Вступление в динамическую метеорологию

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)
гидравлика
Теория
пластичности
аэродинамика
геофизическая
гидродинамика
теория
фильтрации
Динамика
океана
Динамическая
метеорология
Динамика
Русловых
потоков
Теория
упругости
Механика
деформируемых
твердых тел
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:
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:
M
M
in
i
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
I I
n
n, E  E
n
n  M
in
 M  n  ( I  E ) или
i
M
in
M
n
i
I E
Продолжение примера
А 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:
dM
 I( M ,t )  E( M ,t )
dt
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.
Система уравнений гидро- и термодинамики
атмосферы - теоретическая модель атмосферы
p

 уравнение состояния
RT
1 d
 div( U )  уравнение неразрывности
 dt
dV
1
1
  g  2  ω  V    p  Div( T )  уравнение движения
dt



d
T Q
 1000 

- уравнение притока тепла , где   T  

dt СP dt
 P 
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
1 сутки (барическое поле)
Оправдываемость, %
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