第四讲大气动学基础.pdf

第四讲 大气动力学基础 电子工程学院 汤志亚 tangzhiya@cuit.edu.cn 我们在这一讲关心三个基本问题: 1. 为什么大气会运动? 驱动大气运动 的力有哪些? 2. 地球大气是怎样运动的？ 3. 大气运动的空间和时间尺度 1 本讲主要内容 • 一、大气运动的基本动力特征 • 二、大气动力学基本方程组大气动力学基本方程组 • 三、大气运动的尺度分析及近似 • 四、大气中的准地转运动 • 五、大气运动的基本过程 • 六、大气中的波动 一、大气运动的基本动力特征 大气是一种流体大气是一种流体 •大气的状态是由3个参数 决定的，满足状态方程. p RT •为研究大气的运动, 我 们假定大气是连续的流体. 大气遵循一般流体动力学和热力学的定律。 2 一、地球大气的运动特征 • 地球的旋转使得大气运 动时受到科里奥利力的 作作用； • 地球大气的密度随空间 不同而具有不同的密度 层结，一方面会产生浮 力，另一方面受到重力 ；； • 不均匀受热是大气运动 产生的根本原因。 二、大气运动所受的力 • 真实力，也称基本力、牛顿力 – 气压梯度力气压梯度力 – 地心引力 – 摩擦力 • 视示力（外观力） – 惯性离心力 – 地转偏向力 3 1、地球引力 单位质量空气微团 所受的地球引力为所受的地球引力为  MM  g G 2 r r 11 -1 3 2 G 6.668 10 kg m s 其中，G为引力常数，  r r M为地球质量， r为地球半径 由于地球半径为6000多公里，一般地球引力按常数处理。 2 、气压梯度力 气压梯度力：由于 气压分布不均匀而气压分布不均匀而 作用于单位质量空 气上的力, 其方向 由高压指向低压。 4 单位体积：δV δxδyδz 单单位质量：m ρδV ρδxδyδz 假定在 方向的气压梯度为 x p p p p 2 1  p