成都信息工程学院
李国平
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2013年11月
注：基于北京大学陶祖钰教授和中国气象局干部培训学院周小刚副教授等的课件增添改编而成;引言
基本概念
准地转方程
地转适应过程
课外学习资料
;预报员的困惑
理论抽象
不好捉摸
没有头绪
动力气象学+天气学原理
认识大气规律的方法论
大气哲学;正压和斜压;中高纬度大气三维结构的关系
大尺度水平环流与次级环流（垂直运动）的关系
天气系统发生发展的机理
;风力预报;中纬度大尺度斜压扰动发生发展的机理
动力气象学（大气动力学）理论在天气学中的重要应用
短期天气预报的理论基础，指导思想，以及分析技能（工具）
例如：
（1）天气系统发生发展的机理和判据
（2）上升和下沉运动等动力强迫的产生机理和判据
（3）三维结构（高低层配置）关系分析的依据;准地转动力学理论
——
中纬度大尺度
斜压扰动发展机理;地转角速度
地转参数
地转偏向力
（准）地转平衡
（准）地转风
第一类准地转运动，第二类准地转运动
半地转近似，地转动量近似
地转涡度
地转风涡度
准地转涡度
准地转位涡
;地转风公式
热成风公式
准地转涡度方程
准地转方程组（准地转模式）
准地转位涡方程
准地转位势倾向方程（诊断系统的强度及移动）
准地转ω方程（诊断垂直运动）
准地转Q矢量
地转偏差
准地转演变过程
地转适应过程
;
1）一通百通_理论
（要知所以然，what-why）
2）多样性_实践
（注意总结和积累）;没有不需要动力气象知识的天气学
也没有不需要天气学应用的动力气象学
预报员：要打好动力学基础
动力学家：要会看天气、懂天气
;理论的价值;1、严谨：概念和范畴（还要懂一点哲学，逻辑思维，自然辩证法：矛盾转化）
2、基础：物理学、流体力学、数学
3、求实：大气动力学结合天气学以及天气实例
4、重在理解：懂得基本公式的重要方程，但数学推导可以不强求;名词定义的唯一性
逻辑关系环环相扣
同一事物的不同侧面
*风场分解与辐合辐散——辐合辐散是风场的一种特征
*辐合辐散与垂直运动——是组成次级环流的两个方面（方向）
*变压风、散度风（辐散风）、无辐散风（旋转风）、地转风、非地转风
动力强迫——物理机理（因果问题）;地球流体力学基本概念
场的概念（连续介质，质点，气块）
涡度（旋转角速度）、散度
波动（流线和轨迹）
旋转地球，局地直角坐标
地转偏向力（科氏力）
个别变化，局地变化，平流变化;动力气象学基础知识和
基本概念
尺度问题，观测资料的代表性，多尺度，尺度转化
静力学方程
动力学方程，地转风
连续方程，（高低空）质量补偿原理，抽吸作用（效应）
热力学方程，绝热变化，非绝热加热（外部加热）
准地转理论在大尺度天气预报中的应用
及个例分析
;
天气分析要建立静态的三维空间配置的概念（高低空之间和气象要素之间配置）
天气预报思路要建立准地转演变发展理论的概念（动态的三维空间配置）
回归“正统”和“常识”（厘清动力气象的基本概念）
用好数值预报产品（动力气象理论成功应用的重要标志);;准地转方程组是近代动力气象学的核心（Holton，《动力气象学引论》）
认识大尺度环流变化的机理
如何在天气预报中应用？
提高天气分析水平和预报思路
正确释用数值预报产品;;二、基本概念;连续介质假设：大气是连续的流体介质，没有固定的形状；
地球大气是三维的，没有侧边界和上边界，只有下垫面；
薄层近似：地球大气是扁平的（对大尺度系统而言）
高︰宽≈10km︰103-5km
准水平近似：大气以水平运动为主，垂直运动很弱
（10m/s:0.01m/s）
基本环流（水平）和次级环流（垂直）;质点力学中把实际物体抽象概括称为“质点”（有质量但无体积），流体力学也把实际流体抽象概括为“流点”或“连续介质”。
连续介质假设：把离散分子构成的实际流体，看作是由无数流体质点没有空隙、连续分布而构成的，称为“流点”，即流体质点是大量流体分子的集合，气象上称为空气微团或气块。
流体质点是连续分布的，其上的物理量（如温度、密度、速度等）也是连续分布的，从而构成各种可用连续函数表示的物理量场，可运用高等数学中微积分、矢量分析与场论的知识加以研究。
;欧拉方法
场：变量在某一瞬时的空间分布
系统：场的某种结构（型式，如波动）
系统移动速度：场随时间的变化，如波速。
波速（波的传播速度）?风速（气块的流动速度）
气象观测：固定地点（气象站）
流体力学方法：简洁、完整
（内在规律）
拉格朗日方法
???：空气质点的运动速度
轨迹：不同时刻空气质点的位置
物理规律直接明了
不易观测（可操作性差）;拉格朗日变量（观点）：简称拉氏变量。着眼