Научно-просветительский центр “Байкал“
 Проекты |
Учебные курсы |
Библиотека |
Конференции, семинары |
Конкурсы |
Программа курса "Динамика атмосферы"
Введение
Предмет и методы динамики атмосферы. Обзор развития и современное состояние. Связь динамической метеорологии с другими учебными дисциплинами. Классификация атмосферных движений. Порядок метеорологических величин и их производных.
1. Основные уравнения гидротермодинамики атмосферы
Инерциальные и вращающиеся системы координат. Уравнения движения в инерциальной системе координат в форме Лагранжа и в форме Эйлера. Силы, определяющие ускорение частицы в инерциальной системе координат: сила барического градиента, сила тяготения и сила трения. Уравнения движения на вращающейся Земле. Сила тяжести, сила Кориолиса. Уравнение сохранения массы и баланса атмосферных примесей. Уравнение состояния, притока тепла и влаги. Уравнения гидротермодинамики в цилиндрических и сферических координатах. Локальная декартовая системе координат. Уравнения гидротермодинамики в изобарической и изоэнтропической системах координат. Орографические системы координат: s-система, гибридные системы координат. Уравнение вихря, уравнение потенциального вихря, уравнение дивергенции скорости, уравнение энергии. Граничные условия.
2. Уравнения гидротермодинамики для турбулентной среды
Основные представления теории турбулентности. Усреднение уравнений движения, притоков тепла, влаги и баланса примеси.
Проблема замыкания системы уравнений гидротермодинамики. Основы теории подобия и упрощения уравнений гидротермодинамики атмосферы.
3. Крупномасштабные движения в свободной атмосфере
Упрощения уравнений гидротермодинамики для крупномасштабных атмосферных движений. Градиентные движения. Геострофическая адвекция температуры. Изменение геострофического ветра с высотой, термический ветер, агеострофический ветер. Определение вертикальной скорости на основе формул агеострофического ветра.
4. Поверхности раздела и фронты в атмосфере
Условия формирования поверхностей раздела в атмосфере. Основные свойства поверхности раздела. Скорость фронта. Вертикальные движения вблизи поверхности раздела. Фронтогенез и фронтолиз.
5. Волновые движения в атмосфере
Параметры и типы волновых движений. Метод малых возмущений и его применение. Крупномасштабные стационарные и нестационарные волны. Внешние гравитационные и смешанные волны. Внутренние акустические и гравитационные волны.
Адаптация полей давления и ветра. Неустойчивость течения в бароклинной атмосфере. Волны на поверхностях раздела.
6. Энергетика атмосферы
Виды энергии. Основные понятия и законы излучения. Уравнение переноса лучистой энергии. Модели радиационного равновесия. Парниковый эффект. Количество энергии, получаемое землей. Методы расчета потоков радиации и радиационных притоков тепла в безоблачной атмосфере и при наличии облачности. Постановка задачи об определении параметров атмосферы по радиационным измерениям со спутников.
Изменения энергии единичной массы. Баланс энергии замкнутого объёма. Баланс энергии атмосферы земного шара и северного полушария. Энергия волн.
Уравнение энергии, переходы одних видов энергии в другие. Кинетическая и доступная потенциальная энергия общей циркуляции атмосферы.
7. Пограничные слои в атмосфере
Гидродинамическое определение пограничных слоев. Система уравнений, описывающих строение пограничного слоя атмосферы. Планетарный пограничный слой и приземный подслой. Вертикальные профили метеорологических величин. Вертикальная скорость на верхней границе планетарного пограничного слоя. Пограничный слой тропопаузы. Основы нелинейной теории пограничного слоя.
8. Некоторые вопросы мезометеорологии
Уравнения гидротермодинамики мезометеорологических процессов. Методы замыкания системы уравнений. Параметризация взаимодействия атмосферы с подстилающей поверхностью. Термики. Смерчи и торнадо. Местные ветры. Свободная и вынужденная конвекция. Суточный ход метеорологических величин.
9. Турбулентная диффузия и перенос примесей в атмосфере
Уравнение переноса и турбулентной диффузии атмосферных примесей. Начальные и граничные условия. Постановка задачи и методы расчета распределения примесей в пограничном слое атмосферы.
10. Физические основы численных методов анализа и прогноза погоды
Численный анализ синхронных метеорологических полей (методы полиномиальной интерполяции, последовательных коррекций, оптимальной интерполяции). Согласование начальных данных для прогностических моделей, четырехмерное усвоение данных.
Постановка задачи численного прогноза погоды, проблема предсказуемости.
Общие сведения о параметризации физических процессов в моделях прогноза (подсеточной турбулентности, радиационных потоков, крупномасштабной конденсации). Прогностические модели и системы усвоения данных в Гидрометцентре РФ. Методы статистической интерпретации численных прогнозов погоды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Белов П.Н. Численные методы прогноза погоды / П.Н. Белов, Е.П. Борисенков, Б.Д. Панин. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 376 с.
- Гаврилов А.С. Математическое моделирование мезометеорологических процессов / А.С. Гаврилов - Л.: ЛГМИ, 1988, с.96.
- Гандин Л.С. Основы динамической метеорологии/ Л.С. Гандин, Д.Л. Лайхтман, Л.Т., Матвеев, М.И. Юдин - Л.: Гидрометеоиздат, 1955. 647 с.
- Гилл А. Динамика атмосферы и океана / А. Гилл - М.: Мир, 1986, Т.1-397 с., Т.2-415 с.
- Динамическая метеорология / Под ред. Д.Л. Лайхтмана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 607 с.
- Кочин Н.Е. Собрание сочинений /Н.Е. Кочин - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1949. Т.1, 613 с.
- Матвеев Л.Т. Физика атмосферы / Л.Т. Матвеев - Л.: Гидрометеоиздат, 2000. 777 с.
- Мельникова И.И. Динамическая метеорология / И.И. Мельникова, Радикевич В.М. - Л.: ЛГМИ, 1974. 170 с.
- Монин А.С. Теоретические основы геофизической гидродинамики /А.С. Монин – Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 424 с. 1969.
- Радикевич В.М. Динамическая метеорология для океанологов /В.М. Радикевич - Л.: ЛПИ, 1985. 195 с.
- Семенченко Б.А. Физическая метеорология / Б.А. Семенченко – М. 415 с.
Внимание! Если Вы обнаружили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
