前言一、 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”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二、 天气学的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——预测天气三、 天气学的研究方法 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.四、 课程内容和参考书1——5章《天气学》梁必琪等五、 要求1、 天气学 、天气分析、动力气象联系学习2、 认真阅读课本3、 每章思考题——记忆4、 考试：思考题第一章 大气运动的基本特征第一节 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图形 体积： 质量：B面所受压力： A面所受压力：X方向受的压力：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4、 水平气压梯度力 比垂直气压梯度力小很多水平方向 100km 相差1hpa垂直方向 8-10m 相差1hpa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： 图形 (地球半径为a,质量为M，空气块离地高度为z,质量为m ) 因为 ： 所以 ：——海平面的地心引力（常数） 三、惯性离心力 图形 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、Ω地球自转角速度，Ω=2π/24小时=7.29×10-5 /秒4、地表上每个静止物均受到惯性离心力的影响四、重力 图形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，均不指向地心由于地球为椭圆，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45o纬度海平面重力 = 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 图形 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 讨论：1、运动的物体受地转偏向力的作用（静止=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、 摩擦力单位质量空气块所受到的净粘滞力称摩擦力摩擦力的简化形式：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：第二节 大气运动方程一、标准坐标系的运动方程 (局地直角坐标系) 分量形式： 1,尺度简化 大气运动系统的分类水平尺度(水平范围所占有的空间)时间尺度行星尺度km周大尺度km几天中尺度km1天小尺度10km几小时2,大尺度系统的简化方程 一级简化方程(最大项,次大项) 零级简化方程(最大项) 大尺度运动系统的特征(中高纬): 准水平 ω→0 准静力平衡 准地转 (地转偏向力与气压梯度力相平衡) 自由大气 F→0二、P坐标系的运动方程 z坐标系:(x, y, z, t)来表示空间点的位置 p坐标系:(x, y, p, t)来表示空间点的位置 1,等高面图的概念 等高面:空间高度相同的点组成的面；等高面为平面,面上高度处处相等,但气压不等等压面:气压相等的点组成的面；等压面为曲面,气压相等,但高度不等 图形 所以等压面图分析高度场(高空图)和等高面分析气压场(地面图)都可以显示气压场形势 等压面图的优点:气压面是个常数 例如状态方程 P、T为单值函数，可以讨论两者间的变化关系 又如位温 2,等压面图的高度单位——位势高度 几何米、位势米、位势能 mgh 重力势能(位势)---单位质量空气由海平面上升到Z高度时,克服重力所做的功 表达式: 单位：焦耳/千克 ，， g=const1位势米:因为当z=1米时， Φ=9.8焦/千克 所以人为定义一位势米就是9.8焦/千克 位势高度: g=9.8 常数 优点: 图形 等位势面不平行于等几何面,只在海平面上重合 等位势面处处与重力方向垂直,无重力分量——相当于是空中水平面 3,z坐标系与p坐标系的关系 ①关系式 水平方向 垂直方向 1)水平气压梯度力的大小表示等压面坡度的大小 2)二层等压面上：位势梯度～梯度力～地转风相等 3)二层等高面上: 气压梯度梯度力地转风 ②垂直速度 z系: p系 关系式 上升运动: w>0 ω<0 下沉运动: w<0 ω>04,"p"坐标系的运动方程 一级简化 零级简化: 第三节 静力学方程 连续方程和热力学能量方程一、静力学方程 ；仅讨论垂直方向时 称为静力学方程 代入状态方程 得到 积分 得 图形 图形 ——压高公式 表明两层等压面之间的厚度与其间平均温度成正比 暖区:厚度大 冷区:厚度小 讨论:1,气压气流的三类垂直结构 ①深厚对称系统 图形 图形 ②浅薄对称系统 图形 图形 ③温压场不对称系统 图形 图形随高度升高,高压中心轴线想暖区倾斜 随高度升高,低压中心轴线向冷区倾斜 2, 暖平流有利于高层高压或低层发展 冷平流有利于低层高压或高层低压发展 3,极地和赤道的天气系统 图形极地:低层冷高压,高层冷低压 赤道:低层暖低压,高层暖高压二、连续方程: 图形 A面： B面： x方向上的静流入量 同理:y方向上的静流入量 z方向上的静流入量 总质量 即 或 ——连续方程 也可写为 即 ——连续方程。