PDF《锋面坡度公式的教学实践与总结：1. 课程结构与预备知识点》

210044 ) 摘要: 锋面坡度公式的推导与应用是气象类专业主干课程 《天气学原理》 的重难点之一.尽管方程形式较 简单, 但学生运用时仍然存在诸多困难. 根据教学反馈, 锋面坡度公式是本课程中学生最难以理解的部分之一, 同时也是锋面分析的重要理论依据.基于此, 本文对坡度公式推导时需要用到的预备知识点进行了梳理, 以期 提高课堂教学质量. 关键词: 天气学原理;

锋面坡度公式;

预备知识 中图分类号: G642.41 文献标志码: A 文章编号: 1674-9324 (2018 ) 31-0197-02 图1 天气学原理和方法系列课程与天气分析系列课程 的组织关系示意图

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2018 年8月第31 期Aug.

2018 NO.31 Teaching Practice and Conclusion of the Formula of Frontal Slope:1.Structure of Curriculum and Preparatory Knowledge Points RAO Jian,GAO Qing-jiu,JIA Jian-ying,GUO Dong (School of Atmospheric Science,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing, Jiangsu 210044,China) Abstract:The derivation and application of the formula of frontal slope is one of the key points and one of the most difficult problems in the course of meteorological principle. The form of the formula is fairly simple,but most students are still confused by its application into the synoptic analyses when they draw synoptic charts. According to the authors'

experiments with students,the formula of frontal slope is one of the most difficult parts for students to understand,digest,and employ in the related courses,in spite of the fact that it is a vitally important theoretical basis for frontal analysis. Based on this,this paper sorts out the preparatory knowledge points needed for deriving the formula of frontal slope,in order to efficiently improve the quality of classroom teaching. Key words:meteorological principle;

formula of frontal slope;

preparatory knowledge 学生就会大大加深对物质面这一含义的理解. 必须给 学生指出,锋面作为物质面是为了推导锋面坡度公 式, 考虑到大气湍流、 辐射和分子扩散等作用, 真正意 义上的物质面是不存在的.

(二)预备知识点二: 地转风公式的普适性 《天气学原理和方法》在66页直接写到: 将零级 简化的运动方程和静力方程带入锋面坡度公式 .锋 面坡度公式中的x和y方向跟局地直角坐标系的x和y 方向根本不是同一概念. 否则, 锋线必须是南北向的, 这与事实完全不符. 地转风原理不仅仅适用于普通局地直角坐标系 (x-O-y, x指向正东方向, y指向正北方向) ,而且适用 于广义局地直角坐标系. 这里的广义直角坐标系定义 为普通局地直角坐标系沿z轴逆时针旋转一定角度, 两种坐标公用z轴.在普通局地直角坐标系下, 零级简 化的运动方程为-塄p/ρ+f 塄V*k 轧=0. 在广义的局地直角 坐标系下重新展开可得-1/ρ (鄣p/鄣x′i 鄣塄 ′+鄣p/鄣y′j ′′ ′ ) + f (u′i ′塄′+v′j ′塄′)*k 轧=0. 于是可以得到广义的局地直角坐 标系下的运动方程组-1/ρ鄣p/鄣x′+fv′=0, -1/ρ鄣p/鄣y′-fu′ =0. 去掉撇号将其简洁化, 原有的地转关系可在广义局 地直角坐标系下继续应用.教材中一笔带过的地方可 能隐藏许多知识点, 需要授课教师仔细琢磨, 这样才能 加深学生对锋面坡度公式的认知、 理解与应用.

(三) 预备知识点三: 解读 锋面随高度向冷空气 一侧倾斜 锋面随高度是向冷空气一侧倾斜的, 这是推导锋 面坡度公式的事实基础. 但锋面为什么随高度向冷空 气倾斜, 也需要任课教师给学生逐条解读.当冷暖空 气相遇时, 一般冷 (暖) 空气一侧气压偏高 (低) , 那么 在近地面就会出现由冷空气指向暖空气的气压梯度 力.因为暖空气密度一般比冷空气密度小, 所以在冷 空气向暖空气一侧推移的过程中, 暖空气会浮到冷空 气之上.同时向右的地转偏向力逐渐改变风向, 使之 逐渐与锋面平行 (事实上二者仍有一定交角 ) .