Динамическая метеорология (стр. 29 )

Пренебрегая пульсациями плотности, а также молекулярной вязкостью и теплопроводностью воздуха, систему уравнений гидротермодинамики атмосферы можно представить в следующем виде:

Составление полной системы уравнений, описывающей одновременно все процессы, происходящие в атмосфере, еще более усложняется. Однако для приближенного решения ряда задач предпринятая схематизация процессов является допустимой и, более того, в зависимости от конкретных свойств изучаемого процесса она может быть значительно упрощена.

Система уравнений гидротермодинамики наиболее значительно упрощается применительно к процессам, происходящим в свободной атмосфере, где в первом приближении можно пренебречь силой турбулентного трения, а за сравнительно короткие периоды времени, порядка одних суток, можно пренебречь и влиянием притока тепла, считая, что воздух в свободной атмосфере движется адиабатически. При этом для крупномасштабных движений используется в качестве уравнения движения, спроектированного на вертикальную ось, уравнение квазистатики.

В пограничном слое атмосферы для определения коэффициентов турбулентного обмена привлекаются динамические уравнения турбулентности.

Исходная метеорологическая информация обычно задается дискретно, в отдельных точках. Кроме того, уравнения гидротермодинамики нестационарных процессов являются нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных, для которых найти точное аналитическое решение оказывается невозможно. По этим причинам эти уравнения решаются численными методами на высокопроизводительных компьютерах.

Библиографический список

1. Численные методы прогноза погоды / , , . – Л. : Гидрометеоиздат, 1989. –376 с.

2. Основы динамической метеорологии / [и др.]. – Л. : Гидрометеоиздат, 1955. – 647 с.

3. Динамика атмосферы и океана / А. Гилл. – М. : Мир, 1986. – Т. 1. – 397 с.; Т. 2. – 415 с.

4. Динамическая метеорология / под ред. . – Л. : Гидрометеоиздат, 1976. – 607 с.

5. Задачник по динамической метеорологии / [и др.] – Л. : Гидрометеоиздат, 1984. – 165 с.

6. Собр. соч. / . – М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1949. – Т. 1. – 613 с.

7. Т. Физика атмосферы / . – Л. : Гидрометеоиздат, 2000. – 777 с.

8. И. Динамическая метеорология / , . – Л. : ЛГМИ, 1974. – 170 с.

9.  С. Теоретические основы геофизической гидродинамики / – Л. : Гидрометеоиздат, 1988. – 424 с.

10. Динамическая метеорология для океанологов / . – Л. : ЛПИ, 1985. – 195 с.

11. Физическая метеорология / . – М. : Аспект Пресс, 2002. – 415 с.

Оглавление

Введение. 3

1. ПОЛЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ.. 5

1.1. Общие понятия.. 5

1.2. Скалярное поле и его градиент... 5

1.3. Линии тока и траектории частиц воздуха.. 9

1.4. Поток вектора скорости через поверхность. 10

1.5. Дивергенция вектора скорости.. 11

1.6. Циркуляция вектора скорости.. 13

1.7. Вихрь скорости.. 14

1.8. Натуральная система координат... 18

1.9. Вычисление дифференциальных характеристик
полей метеорологических величин методом конечных
разностей.. 22

1.10. Изменение метеорологических величин во
времени. Связь между полной и частной производными
по времени.. 26

1.11. Деформация воздушной частицы и теорема
Коши – Гельмгольца о разложении скорости.. 29

2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ДИНАМИКИ АТМОСФРЫ.. 36

2.1. Силы, действующие в атмосфере. 36

2.1.1. Массовые силы... 36

2.1.2. Поверхностные силы... 45

2.2. Уравнения движения атмосферы... 53

2.3. Уравнение неразрывности.. 63

2.4. Начальные и граничные условия.. 66

2.5. Основные представления теории атмосферной турбулентности.. 68

2.6. Уравнение усредненного движения
турбулентной атмосферы... 71

2.7. Определение турбулентных напряжений.............................................................................. 76

2.8. Вертикальные турбулентные потоки в атмосфере. 81

2.9. Основы теории подобия и упрощение уравнений динамики атмосферы... 85

2.10. Классификация атмосферных движений.. 94

2.11. Влияние турбулентности воздуха на
атмосферные движения и вертикальное расслоение
атмосферы... 97

3. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕРМОДИНАМИКИ АТМОСФЕРЫ.. 99

3.1. Уравнение состояния атмосферного воздуха.
Виртуальная температура.. 99

3.2. Первое начало термодинамики.. 103

3.3. Политропические изменения термодинамического состояния воздуха.. 105

3.4. Адиабатические процессы. Уравнение Пуассона. Потенциальная температура. 108

3.5. Уровень конденсации.. 111

3.6. Влажно-адиабатический градиент температуры... 112

3.7. Условия вертикальной устойчивости атмосферы... 115

3.8. Энергия неустойчивости.. 119

3.9. Уравнение притока тепла.. 122

3.10. Уравнение переноса водяного пара.. 132

4. ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН В АТМОСФЕРЕ. 133

4.1. Лучистая энергия.. 133

4.2. Законы Кирхгофа.. 137

4.3. Формула Стефана-Больцмана.. 138

4.4. Закон смещения Вина.. 140

4.5. Уравнения переноса длинноволновой радиации
и их интегрирование. 141

5. СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ ГИДРОТЕРМОДИНАМИКИ АТМОСФЕРЫ.. 154

5.1. Постановка задач динамической метеорологии.. 154

5.2. Общая система уравнений гидротермодинамики атмосферы... 155

Библиографический список. 159

Учебное издание

Аргучинцев Валерий Куприянович

ДИНАМИЧЕСКАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ

2-е издание, исправленное и дополненное

Подготовлено к печати

Макет: -Никитина

Дизайн обложки:

Темплан 2009 г. Поз. 97

Подписано в печать 13.11.09. Формат 60х84 1/16.

Усл. печ. л. 9,4. Уч.-изд. л. 5,5. Тираж 100 экз. Заказ 108.

Издательство

Иркутского государственного университета

664003, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 36