大气科学学院：研究生大气数值模拟理论与方法导论

"大气数值模拟理论与方法课件：lec01_Introduction.pdf" 这篇文档是中山大学大气科学学院的一份研究生课程课件，主题为“大气数值模拟理论与方法”。内容涉及模型的重要性和定义，以及大气动力学方程的介绍。 1.1 模型的重要性 在气象学和大气科学中，模型扮演着至关重要的角色，因为观测数据有限且不连续，而理论分析往往过于复杂。模型通过结合观测、理论和数值计算，帮助科学家理解和预测天气及气候变化。它们可以用来模拟热对流、台风、飑线等极端天气现象，例如，文档中提到的飑线入侵广州的数值模拟案例。 1.2 什么是模型 一个模型包含动力学、方程、数值方法、数据库、代码、观测参数化和数据同化等多个方面。模型的核心是将物理定律（如牛顿运动定律和能量守恒）转换成数学方程。数值代码则负责解这些方程，而数据同化允许将观测数据融合到模型中，以提高预测准确性。 1.3 动力学方程 文档中列出的大气动力学方程包括质量守恒（连续性方程）、动量方程和能量方程： - 连续性方程描述了质量随时间和空间的变化，表示物质的流动不会凭空产生或消失。 - 动量方程包括x、y、z三个方向的分量，描述了压力梯度力、科里奥利力、重力、摩擦力等对流体运动的影响。 - 能量方程涵盖了内能变化、潜热释放、地形抬升等能量转换过程。 这些方程基于理想气体定律，反映了大气中风速、压强、温度等关键变量之间的关系。 课件还提及了森林和草地对热对流的影响，这涉及到地表粗糙度和热通量的差异如何改变大气边界层的湍流特性。 这份课件为学习者提供了大气数值模拟的基础，讲解了模型的基本构成和核心方程，有助于理解大气科学中的预测模型是如何工作的。对于想深入研究气象学和气候模型的学者来说，这是非常宝贵的学习资料。