热力方程式

科学家分析后认为,理查森把三种波动眉毛胡子一把抓虽不足取,但为了预报好大范围天气,虽然声波这种很短的眉毛可以不抓,但中等长度的重力波这种长在大范围天气系统上的胡子仍然不能丢。于是人们采取了有条件地向理查森回归的思路,他们把被准地转模式刮掉的重力波这把胡子重新安上,这就形成了现代大范围数值天气预报的模式,我们把它叫做初始方程模式。下面就是初始方程模式的各个方程:(1)水平运动方程水平风速的局地变化=水平风速的平流变化 气压梯度力 地转偏向力 摩擦力这个方程是牛顿第二定律的一种形式,即作用力等于质量和加速度的乘积。在单位质a的情况下加速度在数值上就等于作用力。水平运动方程左侧就是水平加速度,即水平风速随时间的变化^右端的水平速度的平流变化就是水平风速在空间分布不均匀引起的风速度化。气压梯度力、地转偏向力和摩擦力都是作用于空气上的力。(2)静力学方程垂直气压梯度力 重力=0由于在大范围(如在几千千米范围)内大气在垂直方向的运动速度比起水平运动速度来是个小it,垂直加速度则更远远小于重力加速度。因此可以将垂直运动方程中涉及垂直运动时间变化的项略去,这样垂直运动方程就成了垂直气压梯度力和重力相平衡的静力学方程。用静力学方程代替流体力学方程组中的完整的关于垂直运动的方程,是初始方程模式的方程组和理査森用过的完整的流体力学方程组的最大区别,也是使计箅得以简化从而使预报得以实现的关键。在使用了静力学方程之后,声波这种很快的波就被滤掉了,使人们可以专心致志地做大范围天气预报,而不再顾及像雷暴这样的引起闪电雷鸣的小范围天气系统了。值得强调的是,在关于垂DSI直运动的方程被静力学方程替代之后,并不是说垂直运动就不存在了。大范围垂直运动是引起天气变化和形成降水的重要因素,它们仍然出现在水平运动方程的平流变化项中和水汽方程的平流变化项中。温度的局地变化=温度的平流变化 外界热ffl的输送温度的局地变化就是一个地方温度随时间的变化。温度的平流变化就是由温度的空间不均匀引起的温度变化。冷空气来了温度降低,暖空气来了温度升高;上升运动使温度降低,下沉运动使温度升高;这些就叫做温度的平流变化。至于外界的热it输送,包括太阳辐射、地面和洋面与大气之间的热fi交换、水汽蒸发和凝结引起的温度变化。(4)其他方程除了水平运动方程、静力学方程和热力学方程之外,还有反映大气密度变化的连续性方程、反映水汽变化的水汽方程和表示气压、密度、温度之间关系的气体状态方程。我们为什么要花这么多笔墨讲数值天气预报的模式呢?因为应用模式做天气预报是数值天气预报有别于其他天气预报的最大特点。这些模式反映的是大气运动的物理规律,因而数值天气预报是有严格的物理基础的天气预报方法。(5)初始条件和边界条件前面说的是描写大气运动的方程组,要解这样的方程组还需要给出初始条件和边界条件。初始条件就是大气的初始状态,也就是开始预报时大气的状态,计算就是从这一状态开始的。初始状态可以从观测资料得到。边界条件就是大气边界对大气运动的限制。比如说,大气只能上天不能人地,要想移动只能沿着地面走,因此地面上垂直运动等于0。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注