气象变量场及其运动学.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Synoptic Meteorology,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,(Hamilton operator),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,单位矢量,升度,(,ascendent,),降度,(descendent),反梯度,(counter gradient),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 入流,涡旋及源汇,散度,旋度,涡度,u,v,w,u 0,西风,v0,南风,w0,上升,速度散度,水平散度,涡度,涡度,涡度,Z,X,Y,Z,X,Y,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,气象场变量的时间变率,A=A,（,x,y,z,t,）,个别变化,局地变化,平流变化,20,15,25,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。,0,3.,气压场的基本型式,槽,低压,高压,脊,锋面槽,鞍形场,槽线,脊线,-,+,+,-,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：,当系统为椭圆形低压时，,当系统为椭圆形高压时，,故：,即,.,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：,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、下降度（降度或反梯度）、,“,模,(mode),”,、拉普拉斯？,（,4,）,气压场有哪些基本型式？,（,5,）分别写出低压槽、高压脊、锋面槽、低压、高压和鞍形场等气压系统的梯度和拉普拉斯特征,。,（,6,）什么是流线？常见的流场形式包括哪些基本类型？,（,7,）什么是相对均匀气流、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？,(8),什么是速度场散度、涡度、水平辐合和辐散、涡度的水平分量和垂直分量？,(9),什么是平移、拉伸形变和切变形变？,(10),什么是个别变化、局地变化和平流变化？怎样求得它们？,(11),判定气压系统移动的运动学原理是什么？,(12),低压槽、高压脊是怎样移动的？,(13),椭圆形低压、高压是怎样移动的？,(14),判定气压系统发展的运动学原理是什么？,(15),按照运动学原理，什么情况下槽加深（减弱）？,(16),按照运动学原理，什么情况下脊加强（减弱）？,(17),按照运动学原理，什么情况下低压加深（减弱）？,(18),按照运动学原理，什么情况下高压加强（减弱）？,END,