大气环流的理论模型
风的基本概念
风的基本概念一、风的形成风的形成是空气流动的结果，常指空气相对地面的水平运动，是一个矢量,用风向和风速表示。
空气流动的原因是地球绕太阳运转，由于日地距离和方位不同，地球上各纬度所接受的太阳辐射强度也就各异(见图1)。
在赤道和低纬度地区，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多，因而温度高。
这种温差形成了南北间的气压梯度，在北半球等压面向北倾斜，空气向北流动，风的强度由气压梯度力的大小决定。
图1 地球绕太阳运转示意图由于地球自转形成的地转偏向力(这种力就叫做科里奥利力)的存在，在此力的作用下，在北半球，使气流向右偏转，在南半球使气流向左偏转。
所以，地球大气的运动，除受到气压梯度力的作用外，还受地转偏向力的影响。
地转偏向力在赤道为零，随着纬度的增高而增大，在极地达到最大。
当空气由赤道两侧上升向极地流动时，开始因地转偏向力很小，空气基本受气压梯度力的影响，在北半球，由南向北流动，随着纬度的增加，地转偏向力逐渐加大，空气运动也就逐渐地向右偏转，也就是逐渐转向东方。
在纬度30°附近，偏角达到90°，地转偏向力与气压梯度力相当，空气运动方向与纬圈平行，所以在纬度30°附近上空，赤道来的气流受到阻塞而聚积，气流下沉，形成这一地区地面气压升高，这就是所谓的副热带高压。
副热带高压下沉气流分为两支，一支从副热带高压向南流动，指向赤道。
在地转偏向力的作用下，北半球吹东北风，南半球吹东南风，风速稳定且不大，约3～4级，这是所谓的信风，所以在南北纬30°之间的地带称为信风带。
这支气流补充了赤道上升气流，构成了一个闭合的环流圈，称此为哈德来(Hadley)环流，也叫做正环流圈。
此环流圈南面上升，北面下沉。
另一支从副热带高压向北流动的气流，在地转偏向力的作用下，在北半球吹西风，且风速较大，这就是所谓的西风带。
在60°N附近处，西风带遇到了由极地向南流来的冷空气，被迫沿冷空气上面爬升，在60°N 地面出现一个副极地低压带。
分析地球自转对大气流动的影响
分析地球自转对大气流动的影响地球的自转是地球上的一种周期性运动，它对大气流动有着重要的影响。
地球自转导致了大气的水平气压和温度的差异分布，从而形成了大气环流系统。
在地球自转的作用下，大气流动呈现出明显的纬向和经向分布特点，影响着气候、天气和气象灾害的发展变化。
1.地球自转对大气流动的影响机制地球的自转对大气流动有着重要的影响，主要表现在以下几个方面：1.1 科里奥利效应科里奥利效应是地球自转对大气流动的影响机制之一。
当气流在地球上空移动时，由于地球自转导致气流受到向东偏转的影响，即在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。
这种偏转现象称为科里奥利效应，它影响着大气环流系统的形成和发展。
1.2 风系和环流系统地球的自转对大气流动还影响着风系和环流系统的形成和演变。
地球自转使得地球上不同纬度区域的风向和风速存在差异，形成了各种风系和环流系统，如副热带高压带、西风带、季风环流等。
这些风系和环流系统对气候和天气的形成起着至关重要的作用。
2.地球自转对大气流动的影响特征地球自转对大气流动的影响表现出明显的特征，主要包括以下几个方面：2.1 纬向分布特征地球自转导致了大气流动呈现出明显的纬向分布特征。
在赤道附近地区，气流呈现出东西向的转动，形成热带低压带；在极地地区，气流呈现出南北向的转动，形成极地高压带。
这种纬向分布特征影响着气候和天气的变化。
2.2 经向分布特征地球自转还导致了大气流动呈现出明显的经向分布特征。
在赤道附近地区，气流呈现出强烈的东西向环流，形成了副高压带；在欧亚大陆地区，气流呈现出南北向的环流，形成了西风带。
这种经向分布特征影响着气候和天气的变化。
3.地球自转对大气流动的影响研究进展近年来，地球自转对大气流动的影响引起了广泛的研究关注，研究者们通过观测、模拟和实验等手段揭示了地球自转对大气流动的影响机制和特征。
他们深入探讨了科里奥利效应、风系和环流系统等方面的作用，为深化对地球自转对大气流动的影响认识提供了理论和实证基础。
地理信息系统概论第三版名词解释(黄杏元) (1)
地理信息系统名词解释数据数据是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。
数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。
对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。
数据模型：是表达现实世界的规格化说明，在数据库中用形式化的方法描述数据的逻辑结构和操作。
空间数据模型：就是对空间实体及其联系进行描述和表达的数学手段，使之能反映实体的某些结构特性和行为功能。
一般而言，GIS空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个有机联系的层次所组成。
关系数据模型用表格数据表示实体和实体之间关系的数据模型，表为二维表，满足一定的条件。
数据处理即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等，其目的就是为了得到数据中包含的信息。
地理数据是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等形式。
地理信息(2005) 地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理意义，是指表征与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形的总称。
地理信息具有空间、属性、时态三种特征。
地理信息流即地理信息从现实世界到概念世界，再到数字世界（GIS），最后到应用领域。
地球信息科学(2004) 与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。
地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
（邬伦，《地理信息系统原理、方法和应用》）地理信息系统(2004,2008，2009) GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。
大气的热力状况与热力环流
目录
• 引言 • 大气的热力状况 • 热力环流基本原理 • 大气热力状况与热力环流的相互作用 • 大气热力状况与热力环流的观测和研究方
法 • 大气热力状况与热力环流的应用前景
01
引言
目的和背景
研究目的
揭示大气热力状况与热力环流的内在联系，为气象学、气候学等相关领域提供理论支撑。
对气温的影响
由于地面冷热不均而形成的空气 环流成为热力环流，热力环流使 得气温在垂直方向上产生差异。
对降水的影响
热力环流对降水的影响主要是通 过改变气压和风向来实现的。在 低压区域，空气上升，水汽凝结 成云致雨；在高压区域，空气下 沉，天气晴朗。此外，风向的改 变也会影响降水的分布。
对风的影响
热力环流还会影响风的形成和风 向。在水平方向上，空气从高压 流向低压，形成风。同时，热力 环流还会导致风向随高度的变化 而改变。
要点三
气候系统
大气热力状况与热力环流的耦合关系 是气候系统的重要组成部分。它们之 间的相互作用和影响不仅决定了大气 的热力状况和环流特征，还对全球气 候的变化和异常有着重要的影响。
05
大气热力状况与热力环流 的观测和研究方法
观测方法和技术手段
地面观测
通过气象站、自动气象站等地面 观测设备，收集温度、湿度、气 压、风速等气象要素数据。
02
大气的热力状况
太阳辐射与大气加热
太阳辐射
太阳以电磁波的形式向外传递能量，称太阳辐射，是 指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。
大气加热
太阳辐射经过大气层时被大气吸收，从而使大气增温 的过程。
吸收作用
大气中的某些成分有选择地吸收太阳辐射中的不同波 长部分，将其转变为热能的过程。
有关杨—巴克斯特方程的理论成果综述
有关杨—巴克斯特方程的理论成果综述一、杨—巴克斯特方程的基本原理及内涵杨—巴克斯特方程是一种重要的描述波动现象的数学模型，它被广泛应用于自然界和工程界中的各种波动现象的研究。
杨—巴克斯特方程的基本原理是描述一种可压性流体的运动，在此运动中，流体质点之间的相对位置、速度和加速度是最基本的物理量。
这种运动可以被不同类型的波浪所描述，如水波、声波、光波等。
在杨—巴克斯特方程的内涵中，表示流体质点之间的相互作用的力很重要。
这个力可以是广义上的内力和外力之和。
该方程中的每一个项都具有一个特定的物理含义，并且不同的项之间也存在特定的关系，如波长、速度等。
通过对这些项之间关系的研究，我们可以深入了解波动现象的性质及其在自然界和工程界的应用。
总结：杨—巴克斯特方程的基本原理是描述一种可压性流体的运动，其内涵是表示流体质点之间的相互作用的力，方程中不同项之间存在特定的关系，通过研究这些关系可以深入了解波动现象的性质及其应用。
二、杨—巴克斯特方程在水波传播中的应用杨—巴克斯特方程在水波传播中有着广泛的应用，主要用于研究海洋学和水文学等领域的问题。
其中，最重要的应用是研究海浪的性质和形成机制。
海浪是海洋中最常见的波浪，其形成机制受到很多因素的影响，例如风力、海水深度、海底形态等。
通过建立杨—巴克斯特方程的模型，可以对海浪的传播速度、波长、振幅等特征进行预测和控制。
此外，杨—巴克斯特方程还被广泛应用于潮汐的研究。
潮汐是海洋中重要的大气环流，其形成机制涉及到地球自转、月球和太阳的引力力等因素。
通过对杨—巴克斯特方程的研究，我们可以对潮汐的周期、振幅、相位等特征进行分析和预测。
总结：杨—巴克斯特方程在水波传播中有着广泛的应用，主要用于研究海浪和潮汐的特性，可以对其传播速度、波长、振幅等进行预测和控制。
三、杨—巴克斯特方程在声波传播中的应用杨—巴克斯特方程在声波传播中也有着广泛的应用，主要用于声学、天文学、地质物理学等领域的研究。
蝴蝶模型定理
蝴蝶模型定理蝴蝶模型定理，又被称为“蝴蝶效应”，是一种深奥的物理理论，揭示了微小的初始条件对于整个系统的影响可能是巨大而不可预测的。
这一理论源自于混沌理论，强调了复杂系统中微小变化可能引起巨大效应的重要性。
蝴蝶模型定理的提出，使我们认识到了自然界中的复杂性和不确定性，引起了人们对于系统性思维和长期影响的深刻思考。
蝴蝶模型定理最初由美国气象学家洛伦兹提出，他在研究大气环流系统时发现，微小的初值误差可能会导致系统的完全不同的演化轨迹。
洛伦兹曾经提出了一个著名的例子：假设在亚马逊雨林的某个角落有只蝴蝶煽动了它的翅膀，可能会引起一场飓风在美国德克萨斯州的产生。
这一例子生动地说明了微小的变化可能在长时间尺度上引起系统的巨大差异。
蝴蝶模型定理的核心思想是“敏感依赖于初值”，即系统在初始条件上的微小变化可能会在演化过程中放大，并最终导致系统的完全不同状态。
这种“灵敏依赖”使得我们无法精确地预测某些系统的未来发展，因为微小的误差可能会在演化过程中放大，产生巨大的影响。
蝴蝶模型定理不仅适用于气象系统，还可以用来解释金融市场、生态系统、人类行为等复杂系统中的现象。
在金融市场中，一家公司的微小变化可能会引起整个市场的震荡；在生态系统中，一种物种的灭绝可能导致整个生态系统的崩溃；在人类行为中，一个人的微小决定可能会影响整个社会的发展方向。
蝴蝶模型定理的普适性使得人们更加重视初值条件的准确性和系统的复杂性，避免犯下严重的错误和后果。
在现代社会中，蝴蝶模型定理的启示意义更加重要。
我们生活在一个复杂而不确定的世界中，各种因素相互作用，系统性思维和长期影响的认识变得尤为重要。
我们需要更加注重细节和初值条件的准确性，避免因为一时的疏忽而导致不可挽回的后果。
同时，我们也需要认识到系统的复杂性和不确定性，不要轻易对系统的发展做出过于简单的预测和判断。
总的来说，蝴蝶模型定理揭示了自然界中微小变化可能引起巨大效应的现象，引起了人们对系统性思维和长期影响的深刻思考。
《天气学原理》课程教学大纲
《天气学原理》课程教学大纲课程名称：天气学原理英文名称：Principle of Synoptic Meteorology学分：4 总学时：57 理论学时：46 实验（上机）学时：11适用专业：大气科学一、课程的性质、目的天气学原理是研究不同尺度的天气系统和天气现象发生发展及其变化的基本规律，并利用这些规律来预测未来天气的科学。
该课程是大气科学专业本科生的重要专业基础课程和主干课之一，属于专业核心课程。
该课程侧重理论教学，主要介绍天气学的经典理论：大气运动的基本特征、锋面理论、气旋与反气旋、大气环流概况、天气系统和天气形势的天气学预报方法。
通过本课程的学习使学生掌握天气学预报的基本原理、基本概念和基本分析方法。
二、教学基本要求通过学习“天气学原理”课程，学生应掌握天气学预报的基本原理和基本概念，掌握天气系统多维结构的建立，以及天气学理论和具体天气过程、天气系统的相互融合，掌握天气学预报的基本分析方法，具有推导基本方程和公式的能力，初步做到利用天气学原理的知识解释和分析基本天气事实，并为后续专业课程的学习和今后的业务与科研工作奠定坚实的理论基础。
三、课程教学基本内容第1章大气运动的基本特征1、教学内容1.1旋转坐标系运动方程及作用力分析熟练掌握大气运动各作用力含义、表达式及理解它的物理意义。
1.2控制大气运动的基本定律理解个别变化、局地变化、平流变化含义，熟练掌握质量散度（质量通量散度）含义、表达式及其物理意义。
1.3大气尺度系统的控制方程理解尺度分析含义、掌握在自由大气中大尺度系统运动，可以作为准地转、准静力处理，理解热力学能量方程中引起固定点温度变化的因子。
1.4“P”系统中的基本方程组掌握P坐标系的优越性，掌握位势、位势高度、位势米、几何米概念，理解等高面上水平气压梯度力可以用等压面上位势梯度或等压面坡度表示。
1.5风场和气压场的关系熟练掌握地转风、梯度风、热成风、地转偏差含义、表达式及有关讨论，并会应用。
现代大气物理学研究进展
现代大气物理学研究进展一、内容概括现代大气物理学，作为地球科学的一个重要分支，致力于深入理解大气及其与周围环境的相互作用。
它涉及大气的分层结构、气象要素的动态变化、辐射传输过程中的特性以及大气现象与地球物理过程的紧密联系。
本篇文章将概述近年来在大气物理学领域的主要研究进展，重点介绍新观测手段的应用、理论模型的完善以及对大气环境变化的预测能力提升方面的显著成就。
内容涵盖了大气成分的变化、气溶胶的分布和作用、云雾的形成机制、降水过程的优化、风暴系统的结构和演化、大气动力学的基础理论以及气候变化的研究等多个方面。
通过本章节的学习，读者将能够获得对于现代大气物理学基本框架的理解，并对大气科学在应对全球气候变化、改善空气质量等方面的重要作用有更为深刻的认识。
1. 大气物理学的重要性和应用大气物理学是研究大气及其现象，特别是与其物理过程相关的问题的一门学科。
它作为地球物理学的一个分支，涉及对大气中的各种物理成分及其特征的研究。
自20世纪70年代以来，随着空间科学和航天技术的飞速发展，人们对大气的了解变得越来越深入，从而极大地丰富了大气物理学的领域。
在大气物理学的实验和观测中，我们才真正认识到大气物理现象的真实性和复杂性。
在对流层和平流层的区域里，空气流动、辐射传输和天气现象等现象相互交织并受到诸多气象因素的影响。
这些因素共同决定了气候的形成、气候变化及短期内的天气变化等多种特点。
对于大气物理学的深入研究，不仅可以增进我们对地球系统的理解，还可以为全球气候预测，极端天气预警以及应对气候变化提供关键的科学依据。
除了对大气现象本身的研究，大气物理学还非常关注人类活动对大气的影响。
随着工业化进程的加快，化石燃料的大量燃烧、气溶胶的释放以及温室气体的增加都使得大气环境遭到破坏。
大气物理学致力于研究这些污染物对人体健康和环境的影响，并探寻可行的解决方案。
在研究城市大气污染的过程中，我们可以通过加强对流层臭氧的观测和模型模拟以理解其形成机制和控制方法。
桂林地区暴雨天气下两种对流层模型的适用性分析
桂林地区暴雨天气下两种对流层模型的适用性分析桂林地区暴雨天气下两种对流层模型的适用性分析引言：随着全球气候变化的不断加剧，极端天气事件也频繁发生。
暴雨是一种极端降水天气现象，其本质是大气中水汽的快速凝结，导致短时间内大量降水。
桂林地区作为我国南部的山水名城，其地理环境和气候条件使得暴雨频发，严重影响当地居民的生活和产业发展。
因此，研究桂林地区暴雨天气的形成和发展规律对于科学防灾减灾和灾后恢复具有重要意义。
本文将从对流层模型的角度出发，分析桂林地区暴雨天气下两种常用的对流层模型的适用性，并探讨其优势和不足之处，为未来天气预报和灾害风险评估提供参考。
一、对流层模型简介1. 大气对流层模型概述对流层模型是描述大气垂直分布的一种理论模型，通过对大气温度、湿度和风场等要素的垂直分布进行数学建模，以便预测和解释大气现象，如天气变化、风速和风向等。
对流层模型可以分为一维模型和三维模型两类。
2. 一维对流层模型一维对流层模型是指在垂直方向上，对流层的要素（如温度、湿度、风场等）只发生变化，而在水平方向上保持不变。
它是对大气垂直结构的简化描述，常被用于分析大气热力学和动力学过程。
其中，最常用的一维对流层模型是大气辐射平衡模型和大气环流模型。
3. 三维对流层模型三维对流层模型是对流层的要素在垂直和水平方向上都发生变化的模型。
它能够更准确地描述大气的综合特征和变化规律。
常用的三维对流层模型有静力平衡模型和动力平衡模型等。
二、适用性分析1. 大气辐射平衡模型的适用性大气辐射平衡模型是一维对流层模型的一种，它主要关注大气中的辐射传输和能量平衡。
该模型将大气看作一个均匀的层，并假设该层内各点的气温和温度垂直梯度保持一定关系。
在桂林地区暴雨天气下，大气中持续的辐射传输会导致大气温度发生较大变化，从而影响暴雨的形成和发展。
因此，大气辐射平衡模型对于研究桂林地区暴雨天气具有一定的适用性。
2. 大气环流模型的适用性大气环流模型也是一维对流层模型的一种，它主要关注大气中的水平风场和气压分布。
非线性动力学系统的建模与分析
非线性动力学系统的建模与分析非线性动力学系统是一种具有丰富行为和复杂性的系统，其建模和分析一直是科学研究的重要课题。
本文将探讨非线性动力学系统的建模与分析方法，并介绍一些经典的非线性动力学系统模型。
一、引言非线性动力学系统是研究系统中非线性现象的重要工具。
线性系统假设系统的响应是线性的，即输入和输出之间存在线性关系。
而非线性系统则假设系统的响应不一定是线性的，可能存在非线性关系。
非线性系统的动力学特性更加复杂，可能出现混沌现象、周期解、吸引子等。
二、非线性动力学系统的建模在建模非线性动力学系统时，需要考虑系统的结构、参数和初始条件等因素。
一般来说，建模过程可以分为以下几个步骤。
1. 确定系统的结构首先需要确定系统的结构，即系统中各个元素之间的关系。
这可以通过物理、经济或生物等领域的知识来确定。
例如，一个机械振动系统可以由弹簧和阻尼器等元素构成。
2. 列写系统方程根据系统的结构，可以列写系统的方程。
对于非线性系统，一般是一组非线性方程。
方程的形式可以是微分方程或差分方程，取决于系统的连续性或离散性。
3. 确定系统的参数方程中通常包含一些参数，这些参数可以通过实验或观测来确定。
确定参数的过程可能涉及参数辨识等技术。
4. 确定系统的初始条件系统的初始条件也需要确定，这决定了系统在初始时刻的状态。
初始条件可以是系统状态的初值或初始时刻的外部输入。
三、非线性动力学系统的分析方法一旦建立了非线性动力学系统的模型，就可以利用一些分析方法来研究系统的动力学行为。
以下是几种常用的分析方法。
1. 线性化方法线性化方法是一种简化非线性系统分析的方法。
它假设系统在某一点附近是近似线性的，以线性系统的理论和方法来研究非线性系统。
线性化方法可以通过雅可比矩阵来实现，即计算非线性系统在某一点的雅可比矩阵，然后对其进行特征分析。
2. 群论方法群论方法是一种研究对称性和守恒定律的方法。
非线性系统中存在的对称性和守恒定律可以通过群论的方法来分析。
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由抽象到具体
——大气环流像数学公式一样来推论大气环流部分主要内容有两部分，三圈环流和季风环流，一直以来。
历来是学生学习的一个难点，其实学习这部分有几个必备的背景知识必须要牢固掌握：
1.地转偏向力的作用（主要把握在不同的地点对风向的影响）；
2.热力环流（主要把握其核心，即地表温度对热力环流的影响）；
3.太阳直射点的移动状况及其对气温的影响。
在掌握以上两个知识点的情况下，整个部分其实可以作为一个整体来学习。
首先是一个完全抽象的理论模型。
该模型有三个假设条件：
①地球不自转（无地转偏向力）。
其目的是保证风向不受除了水平气压梯度力外因素的影响；
②太阳直射点位于赤道。
其目的是保证赤道地球温度最高，形成上升气流；
③地球表面介质均一。
其目的是保证气温完全的由赤道向两级递减。
在以上三个条件全部满足的条件下于是有了下面一个理论模型——单圈环流：
当第一个假设条件我们剔除掉，即我们考虑地转偏向力的影响。
只剩下后两个假设条件时，就出现了下面的三圈环流：
当假设条件的第二个也被剔除掉，即太阳直射点是在南北移动的，那么赤道地球就不能够保证它的温度一定是最高的了，高温带应该是随着太阳直射点的南北移动，相对应的南北移动。
于是赤道低压带也会相应的南北移动，进而整个气压带风带也会南北移动。
于是有了下面气压带风带的季节移动：
当三个假设条件都完全不满足的时候，即第三个假设条件也被剔除掉的时候，也就是有了海陆差异的影响，根据海陆差异对气温的影响于是有了海洋和陆地相对气温的变化，先是冬季和夏季的海陆气压差异：
7月全球气压分布：
在海陆差异最大的亚洲东部地球于是形成了最典型的7月海陆热力环流模式：
1月全球气压分布：
于是在最典型的亚洲东部形成了冬季的海陆热力环流：
到此，整个大气环流的骨架就建立完成了。
当然每一部分还有一下补充知识，这里就不论述了。