Вступление в динамическую метеорологию

(проф. Русин Игорь Николаевич)

Тот, кто будет заниматься, должен обращать внимание

на этот знак

(руна Одина –знак предостережения). Он

указывает на материал, который буду спрашивать

Учебные пособия:

• Учебник в библиотеке• Презентации моих

лекций по курсу в хостинге

• http://rusin.rshu.ru• (FZO/FZO_4/)• Или на сайте:• http://www.geo.spbu.ru/d

ownload• (скачать=>

динамическая метеорология)

Определение прагматическое

• Как раздел метеорологии– Динамическая метеорология изучает

движения атмосферного воздуха на основе фундаментальных законов гидродинамики и тепло-, массообмена.

• (В отличие от физической метеорлогии, которая изучает свойства воздуха, слабо зависящие или независящие от его движения)

Определение по предмету изучения:

• Динамическая метеорология изучает законы движения– тяжелой, – стратифицированной, – бароклинной газовой оболочки– над вращающейся – Орографически неоднородной планетой– под влиянием притока энергии от Солнца

Каждый должен знать значение этих терминов и фразы в целом!

Место динамической метеорологии в системе наук

Физика(Механика)

механика материальных

точки

Механика твердого тела

Механика сплошных сред

механика жидкости и газа (гидромеханика)

Механика деформируемых

твердых тел

Теория пластичности

Теория упругости

гидравлика аэродинамика геофизическая гидродинамика

теория фильтрации

Динамика океана

Динамическая метеорология

ДинамикаРусловых

потоков

Динамическая метеорология– Это идеология прогноза погоды и климата– Это методология метеорологических исследований

Она нужна:

Как основа изучения синоптики и климатологии

Чтобы у вас сформировалось физически обоснованное представление о структуре и свойствах атмосферных движений

Принципы исследования:

• Составление уравнений равенства скоростей изменения состояний частицы

• Т.е. динамическая метеорология базируется на неравновесной термодинамике системы, каждая бесконечно малая частица которой находится в состоянии локального термодинамического равновесия

Пример неравновесности, чтоб не пугались:

i n iM M

или i n i

n n i n i

M MI I n, E E n M M n ( I E ) I E

n

Суть законов сохранения можно легко понять, так как на свете есть много вещей, которые сохраняются. Например, деньги. Пусть у Вас в конце года i имеется некоторое количество денег Mi. Если ничего не тратить, то через n месяцев их количество Mi+1 сохраниться. Это можно записать в виде равенства:

Если за этот период Вы получили доход In и произвели затраты En, то количество денег в конце года будет удовлетворять «принципу сохранения денег», который можно выразить равенством . Но если период велик, скажем, год, то невозможно выразить годовые затраты или доход за год только через исходное количество денег Mi. Гораздо легче ввести средние за месяц величины дохода I и затрат E и переписать равенство в виде

Продолжение примераА дальше можно следовать ходу рассуждений Ньютона. Если для больших промежутков n невозможно найти связи I(Mi) и E(Mi), то для маленьких промежутков времени такая связь может быть найдена. Поэтому принцип сохранения денег записывают в виде дифференциального уравнения равенства скоростей получения I(Mi) , траты E(Mi) и накопления dМ/dt денег:

Это дифференциальное уравнение описывает состояние динамического равновесия, при котором скорость изменения исследуемой величины M контролируется интенсивностями источников и стоков этой величины.

В динамической метеорологии на основе использования принципов сохранения массы, импульса и энергии формулируются модели изменения состояния атмосферы.

dMI( M ,t ) E( M ,t )

dt

Система уравнений гидро- и термодинамики атмосферы - теоретическая модель атмосферы

1 уравнение неразрывности

ddiv( )

dt

U

1 12 уравнение движения

dp Div( )

dt

Vg ω V T

уравнение состояния p

RT

1000 - уравнение притока тепла где

d T Q, T

dt С dt PP

Именно эту систему уравнений мы обоснуем и будем учиться применять для описания атмосферных

движений

Доказательства справедливости 1 :Достигнутое качество прогноза

термобарических полей (ГМЦ РФ)

Заблаговременность Оправдыва-емость, %

1 сутки (барическое поле) 90-95

2 суток (барическое поле) 85-90

1 неделя(барическое поле) Около 80

1 месяц (аномалии температуры)

65-70

Доказательства справедливости 2:

Воспроизводимость лабораторных экспериментов

с помощью численного

моделирования

на базе этих уравнений

А это ежики