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 in 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 in M n ( I E ) или i M in 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