压中心＝0，因此：由此可见，槽（脊）线上的气压局地变化，即可表示槽（脊）强度的变化。因此，从原则上讲：当气旋中心或槽上出现负变压（正变压）时，气旋或槽将加深（填塞）。当反气旋

7、中心或脊上出现正变压（负变压）时，反气旋或脊将加强（减弱）。小结本章的基本概念和重要名词有：气象要素、天气、天气图、地面天气图、高空天气图、天气系统、天气形势、天气过程、天气学、气象变量(标量和矢量)、等值线、等压线、等压面、标准坐标系（z坐标系）、梯度、升度、下降度（降度或反梯度）、模、拉普拉斯、低压槽、高压脊、锋面槽、低压、高压和鞍形场、流线、相对均匀气流、奇异线、间断线、渐近线、、切变线、奇异点、尖点、涡旋、流出（入）气流、气旋式（反气旋式）气流、汇、源、中性点、速度场散度、涡度、水平辐合和辐散、涡度的水平分

8、量和垂直分量、平移、拉伸形变和切变形变、速度势和流函数、个别变化、局地变化和平流变化，固定坐标系，运动坐标系，天气系统移动的运动学公式，复习与思考（1）什么是气象要素、天气、天气图、地面天气图、高空天气图、天气系统、天气形势、天气过程、天气学？（2）什么是气象变量(包括标量和矢量)、等值线、等压线、等压面、标准坐标系（z坐标系）？（3）什么是梯度、升度、下降