天气学原理课件
前言
1.天气学发展史
17世纪以前，“经验时期”, 气象通典,
17— 19世纪初，“实验时期”（ 1820）第一张天气图
的产生 —— 大气科学成为一门独立的学科
19世纪 20年代 —— 现在“理论研究时期”
2.大气科学发展的几个阶段
? 第一个阶段,1820—1920年, 分析地面天气图 ——
简单外推预测天气
? 第二个阶段,1920—1940年, 挪威学派 V.Bjerknes
―锋面理论和气旋波动理论”
? 第三个阶段,1940—1960年, 芝加哥学派 Rossby
―大气长波理论”
? 第四个阶段,1960—现在, 产生多门学科来预测天气
3.天气学研究对象和方法
研究对象：研究整个地球大气的天气现象和天气过程的
规律及其物理本质 ——预测天气
研究方法,1,天气图 ——工具
建立天气模式, 分析天气过程的演变规律
2,定性的物理分析方法
a)天气图看懂
b)公式意义明确 （不在于推导）
4.课程内容和参考书
内容,1——5章
参考书：梁必琪的, 天气学,
5.要求
? 天气学,天气分析、动力气象联系学习
? 认真阅读课本
? 每章思考题 ——记忆
? 考试：思考题范围之内
第一章 大气运动的基本特征
第 1节 影响大气运动的作用力
一,气压梯度力：单位质量动气块受到的大气的净压力。
体积,质量：
B面所受压力：
A面所受压力：
x方向受的压力为：
同理,y方向所受净压力为：
z方向所受净压力为：
总的净压力为：
气压梯度力：
讨论：
1.气压梯度力是由气压分布不均匀引起的。
2.气压梯度力的方向指向 – 的方向，即由高压
指向低压，垂直于等压线。
3.气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气的
密度成反比，即等压线越密集，气压梯度越大。
在同样的气压梯度下，高出的风就比低处的风大，
因为高空的密度小。
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4,水平气压梯度力 比垂直气压梯度力小很多。
水平方向, 100 km 相差 1hpa
垂直方向, 8-10 m 相差 1hpa
1000hpa~850hpa 平均相差 1500m
但由于向上的气压梯度力与向下的重力达到准静
力平衡，所以虽然垂直方向上的气压梯度力大，但运
动不明显。而水平方向上力虽小但运动明显，故大气
基本上是准水平运动。
二、地心引力
万有引力：
地球对单位质量空气的引力：
(地球半径为 a,质量为 M，空气块质量为 m，离地高度为 z)
因为, 即
所以,
—— 海平面的地心引力（常数）
三、惯性离心力
向心力～向心加速度 惯性离心力
? 讨论：
1,的方向垂直于地轴，指向地球外侧。
2,的大小随纬度变化：赤道最大，极地最小。
3,地球自转角速度 Ω=2π/24小时 =7.29× 10-5 /秒,
4,地表上每个静止物体均受到惯性离心力的影响。
四、重力
地心引力与惯性离心力的合力，称为重力。
讨论：
1,的方向除赤道和极地外，均不指向心。
由于地球为椭圆，地球上重力垂直于当地水平面，
向下
2、重力的大小随纬度变化，极地最大，赤道最小，一般
用 45纬度海平面重力值 = 9.806m/s2
五、地转偏向力（科力奥利力）
方向：垂直于 与 组成的平面，指向运动方向右侧
大小：
设：局地直角坐标系
原点：地表某点
y轴：沿原点所在经圈切线方向指向北
x轴：沿原点所在纬圈切线方向指向东
z轴；指向当地天顶方向
? 常用水平地转偏向力
? 令
则有
? 讨论：
1、运动的物体受地转偏向力的作用（静止时为 0）。
2,与 相垂直，且在纬圈的平面内。
3,与 相垂直，地转偏向力垂直于运动方向，只改
变空气块的运动方向，不改变其速度大小。在北半球
地转偏向力指向运动方向右侧，南半球则相反。
4、水平地转偏向力大小与风速成正比，与纬度的正
弦成正比。即风速越大偏向力越大，高纬度的偏向力
大,低纬度的偏向力小。
六,摩擦力（ 850hpa以下考虑）
单位质量空气块所受到的净粘滞力称摩擦力,
（ 为摩擦系数）
? 摩擦力的简化形式：
综上所述，单位质量空气加速度 ——旋转坐标系的
大气运动方程为：
前言
1.天气学发展史
17世纪以前，“经验时期”, 气象通典,
17— 19世纪初，“实验时期”（ 1820）第一张天气图
的产生 —— 大气科学成为一门独立的学科
19世纪 20年代 —— 现在“理论研究时期”
2.大气科学发展的几个阶段
? 第一个阶段,1820—1920年, 分析地面天气图 ——
简单外推预测天气
? 第二个阶段,1920—1940年, 挪威学派 V.Bjerknes
―锋面理论和气旋波动理论”
? 第三个阶段,1940—1960年, 芝加哥学派 Rossby
―大气长波理论”
? 第四个阶段,1960—现在, 产生多门学科来预测天气
3.天气学研究对象和方法
研究对象：研究整个地球大气的天气现象和天气过程的
规律及其物理本质 ——预测天气
研究方法,1,天气图 ——工具
建立天气模式, 分析天气过程的演变规律
2,定性的物理分析方法
a)天气图看懂
b)公式意义明确 （不在于推导）
4.课程内容和参考书
内容,1——5章
参考书：梁必琪的, 天气学,
5.要求
? 天气学,天气分析、动力气象联系学习
? 认真阅读课本
? 每章思考题 ——记忆
? 考试：思考题范围之内
第一章 大气运动的基本特征
第 1节 影响大气运动的作用力
一,气压梯度力：单位质量动气块受到的大气的净压力。
体积,质量：
B面所受压力：
A面所受压力：
x方向受的压力为：
同理,y方向所受净压力为：
z方向所受净压力为：
总的净压力为：
气压梯度力：
讨论：
1.气压梯度力是由气压分布不均匀引起的。
2.气压梯度力的方向指向 – 的方向，即由高压
指向低压，垂直于等压线。
3.气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气的
密度成反比，即等压线越密集，气压梯度越大。
在同样的气压梯度下，高出的风就比低处的风大，
因为高空的密度小。
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4,水平气压梯度力 比垂直气压梯度力小很多。
水平方向, 100 km 相差 1hpa
垂直方向, 8-10 m 相差 1hpa
1000hpa~850hpa 平均相差 1500m
但由于向上的气压梯度力与向下的重力达到准静
力平衡，所以虽然垂直方向上的气压梯度力大，但运
动不明显。而水平方向上力虽小但运动明显，故大气
基本上是准水平运动。
二、地心引力
万有引力：
地球对单位质量空气的引力：
(地球半径为 a,质量为 M，空气块质量为 m，离地高度为 z)
因为, 即
所以,
—— 海平面的地心引力（常数）
三、惯性离心力
向心力～向心加速度 惯性离心力
? 讨论：
1,的方向垂直于地轴，指向地球外侧。
2,的大小随纬度变化：赤道最大，极地最小。
3,地球自转角速度 Ω=2π/24小时 =7.29× 10-5 /秒,
4,地表上每个静止物体均受到惯性离心力的影响。
四、重力
地心引力与惯性离心力的合力，称为重力。
讨论：
1,的方向除赤道和极地外，均不指向心。
由于地球为椭圆，地球上重力垂直于当地水平面，
向下
2、重力的大小随纬度变化，极地最大，赤道最小，一般
用 45纬度海平面重力值 = 9.806m/s2
五、地转偏向力（科力奥利力）
方向：垂直于 与 组成的平面，指向运动方向右侧
大小：
设：局地直角坐标系
原点：地表某点
y轴：沿原点所在经圈切线方向指向北
x轴：沿原点所在纬圈切线方向指向东
z轴；指向当地天顶方向
? 常用水平地转偏向力
? 令
则有
? 讨论：
1、运动的物体受地转偏向力的作用（静止时为 0）。
2,与 相垂直，且在纬圈的平面内。
3,与 相垂直，地转偏向力垂直于运动方向，只改
变空气块的运动方向，不改变其速度大小。在北半球
地转偏向力指向运动方向右侧，南半球则相反。
4、水平地转偏向力大小与风速成正比，与纬度的正
弦成正比。即风速越大偏向力越大，高纬度的偏向力
大,低纬度的偏向力小。
六,摩擦力（ 850hpa以下考虑）
单位质量空气块所受到的净粘滞力称摩擦力,
（ 为摩擦系数）
? 摩擦力的简化形式：
综上所述，单位质量空气加速度 ——旋转坐标系的
大气运动方程为：
