動(dòng)力氣象學(xué)第六章ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-02 12:07 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 空氣－輕－上升 冷空氣－重－下沉 系統(tǒng)質(zhì)心下降，全位能減少，動(dòng)能增加 ? 實(shí)際大氣中存在著兩類由全位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能的過(guò)程：一類是上冷下暖兩氣層疊置，通過(guò)對(duì)流翻轉(zhuǎn)氣層進(jìn)行絕熱調(diào)整釋放全位能的過(guò)程；另一類為冷空氣和暖空氣并列（比如鋒面）通過(guò)質(zhì)量調(diào)整使全位能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的過(guò)程 。 “全位能 → 動(dòng)能”分析海陸風(fēng)或山谷風(fēng)的形成 四、有效位能 (Available potential energy) 有效位能的概念： 動(dòng)能與全位能間的轉(zhuǎn)換，使動(dòng)能變化，即天氣系統(tǒng)變化的重要機(jī)理。 但大氣中的全位能不能被全部釋放，在考慮天氣系統(tǒng)變化時(shí)，有意義的是能夠轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的那部分全位能。 有效位能，可以理解為：能夠被釋放出來(lái)的那部分全位能。 例如：水電站：位能 ——?jiǎng)幽?——電能。 總是建在落差大的地方，而不是建在位能大的地方。 落差大的地方：能夠轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的位能大 有效位能的定義 在 閉合系統(tǒng) 中，經(jīng)過(guò) 干絕熱過(guò)程 ，從初始狀態(tài)調(diào)整到 水平穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài) 時(shí)，系統(tǒng)所能釋放的 最大全位能 ，稱為有效位能。 說(shuō)明： ① 閉合系統(tǒng) ：外界沒(méi)有質(zhì)量通量輸入。 ② 干絕熱過(guò)程 ：沒(méi)有潛熱釋放，且沒(méi)有太陽(yáng)輻射。 ③ 水平穩(wěn)定層結(jié) ： “ 水平 的” ——等溫面 //等壓面， 正壓的；此時(shí)全位能最小。 有效位能的計(jì)算 兩種算法： （ 1）算出初始狀態(tài)的全位能和終態(tài)的全位能：（參見課本） 有效位能＝初態(tài)全位能－終態(tài)全位能； 計(jì)算時(shí)比較復(fù)雜。 （ 2)計(jì)算從終態(tài)到初態(tài)，氣塊反抗凈浮力所做的功。（氣塊法） 平均單位面積上鉛直氣柱中有效位能的近似表達(dá)式為： ? ????????? 002*21 pddpTTTA?? 有效位能與大氣的斜壓性相對(duì)應(yīng)，正壓大氣沒(méi)有有效位能； 斜壓性越強(qiáng)，力管項(xiàng)大，有效位能越大。 也稱有效位能為斜壓能。 四、 實(shí)際大氣中的能量循環(huán)過(guò)程 動(dòng)能有效位能引入有效位能概念后：動(dòng)能全位能過(guò)去：??實(shí)際大氣中的運(yùn)動(dòng)＝ 與大氣環(huán)流相聯(lián)系的緯向平均運(yùn)動(dòng)（“流”）＋渦旋運(yùn)動(dòng)（“波”） 這樣，考慮以下 4個(gè)能量之間的轉(zhuǎn)化： 間的相互轉(zhuǎn)換—由此討論這些能量之—能量的方程求出對(duì)應(yīng)的描寫這四個(gè)渦旋運(yùn)動(dòng)有效位能渦旋運(yùn)動(dòng)動(dòng)能能緯向平均運(yùn)動(dòng)的有效位緯向平均運(yùn)動(dòng)動(dòng)能?????????AKAK。緯向平均運(yùn)動(dòng)動(dòng)能方程 和 渦旋運(yùn)動(dòng)動(dòng)能方程 緯向平均運(yùn)動(dòng)方程所以首先要求出對(duì)應(yīng)的這里：緯向平均動(dòng)能方程：運(yùn)動(dòng)方程：動(dòng)能方程運(yùn)動(dòng)方程221。hhhhhVKKttVVKttVVV?????????????????????Thhhh FVfVVtV ??????????????????已知水平運(yùn)動(dòng)方程：得：，沿緯圈平均的運(yùn)動(dòng)方程 eqThhhhh FVfVVVVtV ?????????????????????????，得： eqV h ??hhhh VFVVVVKVKt?????????????????????????其中，第三項(xiàng)是渦旋運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量通量。 由連續(xù)方程： 0。00?????????????????VVpyvxu???對(duì)全球（或半球）大氣 ——閉合系統(tǒng) ——通量項(xiàng)＝ 0 )()( KVVKKVKV ???? ???????????vVvuVuVVVvVvVuVVuuVuVvVvuVuvVjuVijviuVVVhhhh?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39。)()。()())()())()(()(同理，yvyvxuV h????????????????再看：??????????????????????????????????????????????????????????)()()()(0。0)(Vppvypvyyvxupyvxuyvvyyv??沿緯圈平均 沿緯圈平均 對(duì)全球大氣 M積分 得到： dMeqM? ?????????????????????? ?MMMMdMDdMdMvVvuVudMKtKt??)(??求渦旋運(yùn)動(dòng)動(dòng)能方程的方法： ① ??????????????????KteqVtVtVtVhhhh????(1) ② 由：總的動(dòng)能方程 ??? ????? MMM D d MdMK d Mt ??以及緯向平均運(yùn)動(dòng)動(dòng)能方程 ： ????? ?MdMKt可以得到：渦旋運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能方程。 (2) (1) hhhh VVKKVVK ?????????????2)(21由求緯向平均： KKK ????????????????????????????MMMMMMdMKtdMKtdMKtdMKtdMKtdMKt：總動(dòng)能方程 )2(dMVFdMVFdMdMdMKtMhTMhTMMM???????????????????????????????????????????????????? ?MMMMdMDdMdMvVvuVudMKtKt??)(??
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1