p坐標系

p坐標系

動力氣象學中,將以x, y, p作為獨立坐標變數的坐標系稱為p坐標系。p是z的單調函數,即,這是建立p坐標系的數學條件。對於大,中尺度運動,大氣具有靜力平衡性質,氣壓p隨高度單調遞減。故靜力平衡是建立p坐標系的物理基礎。

介紹


P坐標系的坐標變數x,y是用幾何米來量度,但鉛直坐標p是氣壓,是表徵微團熱力狀態的物理量,將其作為鉛直坐標可稱其為“物理坐標”,因此P坐標系可視為由幾何坐標和物理坐標所構成的“混合坐標系”。正因如此,斯塔爾稱其為準拉格朗日坐標系。

P坐標系的優點


1. p坐標系中的大氣運動方程組減少了一個場變數,密度的影響隱含在等壓位勢變化之中,氣壓梯度力項成為線性項,形式簡單。
2. 連續方程具有較簡單的形式,成了一個診斷方程,大氣運動方程組只由三個預報方程和兩個診斷方程構成。
3. 日常工作業務中採用的等壓面分析方法,便於利用p坐標系方程組進行診斷計算與分析。
4,等壓面相對水平面的坡度很小,可以認為是准水平的,因此,雖然在p坐標系中分析的是等壓面上要素分佈的特徵不易給人有直觀理解,但由於等壓面是准水平的,它近似反映了等壓面平均高度上的要素水平分佈特徵。
P坐標系的優點是以難以正確給出下邊界條件為代價換取的。大氣下邊界不是坐標面,p隨時間和空間點而變化,在地形起伏地區,不僅與山地相截形成許多“空洞”,這這些空洞範圍隨時間變化,因而很難給出正確的邊界條件。此外,對於小尺度運動不滿足靜力平衡條件,不能用p坐標系運動方程組來描述它們的運動規律。