大气物理学课件

（1）
如体积保持不变，则在 dt
时间内增加的质量为：
( dt )dV dV dVdt （2） t t
令（1）＝（2）有
( u ) ( v) ( w) ( ) x y z t
（3）
或
( u ) ( v) ( w) ( )0 t x y z
气压梯度力（ pressure gradient force) 气压 梯度存在时，单位质量的空气所受的力叫气压梯 度力，其大小与气压梯度成正比，与空气密度成 反比。气压梯度力在垂直方向和水平方向上都有 分量，分别称为水平气压梯度力和垂直气压梯度
力。
1 P G N
二、水平气压梯度力的大小和方向
3、空气垂直运动
4、非绝热增温和冷却对局地气压变化的影响
二、气压随时间的变化
（一）气压的周期性变化 气压的周期性变化是指气压随时间的曲线上呈现出有 规律的周期性波动，明显的是以日为周期和以年为周 期的波动。 1、气压的日变化 气压的日变化有单峰、双峰和三峰等型式，其中 以双峰型最为普遍。其特点是一天有一个最高值，一 个次高值，一个最低值，一个次低值。
p 0 z z
0

p g d z
对时间求偏导数
p ( ) z g dz t t z
p0 对于地面，有 ( ) g dz t t 0


( u ) ( v) ( w) [ ] x y z t
连续方程
代入
p0 ( ) g dz t t 0
水平气压梯度一般为多少？ 水平气压梯度一般为1～3hPa/赤道度 1赤道度相当于111㎞，为赤道上经度相差一度的 纬圈长度 垂直气压梯度在大气低层可达1hPa/10m左右，相 当于水平气压梯度的104倍 推导静力学基本方程的两个假设条件： 1、大气处于静力平衡条件（垂直气压梯度力被重 力所平衡）,且空气无水平运动 2、等温面和等压面近似水平
式中
dx dy dz u, v, w dt dt dt
各为x、y、z方向的速度分量
将（7）式代入（5）式，得到：
d u v w ( )0 dt x y z
（8）
或
1 d u v w 0 dt x y z
（9）
连 续 方 程
（二）辐散、辐合与垂直运动
水平气压梯度力的大小为
GN 1 P N 1 P 1 P 1 x y
2 2
P P y x
2
2
水平气压梯度力的大小与水平气压梯度成正比， 与空气密度成反比。通常在同一水平面上，密度 随时间、地点变化不很明显，因而水平气压梯度 力的大小主要决定于水平气压梯度的大小。 水平气压梯度力的方向：垂直于等压线，由高压 指向低压。
时
d 0 dt d 0 dt
辐散 辐合
当
时
当
d 0 时， dt
u v w 0 x y z
或
u v w x y z
令
u v D x y
D0
水平辐散 水平辐合
D0
（三）引起局地气压变化的原因

d p g d z
水平气压梯度力是使空气产生水平运动的直接 原因和动力
第五节 气压随时间的变化
一、局地气压随时间变化的原因
（一）连续方程
x方ydz ( u dx )dydz dxdydz x x
y方向上的质量净增量为
vdxdz ( v

得到
p0 u v ( w) ( ) g ( )dz g (u v )dz g dz t x y x y z 0 0 0
水平方向上的 速度辐散、辐 合
密度平流
空气垂直运动
1、水平气流的辐合与辐散
2、不同密度气团的移动
2、气压的年变化 气压的年变化是以年为周期的波动。可以分为以 下三种类型： （1）大陆型：一年中气压最高值 出现在冬季，最 低值出现在夏季，气压年变化值很大，并由低纬向高 纬逐渐增大。
（2）海洋型：一年中气压最高值 出现在夏季，最低 值 出现在冬季，气压年较差小于同纬度的陆地。
（3）高山型：一年中气压的最高值出现在夏季，最 低值出现在冬季。
第三章 大气压力
第四节 气压梯度
一、气压梯度（pressure gradient)
气压梯度 沿空间等压面垂直方向单位距离内的
气压差
气压梯度是一个空间矢量，它垂直于等压面， 由高压指向低压，数值等于两等压面间的气压差 （ΔP）除以其间的垂直距离（ΔN），可用下式 表示：
P P GN N N
u v w , , x y z
u 0 x u 0 x
空气的散度
辐散
辐合
立方体中的总散度等于三个偏导数之和
1 d u v w dt x y z
当
u v w 0 x y z u v w 0 x y z
（二）气压的非周期性变化
气压的非周期性变化是指气压的变化不存在固定周 期的波动，它是气压系统移动和演变的结果。
( v) ( v) dy)dxdz dxdydz y y
z方向上的质量净增量为
( w) ( w) wdxdy ( w dz )dxdy dxdydz z z
则在 dt 时间内，流入这小立方体中总净质量为：
( u ) ( v) ( w) ( u ) ( v) ( w) ( )dxdydzdt ( )dVdt x y z x y z
（4）
将（4）式展开得到
u v w u v w 0 t x x y y z z
（5）
密度可以表示成为坐标和时间的函数，即
( , x, y, z)
密度的全微分
d dt dx dy dz t x y z
展开得到
d dx dy dz u v w （6） dt t x dt y dt z dt t x y z
也可写为
d (u v w ) t dt x y z
（7）