动力气象学期末考试题基本概念复习题.docx

动力气象学习题集一、名词解释1.地转平衡：对于中纬度大尺度运动，水平气压梯度力和水平科氏力（地转偏向力）接近平衡，这时的空气作水平直线运动，称为地转平衡。

2.f平面近似：又称为f参数常数近似。

在中高纬地区，对于大尺度运动，y/a<<1，则f=f0=2Ωsinϕ0=const。

3.地转偏差：实际风与地转风之差。

4.尺度分析法：依据表征某类大气运动系统各变量的特征值来估计大气运动方程中各项量级的大小，判别各个因子的相对重要性，然后舍去次要因子而保留主要因子，使得物理特征突出，从而达到简化方程的一种方法。

5.梯度风：水平科氏力、惯性离心力和水平气压梯度力三力达到平衡，此时空气微团运动称为梯度风。

6.地转风：对于中纬度天气尺度的扰动，水平科氏力与水平气压梯度力接近平衡，这时空气微团作直线运动，称为地转风。

7.正压大气：大气密度的空间分布仅依赖于气压(p)的大气，即：ρ=ρ(p)，正压大气中地转风不随高度变化，没有热成风。

8.斜压大气：大气密度的空间分布依赖于气压(p)和温度(T)的大气，即：ρ=ρ(p, T)。

实际大气都是斜压大气，和正压大气不同，斜压大气中等压面、等比容面（或等密度面）和等温面是彼此相交的。

9.大气行星边界层：接近地球表面的厚度约为1－1.5km的一层大气称为大气行星边界层。

边界层大气直接受到下垫面的热力作用和动力作用，具有强烈的湍流运动特征和不同于自由大气的运动规律。

10.旋转减弱：在旋转大气中，由埃克曼层摩擦辐合强迫造成的二级环流大大加强了行星边界层与自由大气之间的动量交换，使得自由大气中的涡旋系统强度快速减弱，这种现象称为旋转减弱。

11.埃克曼抽吸：由于湍流摩擦作用，埃克曼层中风有指向低压一侧的分量，在低压上空产生辐合上升运动，同理在高压上空产生辐散下沉运动，这种上升下沉运动在边界层顶达到最强，这种现象称为称为埃克曼抽吸。

12.波包迹：在实际大气中，一个瞬变扰动可以看成是由许多不同振幅、不同频率的简谐波叠加而成的，这种合成波称为波群或波包。

系名____________班级____________姓名____________学号____________密封线内不答题成都信息工程学院考试试卷课程名称： 20 —20 学年第 学期动力气象学使用班级：大气20 级试题一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 得分一、名词题( 每小题3分，共30分)1、大气长波2、群速度3、上游效应4、地转偏差5、K-H不稳定6、赤道β平面近似7、Ekman数8、Richardson数9、有效动能（APE）10、浅水波二、判断题(判断下列题目是否正确，如果正确请在题号前打“√”，错误请打“×”。

每小题2分，共10分)1、北半球大气边界层中，风偏向低压一侧，风向随高度向右偏转。

2、潜热的释放并不影响湿静能。

3、对于频散波，群速度与相速度是一致的。

4、中性层结大气中，不存在重力内波。

5、实际大气中，有效位能绝大部分转换成为了动能。

三、填空题(在空白处填写入正确的内容。

每小题1分，共20分)1、非地转扰动的水平尺度远大于( )时,风场适应( )。

2、低纬对流层、平流层中向西传播的热带波动有( )和( )。

系名____________班级____________姓名____________学号____________密封线内不答题3、北半球大尺度运动一般是惯性稳定的,其( )几乎总为正值。

大气长波正压不稳定的必要条件是基本气流的( )在区间内应改变符号。

4、边界层顶的垂直速度与地转风( )成正比。

若采用包辛内斯克近似来滤波,可滤去( )。

5、K-H不稳定可用来研究（ ）尺度天气系统的发展问题。

与中高纬度不同的是，在热带地区（ ）可作为天气系统发展的重要能源。

6、平均纬向有效位能通过哈德莱环流圈直接转换为( )。

( )大气长波既有上游效应又有下游效应。

7、重力内波模型可用来研究( )尺度天气系统；( )层结可滤除重力内波。

8、正压大气中罗斯贝波是由( )守恒控制的一种大尺度涡旋性波动,( )是它得以传播的主要机制。

动力气象作业复习题(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--尺度分析作业1、何为Ro 数大尺度大气运动的Ro 数为多大大尺度大气运动的主要特征是什么罗斯贝数的大小反映了科氏力的相对重要性 中纬度大尺度大气运动主要特征是准水平，准地转平衡，准静力平衡，准水平无辐散，准定常的涡旋运动。

2、正压大气和斜压大气概念密度的空间分布只依赖于气压，即ρ=ρ(p)，这种大气状态称作正压大气。

正压大气中等压面、等密度面和等温面重合在一起。

密度的空间分布不仅依赖于气压而且依赖于温度，即ρ=ρ(p,T)，这种状态称作斜压大气。

斜压大气中等压面与等密度面、等温面是交割的 3、地转风概念定义：空气块直线运动，在水平气压梯度力和水平地转偏向力平衡的作用下，风沿等压线或等位势线吹，北半球背风而立，气压高的在右。

4、下面地面系统，高层有哪几种可能配置图一：（1）正压状态下，高空为低压中心，由于动力作用引起的，（2）斜压状态下，高空为高压中心，由于热力作用引起的，图二：（1）正压状态下，高空为高压中心，由于动力作用引起的， （2）斜压状态下，高空为低压中心，由于热力作用引起的，5、何为斜压大气请说明在天气图上如何分别根据温度场和风场结构判断斜压大气性的强弱密度的空间分布不仅依赖于气压而且依赖于温度，即ρ=ρ(p,T)，这种状态称作斜压大气。

斜压大气中等压面与等密度面、等温面是交割的。

等温线越密，等温面与等压面夹角越大，斜压性越强；风速越大，风向与等压面夹角越大，斜压性越强。

6、何为热成风？请详细说明热成风是由于大气的斜压性所引起，并由此说明大气大尺度动力系统与热力系统在天气图上的主要表现特征，并举出实例。

热成风定义为铅直方向上两等压面上地转风的矢量差。

热成风沿气层的等厚度线（等平均温度线）吹，背风而立，厚度（平均温度）高的在右。

热成风与大气的斜压性相联系，与热力作用相关。

动力气象学习题集难度分为：A-很难、B-较难、C-一般、D-容易一、填空1．科氏力是一种〔1〕,当空气微团沿赤道向东运动时,科氏力的方向指向〔2〕；在赤道向北运动时,科氏力〔2〕.[知识点]：2.2[参考分]：4[难易度]：A[答案]：<1> 视示力<2> 天顶<3> 为零2.控制大气运动的基本物理定律有〔1〕、〔2〕、〔3〕和〔4〕.[知识点]：2.2--2.4[参考分]：8[难易度]：D[答案]：〔1〕牛顿第二定律〔2〕质量守恒定律〔3〕热力学能量守恒定律〔4〕气体实验定律3．在旋转地球上,一个运动着的空气微团所受的基本作用力<1>、<2>、<3>和<4>.[知识点]：2.2[参考分]：8[难易度]：D[答案]：<1> 气压梯度力<2> 科里奥利力<3> 惯性离心力<4> 摩擦力4．科氏力是一种<1>,科氏力的方向始终与运动的方向<2>.[知识点]：2.2[参考分]：4[难易度]：D[答案]：<1> 视示力<2> 垂直5．连续方程是〔1〕的数学表述.它表明〔2〕和〔3〕是相互制约的.[知识点]：2.3[参考分]：6[难易度]：A[答案]：<1> 质量守恒定律定律<2> 密度<3> 风场6．平流时间尺度<1>,气压水平变动的地转尺度<2>.[知识点]：3.2[参考分]：4[难易度]：C[答案]： <1> U L =τ<2> U Lf P h 0π=∆7．中纬度大尺度运动具有以下基本性质,即<1>、<2>、<3>、<4>和<5>.[知识点]：3.3[参考分]：10[难易度]：D[答案]：<1> 准水平<2> 准定常<3> 准地转平衡<4> 准静力平衡<5> 准水平无辐散8．写出以下无量纲数的定义式,基别尔数<1>,罗斯贝数<2>.[知识点]：3.4.[参考分]：4[难易度]：C[答案]：<1> )τε01f ≡<2> ()L f UR 00≡9．任意高度z 的气压可表示为<1>,其物理意义为<2>.[知识点]：4.1[参考分]：4[难易度]：B[答案]：<1> ⎰∞=zgdz z p ρ)(<2> 任意高度上的气压()z p 相当精确地等于该高度以上单位截面积空气柱的重量 10．建立P 坐标系的物理基础是<1>,P 坐标系中静力平衡方程的形式为<2>,连续方程的形式为<3>.[知识点]：4.1—4.3[参考分]：6[难易度]：C[答案]：<1> 大气的静力平衡性质 <2> α-=∂Φ∂p<3>0=∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂py v x u p p ω 11．P 坐标系中,地转风的表达式是<1>,地转风涡度的表达式是<2>.[知识点]：5.3[参考分]：4[难易度]：D[答案]： <1> k fV g ⨯Φ∇-=1 <2> Φ∇=201f g ς12．700百帕地转风为东风41-⋅s m ,500百帕地转风为西风81-⋅s m ,则700-500百帕之间的热成风为<1>风<2>1-⋅s m .[知识点]：5.3[参考分]：4[难易度]：C[答案]：<1> 西<2> 1213．地转风向随高度增加逆时针转动,与此相伴随的温度平流为<1>,地转风向随高度增加顺时针转动,与此相伴随的温度平流为<2>.[知识点]：5.3[参考分]：4[难易度]：C[答案]：<1> 冷平流<2> 暖平流14．建立热成风关系的物理基础是〔1〕和〔2〕.[知识点]：5.3[参考分]：4[难易度]：B[答案]：<1> 地转平衡<2> 静力平衡15．所谓力管是指〔1〕,力管存在的充要条件是〔2〕.[知识点]：6.1[参考分]：4[难易度]：C[答案]：<1> 间隔一个单位的等压面和等比容面相交割成的管子<2> 大气的斜压性16．环流和涡度都是描述流体涡旋运动的物理量,前者是对流体涡旋运动的<1>度量,后者是对流体涡旋运动的<2>度量.[知识点]：6.1—6.3[参考分]：4[难易度]：D[答案]：<1> 宏观<2> 微观17．相对涡度在自然坐标系中的表达式是<1>.[知识点]：6.3[参考分]：2[难易度]：B[答案]： <1> nV R V s ∂∂-==ζ 18．大气中的四种基本能量形式是<1>、<2>、<3>和<4>.[知识点]：7.1[参考分]：8[难易度]：D[答案]：<1> 内能<2> 位能<3> 动能<4> 潜热能19．在大气行星边界层中,近地面层又称为<1>,上部摩擦层又称为<2>.[知识点]：8.1[参考分]：4[难易度]：D[答案]：<1> 常值通量层<2> 埃克曼层20．在埃克曼层中,风速随高度增加<1>,风向随高度增加<2>.[知识点]：8.2[参考分]：4[难易度]：C[答案]：<1> 增大<2> 顺转21．定常情况下,埃克曼层中的三力平衡是指<1>、<2>、和<3>之间的平衡.[知识点]：8.3[参考分]：6[难易度]：D[答案]：<1> 水平气压梯度力<2> 科里奥利力<3> 湍流粘性应力22．理查孙数是湍流运动发展的重要判据,其定义式为i R =<1>.[知识点]：8.5[参考分]：2[难易度]：B[答案]： <1> ()2ln z V zg ∂∂∂∂θ23．旋转层结大气中可能出现的四种基本波动是〔1〕、〔2〕、〔3〕和〔4〕.[知识点]：9.1[参考分]：8[难易度]：D[答案]：<1> 声波<2> 重力波<3> 惯性波<4> 罗斯贝波24．声波是由大气的〔1〕造成的,重力内波生成的必要条件是大气层结〔2〕.[知识点]：9.3[参考分]：4[难易度]：C[答案]：<1> 可压缩性<2> 是稳定的25．大气中两种存在两种最基本的动力学过程,即〔1〕过程和〔2〕过程.[知识点]：10.2[参考分]：4[难易度]：C[答案]：<1> 地转适应<2> 准地转演变26．Rossby 变形半径的表达式为<1>,当初始非地转扰动的水平尺度为<2>时,风场向气压场适应.[知识点]：10.3[参考分]：4[难易度]：B[答案]： <1> 000f c L<2>0L L >>27．正压适应过程的物理机制是〔1〕,适应的速度主要依赖于〔2〕和〔3〕.[知识点]：10.3[参考分]：6[难易度]：A[答案]：<1> 重力惯性外波对初始非地转扰动能量的频散<2> 重力惯性外波的群速〔3〕初始非地转扰动的水平尺度和强度28．第一、二类准地转运动出现的条件分别是〔1〕和〔2〕.[知识点]：11.1[参考分]：4[难易度]：A[答案]：<1> 1<<<Ro S<2> 1~SRo < 29．根据准地转理论,平流过程总是对地转平衡和静力平衡起〔1〕作用,而叠置在准地转水平环流上的二级环流总是对地转平衡和静力平衡起〔2〕作用.[知识点]：11.3[参考分]：4[难易度]：B[答案]：<1> 破坏<2> 维持30．根据准地转位势倾向方程,高空槽前为正涡度平流区,等压面位势高度会〔1〕,槽区有冷平流,有利于槽〔2〕.[知识点]：11.3[参考分]：4[难易度]：C[答案]：<1> 降低<2> 加深31．根据准地转位势倾向方程,高空槽脊系统的移动是由〔1〕平流造成的,而高空槽脊系统的发展是由〔2〕平流造成的.[知识点]：11.3[参考分]：4[难易度]：B[答案]：<1> 涡度<2> 温度32．根据准地转 方程,正涡度平流随高度增加,有利于产生〔1〕运动,冷平流有利于产生〔2〕运动.[知识点]：11.3[参考分]：4[难易度]：B[答案]：<1> 上升<2> 下沉33．正压不稳定的必要条件为〔1〕,正压不稳定扰动发展的能量来自〔2〕.[知识点]：12.3[参考分]：4[难易度]：A[答案]： <1> 022=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ky y dy u d β <2> 基本纬向气流的平均动能34．正压不稳定是发生在具有〔1〕切变基流中的长波不稳定,斜压不稳定是发生在具有〔2〕切变基流中的长波不稳定.[知识点]：12.3—12.4[参考分]：4[难易度]：C[答案]：<1> 水平<2> 垂直35．斜压适应过程的物理机制是〔1〕,适应的速度主要依赖于〔2〕和〔3〕.[知识点]：12.4[参考分]：6[难易度]：B[答案]：<1> 重力惯性内波对初始非地转扰动能量的频散<2> 重力惯性内波的群速<3> 初始非地转扰动的水平尺度和强度36．根据准地转斜压两层模式的分析结果,影响斜压不稳定的主要因子是〔1〕、〔2〕、〔3〕和〔4〕.[知识点]：12.4[参考分]：8[难易度]：A[答案]：<1> 波长<2> 垂直风切变<3> 静力稳定度<4> 效应37．正压不稳定扰动发展的能量来自〔1〕,斜压不稳定扰动发展的能量来自〔2〕.[知识点]：12.3—12.4[参考分]：4[难易度]：B[答案]：<1> 基本纬向气流的平均动能<2> 有效位能的释放二、判断题38.局地直角坐标系中x、y、z轴的方向在空间中是固定不变的.< >[知识点]2.6[参考分]2[难易度]C[答案]：╳39.局地直角坐标系保持了球坐标系的标架方向,但忽略了球面曲率的影响. < > [知识点]2,6[参考分]2[难易度]C[答案]：√40.在极区采用局地直角坐标系是不适宜的.< >[知识点]2.6[参考分]2[难易度]B[答案]：√41.Rossby数可以表示为相对涡度与牵连涡度之比.< >[知识点]3.4[参考分]2[难易度]B[答案]：√42.等压面图上等高线与等温线重合,此大气一定是正压的.< >[知识点]4.2[参考分]2[难易度]D[答案]：╳43.等压面图上等高线愈密集的地区水平气压梯度力愈大.< >[知识点]4.2[参考分]2[难易度]D[答案]：√44.等压面上气压处处相等,因此等压面上的水平气压梯度力处处为零.< > [知识点]4.3[参考分]2[难易度]C[答案]：╳45.定常流场中流线与轨迹相重合. < >[知识点]5.1[参考分]2[难易度]D[答案]：√46.对于气旋性流动,梯度风速比地转风速要小.< >[知识点]5.2[参考分]2[难易度]A[答案]：√47.对于反气旋性流动,梯度风速比地转风速要大.< >[知识点]5.2[参考分]2[难易度]A[答案]：╳48.大气的斜压性是地转风随高度改变的充分与必要条件.< >[知识点]5.3[参考分]2[难易度]D[答案]：√49.等压面图上等温线愈密集的地区大气的斜压性愈强.< >[知识点]5.3[参考分]2[难易度]D[答案]：√50.p坐标系涡度方程中不含力管项,因此大气的斜压性对涡度变化的没有作用.< > [知识点]6.6[参考分]2[难易度]A[答案]：╳51.大气运动不可能在严格的地转平衡和静力平衡条件下进行.< > [知识点]7.2[参考分]2[难易度]C[答案]：√52.斜压性愈强,层结愈不稳定,大气中的有效位能愈充沛.< > [知识点]7.4[参考分]2[难易度]D[答案]：√53.大气中绝大部分全位能不能用来转换成动能.< >[知识点]7.4[参考分]2[难易度]D[答案]：√54.埃克曼层中风总有指向低压一侧的分量.< >[知识点]8.2[参考分]2[难易度]D[答案]：√55.低压区一定有水平辐合,高压区一定有水平辐散.< >[知识点]8.3[参考分]2[难易度]A[答案]：╳56.频散波的相速与群速一定不等.< >[知识点]9.1[参考分]2[难易度]D[答案]：√57.Boussinesq近似只适用于大气浅层运动.< >[知识点]9.4[参考分]2[难易度]D[答案]：√58.采用准地转近似不可能滤去所有快波.< >[知识点]9.7[参考分]2[难易度]A[答案]：√59.若正压大气中,非地转扰动充满全球,此种情形无地转适应过程.< > [知识点]10.3[参考分]2[难易度]A[答案]：√60.描写准地转涡旋运动的演变发展,可以不考虑水平辐合辐散的影响.< > [知识点]11.2[参考分]2[难易度]A[答案]：╳61.斜压大气中的准地转运动不可能是纯水平运动. < >[知识点]11.3[参考分]2[难易度]C[答案]：√62.正压地转适应过程中,涡度与散度随时间变化很大,但位势涡度总是不变.< >[知识点]11.3[参考分]2[难易度]B[答案]：√63.平流过程总是对地转平衡和静力平衡起破坏作用.< >[知识点]11.3[参考分]2[难易度]C[答案]：√64.叠置在准地转水平环流上的二级环流总是对地转平衡和静力平衡起恢复和维持作用.< > [知识点]11.4[参考分]2[难易度]B[答案]：√65.斜压不稳定是中纬度天气尺度扰动发展最主要的物理机制.< >[知识点]11.4[参考分]2[难易度]C[答案]：√66.斜压不稳定波的增长率与铅直风切变有关,与波数无关.< >[知识点]12.4[参考分]2[难易度]C[答案]：╳67.只要大气是斜压的,就一定会产生斜压不稳定. < >[知识点]12.4[参考分]2[难易度]C[答案]：╳三、名词解释68.薄层近似[知识点]：2.5[参考分]5[难易度]：B[答案]：大气中90﹪以上的质量集中在离地表的一薄层中,其有效厚度约为几十公里,远比地球平均半径小,因此可取a z a r -+=~.其中a 是地球半径,z 是离地表的铅直高度.球坐标系的运动方程中,当r 处于系数地位时用a 来代替r ,当r 处于系数地位时用z 来代替r ,这一近似郭晓岚称之为薄层近似.69.尺度分析法[知识点]：3.1[参考分]5[难易度]：C[答案]：尺度分析法是一种对物理方程进行分析和简化的有效方法.尺度分析法是依据表征某类运动系统的运动状态和热力状态各物理量的特征值,估计大气运动方程中各项量级大小的一种方法.根据尺度分析的结果,结合物理上考虑,略去方程中量级较小的项,便可得到简化方程,并可分析运动系统的某些基本性质.70.β平面近似[知识点]：3.3[参考分]5[难易度]：B[答案]：1． 当f 处于系数地位不被微商时,取0~f f -； 2． 当f 处于对y 求微商地位时,取常数==βdy df .采用β平面近似后,用局地直角坐标系讨论大尺度运动将是方便的.虽然由于球面效应引起的曲率项被忽略了,但球面效应引起的f 随纬度的变化对大尺度运动的作用却部分保留下来了. 71.罗斯贝数[知识点]：3.3[参考分]5[难易度]：B[答案]：罗斯贝数的定义式为()L f U R 00≡,它代表水平惯性力与水平科里奥利力的尺度之比.罗斯贝数的大小主要决定于运动的水平尺度.对于中纬大尺度运动,10<<R ,科里奥利力不能忽略不计,对于小尺度运动,10>>R ,科里奥利力可忽略不计.72.地转风[知识点]：5.2[参考分]5[难易度]：D[答案]：等压线为一族平行的直线〔∞→||T R 〕时的平衡流场称为地转风场,或称为地转运动.在地转运动中,水平气压梯度力与科里奥利力相平衡.地转风的方向与等压线相平行,在北半球〔f ＞0〕,高压在速度方向右侧,低压在速度方向左侧；地转风大小与水平气压梯度成正比,与密率和纬度的正弦成反比.地转风关系的重要性在于揭示了大尺度运动中风场和水平气压场之间的基本关系.73.热成风[知识点]：5.3[参考分]5[难易度]：C[答案]：热成风定义为铅直方向上两等压面上地转风的矢量差.热成风方向与等平均温度线〔即等厚度线〕平行,在北半球暖区在热成风方向右侧,冷区在热成风方向左侧；热成风大小与平均温度梯度成正比,与纬度的正弦成反比.热成风关系的重要性就在于具体地揭示了静力平衡大尺度运动中风场、气压场、温度场之间的关系.74.正压大气[知识点]：5.3[参考分]5[难易度]：D[答案]：密度的空间分布只依赖于气压的大气状态称作正压大气.正压大气中等压面、等密度、等温面重合在一起.在静力平衡条件下,正压大气中各等压面相互平行,因而某一等压面在空间的倾斜状态可以代表所有等压面的倾斜状态.75.地转偏差[知识点]：5.4[参考分]5[难易度]：B[答案]：实际风与地转风的矢量差定义为地转偏差.地转偏差用'V 表示,则g V V V -≡'.地转偏差和水平加速度方向相垂直,在北半球指向水平加速度的左侧,地转偏差的大小和水平加速度成正比,和纬度的正弦成反比.地转偏差虽然很小,但对大气运动的演变却起着极为重要的作用. 76.开尔文环流定理[知识点]：6.1[参考分]5[难易度]：C[答案]：根据绝对环流定理,绝对环流的加速度等于环线包围力管的代数和.对于正压大气,由于比容、密度仅是气压的函数,力管项等于零,因此,正压大气中绝对环流守恒.这一结论称为Kelvin 环流定理.77.位势涡度[知识点]：6.7[参考分]5[难易度]：A[答案]：位势涡度简称位涡,位涡是一个同时描写大气热力状态和运动状态的综合物理量,在某种意义上可以理解为涡旋强度与其有效厚度之比的度量.在绝热无摩擦条件下,位涡具有守恒性质.78.有效位能[知识点]：7.4[参考分]5[难易度]：C[答案]：大气现有状态下的全位能与经过绝热调整后达到层结稳定、等压面等温面重合且呈水平分布状态〔这一状态称为参考状态〕时尚存的全位能之差,定义为有效位能.大气的斜压性越强,层结越不稳定时,有效位能越充沛.79.大气行星边界层[知识点]：8.1[参考分]5[难易度]：D[答案]：接近地球表面的厚度约为1－1.5km的一层大气称为大气行星边界层.边界层大气直接受到下垫面的热力作用和动力作用,具有强烈的湍流运动特征和不同于自由大气的运动规律.80.旋转减弱[知识点]：8.3[参考分]5[难易度]：B[答案]：在旋转大气中,由埃克曼层摩擦辐合强迫造成的二级环流大大加强了行星边界层与自由大气之间的动量交换,使得自由大气中的涡旋系统强度快速减弱,这种现象称为旋转减弱. 81.埃克曼抽吸[知识点]：8.3[参考分]5[难易度]：B[答案]：由于湍流摩擦作用,埃克曼层中风有指向低压一侧的分量,在低压上空产生辐合上升运动,同理在高压上空产生辐散下沉运动,这种上升下沉运动在边界层顶达到最强,这种现象称为称为埃克曼抽吸.82.波包迹[知识点]：9.1[参考分]5[难易度]：C[答案]：在实际大气中,一个瞬变扰动可以看成是由许多不同振幅、不同频率的简谐波叠加而成的,这种合成波称为波群或波包.这种合成波列振幅的包络线称为波包迹,其传播的速度称为群速.83.拉姆波[知识点]：9.3[参考分]5[难易度]：A[答案]：受地球旋转作用影响,在静力平衡大气中只沿水平方向传播的特殊声波,称为拉姆波.与纯水平声波不同,拉姆波是一种水平尺度较大的频散快波.拉姆波属于外波型波动,其扰动气压随高度按指数减小,但扰动速度随高度几乎不改变.84.Boussinesq 近似[知识点]：9.5[参考分]5[难易度]：A[答案]：近似对于浅层运动,如果在运动方程中部分考虑密度扰动的影响,即只保留与重力相耦合的密度扰动项；连续方程中忽略密度扰动影响,简化为不可压缩形式；热力学能量方程保留密度扰动影响,只保留膨胀的作用,即取θθρρ'-='；这种近似叫作包辛内斯克近似. 85.准地转近似[知识点]：11.1[参考分]5[难易度]：B[答案]：准地转近似是为了合理地描写中纬天气尺度的准地转运动而引入的一种动力学近似,其含义为除散度项外,方程中的水平速度和涡度都取为地转风和地转涡度.取准地转近似后得到的准地转方程组既突出了中纬度大尺度运动的的准地转性质,又保留了维持准地转平衡所必须的水平辐合辐散,而且很好地保持了运动的若干整体性质,因此能够更为合理地描写中纬大型天气演变过程.86.正压不稳定[知识点]：12.3[参考分]5[难易度]：C[答案]：发生在具有水平切变基本纬向气流中的长波不稳定称为正压不稳定,正压不稳定的必要条件是基本纬向气流的绝对涡度在区间内存在极值,扰动发展的能量来自基本纬向气流的平均动能.87.斜压不稳定[知识点]：12.4[参考分]5[难易度]：C[答案]：发生在具有垂直切变基本纬向气流中的长波不稳定称为斜压不稳定,长波的斜压不稳定与垂直风切变和波长有关,最不稳定波长约为km 50004000 .扰动发展的能量主要来自来自有效位能的释放,斜压不稳定是中纬度天气尺度扰动发生发展的主要物理机制.四、问答题88．什么是尺度分析法？对大气运动方程组进行尺度分析有何意义？[知识点]：3.1[参考分]10[难易度]：C[答案]：尺度分析法是依据表征某类运动系统的运动状态和热力状态各物理量的特征值,估计大气运动方程中各项量级大小的一种方法.根据尺度分析的结果,结合物理上考虑,略去方程中量级较小的项,便可得到简化方程,并可分析运动系统的某些基本性质.89．何谓β平面近似？取β平面近似有何意义？[知识点]：3.3[参考分]10[难易度]：B[答案]：β平面近似的主要内容是：1.当f 处于系数地位不被微商时,取0~f f -； 2.当f 处于对y 求微商地位时,取常数==βdy df .采用β平面近似后,用局地直角坐标系讨论大尺度运动将是方便的.虽然由于球面效应引起的曲率项被忽略了,但球面效应引起的f 随纬度的变化对大尺度运动的作用却部分保留下来了. 90．何谓P 坐标系,P 坐标系的主要优缺点是什么？[知识点]：4.3[参考分]10[难易度]：D[答案]：用气压p 作为铅直坐标变量的坐标系称为p 坐标系,大气的静力平衡性质是建立p 坐标系的物理基础.p 坐标系的主要优点是：〔1〕p 坐标系中的大气运动方程组具有较简单的形式,例如气压梯度力项成为线性项,连续方程,成了一个诊断方程.〔2〕p 坐标系适合日常气象业务工作的需要,采用p 坐标系方程组进行诊断计算与分析十分方便.p 坐标系的主要缺点是不能正确地给出下边界条件,难以考虑地形对大气运动的作用和影响.此外,对于小尺度运动不满足静力平衡条件,自然不能用p 坐标系运动方程组来描述它们的运动规律.91．什么是正压大气？正压大气具有哪些基本性质?[知识点]：5.3[参考分]10[难易度]：C[答案]：密度的空间分布只依赖于气压的大气状态称作正压大气.正压大气中等压面、等密度、等温面重合在一起.在静力平衡条件下,正压大气中各等压面相互平行,因而某一等压面在空间的倾斜状态可以代表所有等压面的倾斜状态.正压大气中等压面坡度不随高度变化,因此地转风也不随高度变化.92．何谓地转偏差？它对大气运动的演变发展有何重要作用?[知识点]：5.4[参考分]10[难易度]：C[答案]：为了量度实际风偏离地转风的程度,我们将实际风与地转风的矢量差定义为地转偏差.地转偏差用'V 表示,则g V V V-≡'.地转偏差虽然很小,但对大气运动的演变却起着极为重要的作用.有地转偏差时,空气微团才可能作穿越等压线运动,从而引起质量重新分布,造成气压场和风场的变化,所以地转偏差是天气系统演变的一个动力因子；地转偏差对大气运动动能的制造和转换起着重要作用；地转偏差对水平散度和铅直运动也有重要意义.93．静力平衡条件下的能量形式和能量关系有何特点？[知识点]：7.3[参考分]10[难易度]：C[答案]：在静力平衡条件下,一个从海平面延伸至大气上界的铅直气柱中的内能和位能成成正比,其比率近似等于；静力平衡条件下,为了保持总能量守恒性质,动能必须重新定义为水平速度的；静力平衡条件下,动能与全位能之间的转换是通过冷暖空气的垂直运动来实现的.94．什么是大气行星边界层？大气行星边界层可分为几个层次？说明各层次的主要特点.[知识点]：8.1[参考分]10[难易度]B：[答案]：接近地球表面的厚度约为1－1.5km的一层大气称为大气行星边界层.边界层大气直接受到下垫面的热力作用和动力作用,具有强烈的湍流运动特征和不同于自由大气的运动规律.大气行星边界层自下而上分为贴地层、近地面层和埃克曼层.贴地层中平均风速为零.在近地面层中风速随高度呈对数分布,湍流对动量、热量、水汽的铅直输送通量几乎不随高度改变,所以又称为常值通量层.埃克曼层中风随高度呈埃克曼螺线分布,湍流粘性应力和科里奥利力、水平气压梯度力几乎同等重要,而且这三个力基本上相平衡.95．试从物理上说明埃克曼抽吸产生的原因和所起的作用.[知识点]：8.3[参考分]10[难易度]：[答案]：B由于湍流摩擦作用,埃克曼层中风有指向低压一侧的分量,在低压上空产生辐合上升运动,同理在高压上空产生辐散下沉运动,这种上升下沉运动在边界层顶达到最强,这种现象称为称为埃克曼抽吸.埃克曼抽吸效应与一般湍流扩散过程相比,是使地转涡旋衰减的更有效的机制.96．什么是地转适应过程？什么是准地转演变过程？简述这两种过程的基本特征.[知识点]：10.2[参考分]10[难易度]：D[答案]：地转平衡态遭到破坏后,通过风场和气压场之间的相互调整和相互适应,重新建立起新的地转平衡态的过程,称作地转适应过程.准地转平衡态的缓慢变化〔演变〕过程,称作准地转演变过程.地转适应过程是一种快过程,位势运动显著,运动基本上是线性的；准地转演变过程。

南信大高等动力气象期末考试
一、解释下列名词的物理意义：
1.地转运动；
2.常值通量层；
3.Ekman螺线；
4.有效位能；
5.纬向波数目；
6.净浮力；
7.频散波；
8.上游效应。

二、什么是地转平衡运动？什么是准地转运动？两者有何联系与区别？准地转运动的条件是什么？
三、画出赤道Kelvine波的流场和压力场的示意图，并讨论其传播的特征。

四、回答下列问题：
1、请说出Rossby数的物理意义，对于典型的大尺度大气运动，Rossby数为多大？在此条件下，运动的主要特征是什么？
2、请叙述大气旋转减弱的物理机制
3、请叙述大型涡旋在实际大气能量循环中的重要作用。

4、请说出Rossby波的主要特征及其形成的物理机制。

五、已知关系式：Cj-1WPdy=0；其中：C为相速度的虚部；l 为4a-c5波动振幅；yi；y。

分别为南北向的边界；其他符号同惯常
意义；
（1）证明Rossby波正压不稳定的必要条件是：（B-4|=0；（y2>y，>，），并说出其物理意义。

（2）如果波动正压不稳定，其能量来自于什么？
（3）如果基本气流是均匀的，波动是否稳定？为什么？。

一、名词解释范围（共计20分）（1）冷暖平流：由温度的个别变化与局地变化的关系：或 33dT T V T dt t ∂=+⋅∇∂ dT T T V T w dt t t∂∂=+⋅∇+∂∂ 移项后，有：T dT T V T w t dt t∂∂=-⋅∇-∂∂ 设，则有0,0dT w dt == （ s 方向即水平速度的方向。

空气微团做水平运动T T V T V t s∂∂=-⋅∇=-∂∂ 时，即使为微团本身的温度保持不变，也会引起温度场的局地变化。

） 当，即沿着水平速度方向温度是升高的，风由冷区吹向暖区，这时0T s∂>∂0T V s ∂-<∂（即），会引起局地温度降低，我们便说有冷平流。

0T t∂<∂ 当，即沿着水平速度方向温度是降低的，风由暖区吹向冷区，这时0T s ∂<∂0T V s ∂->∂（即），会引起局地温度升高，我们便说有暖平流。

0T t ∂>∂总之温度平流是通过水平气流引起温度的重新分布而使局地温度发生变化的。

（2）罗斯贝数：水平惯性力与水平科氏力之比，即：，表示大气运动的准地转程00U R f L=度，也可用来判别大气运动的类型（大、中、小尺度）和特性（线性或非线性）。

（3）梯度风：水平科氏力、离心力和水平气压梯度力三力达成的平衡。

此时的空气运动称为梯度风，即。

21V p fV R nρ∂+=-∂（4）地转风：对于中纬度天气尺度的扰动，水平科氏力与水平气压梯度力接近平衡。

这时的空气作水平直线运动，称为地转风，表达式为： 。

1g V p k f ρ=-∇⨯ （5）平面近似：中高纬地区，对大尺度运动，，则，其中β/1y a <0f f y β=+002cos 2sin ,f const const aϕϕβ=Ω===具体做法：不被微分时，令。

在平流项中被微分时，令f 0f f const ==f 。

f const yβ∂==∂实质：利用纬度处某点的切平面代替该点附近的地球球面（即取局地切平面近似），0ϕ只考虑地球球面性最主要的影响—科氏参数随纬度的变化。

动力气象学期末考试题基本概念复习题.docx一、名词解释范围（共计20分）（1）冷暖平流：由温度的个别变化与局地变化的关系:dT dT rr——=——+匕或dt St 33移项后，有： dt dtdt设齐0W0,则有 ^T = -y.vr = -v — dt ds时，即使为微团本身的温度保持不变，也会引起温度场的局地变化。

）GT c 丁当一>0,即沿着水平速度方向温度是升鬲的，风由冷区吹向暖区，这时-V —<0 & ds（即—<0）,会引起局地温度降低，我们便说有冷平流。

dt当竺<0,即沿着水平速度方向温度是降低的，风由暖区吹向冷区，这时-V —>0 ds ds （U|j —>0）,会引起局地温度升高，我们便说有暖平流。

dt总Z 温度平流是通过水平气流引起温度的重新分布而使局地温度发住变化的。

（2）罗斯贝数：水平惯性力与水平科氏力之比，即：R ｛）= —，表示大气运动的准地转程办厶度，也可用来判别人气运动的类型（人、屮、小尺度）和特性（线性或非线性）。

（3）梯度风：水平科氏力、离心力和水平气压梯度力三力达成的平衡。

此时的空气运动称为梯度风，即 --- F JV — ------- - o R p 8n（4）地转风：对于中纬度天气尺度的扰动，水平科氏力与水平气压梯度力接近平衡。

这时一 1 一的空气作水平肓线运动，称为地转风，表达式为：V =——Vpxk. fp（5）0平面近似：中高纬地区，对大尺度运动，y/a<="" bdsfid="130" p="">具体做法：/不被微分时，令f = f.= const, f 在平流项屮被微分时，令dt dt dt（s 方向即水平速度的方向。

空气微团做水平运动 f = 2Qsin (pQ = const, [i - 2 cos %a -const实质：利用％纬度处某点的切平而代替该点附近的地球球而（即取局地切平而近似）,只考虑地球球面性最主要的彩响一科氏参数/随纬度的变化。

一、 波动的基本概念：振幅：指物理量距平均状态最大的偏差。

位相：由位置和时间构成的确定波的状态的物理量。

θ=kx-t ω 初位相：是初始时刻的位相。

α 周期：是波前进一个波长所需的时间，或空间固定位置上完成一次全振动所需的时间。

T频率：是单位时间内波动前进距离中完整波的数目。

T1=ν圆频率：是单位时间内位相变化的值。

⎪⎭⎫ ⎝⎛=T πωω2 波数：在2π距离内含波长为L 的波的数目 k, l, m , k=Lx π2,l=y2L πm=z 2L π 波长：相邻两个位相相同点的距离。

L 相速：波动等位相面的传播速度。

=K2ω,cpx=k ω,cpy=lωcpz=m ω群速度：波能量的传播速度（波包的传播速度）g=i κω∂∂+j l ∂∂ω+k m ∂∂ω;=k ∂∂ω;C =l ∂∂ω;C =m ∂∂ω 谐波的复数表示：f(x,y,z,t)=F e)(wt mz ly kx i -++频散性：若波速c 与波速k(或波长L 与圆频率ω)无关，这种波称为非频散波，相反，若相速c 与波数k(或波长L 与圆频率ω)有关，则称为频散波。

滤波：通过略去方程组中，具有某波动产生或传播物理机制的项，来除去某波动，就称为滤波。

通常是采用示踪参数法来进行。

示踪系（参）数：是在求解方程组时，在方程的一些项中，人为设置一个参数，该参数取值只能为1或0，表明该项起不起作用。

该参数在求解过程中不断传递，直到最后的解中。

这样就可以很方便的了解该项对解的物理作用。

波动的稳定性：当解中的c 或ω为复数，波的振幅随时间增长，则这种波就是不稳定的，当解中的ω和c 为实数时，则振幅不随时间变化，这种波就是稳定的。

二、 微扰动方法，基本方程组的线性化1、任一物理量可分解为：f=f +/f ,扰动量相对于基本量是小量；2、基本状态满足原方程3、扰动量的二次乘积项是高阶小量，可忽略，线性化后的方程是分析波动的基础。

三、 动力分析中对波动问题处理的基本方法： 1、建立物理模型并简化方程组2、对方程组线性化（微扰动方法等）3、设形式解（振幅一般设为常量）4、得到一个有关振幅的线性代数方程组。

2014年真题：五、请说出物理过程参数化、模式初始化的大概内容。

(10分)初始化：(1)用原始方程模式作预报时，由于观测或分析资料的误差导致风场和气压场的不平衡，初始资料和数值模式之间的不平衡，直接采用未经任何处理的观测值或分析值作为模式的初始场，容易导致高频振荡，产生计算不稳定。

因此，需要对模式的初值进行处理，即称为模式的"初始化”(2)模式常用的初始化方法包括：静力初始化、动力初始化和变化初始化三种。

物理过程参数化：(1)为了提高预报的确率，往往要在数值天气预报模式中引入一些影响大气运动的重要物理过程，而这些过程基本上属于次网格过程，很难用显式的方法在模式中表示出来。

通常把上述次网格的物理过程，通过大尺度的物理量来描述它们的统计效应，并作为某些物理量的源或汇包含在大尺度运动方程组中，这种方总统称为“参数化”的方法。

(2)模式的物理过程参数化的主要内容包括：辐射传输、水汽凝结、边界层的处理(湍流对热量、动量和水汽的输送等)、地形作用等等。

六、离散化常用的两种方法，并分析其优缺点。

(10分)离散化方法：有限差分方法即格点法，和谱方法。

(详见P82顶上一段话)比较：谱模式的优点主要表现为以下几点：(1)对空间微商的计算精确，从而使得用谱方法估计的位相速度比一般差分法估计的要准确；(2)对于二次型的非线性项的计算，消除了非线性混淆现象，可避免由此引起的计算不稳定；(3)用谱方法展开求解球坐标下的控制方程组，不需要像有限差分法那样，对球面网格中的极点做特殊处理，因而特别适合于全球或半球模式。

尤其三角形截断的球谐函数展开式，可以得到在整个球面均匀的水平分辨率，这是网格点法难以完全做到的；(4)在谱模式中易于应用半隐式时间积分方案，其计算比网格点简单，可节省计算时间；(5)谱方法能自动并彻底地滤去短波，效果比一般差分法中用平滑算子要好；(6)由于在全球模式中通常选择球谐函数作为谱展开式的基函数，而球谐函数正好是球面上的Laplace算子的特征函数，所以在模式中计算V2p(p为正整数)型的水平扩散项非常方便。

一、各章节重点内容第一章：地球大气的基本特征？第二章：描述大气运动的基本方程组包括哪些？根据P23 （2.52）推导位温公式。

根据球坐标运动方程组P28 （2.78）,证明绝对角动量守恒P29 （2.82）式。

绝对坐标系、旋转坐标系、球坐标系和局地直角坐标系的区别，作图说明。

第三章：掌握尺度分析的方法，能对简单的方程进行尺度分析。

第四章：z坐标转化到p坐标所需要的数学物理条件，P坐标的优缺点？第五章：自由大气中根据力的平衡存在哪几种平衡？平衡的关系式是什么？正压大气与斜压大气的概念。

推导热成风方程（p94-p95）,并利用热成风判断冷暖平流。

第六章：自然坐标系中，推导涡度的表达式，并分析各项的意义Plllo根据z坐标系中的水平动量方程推导涡度方程，并简要解释各项的意义。

根据位涡守恒原理解释形成过山槽的原因。

第七章：有效位能的概念。

内能、重力位能、动能、潜热能的表达式。

第八章：大气中行星边界层的主要特征，公式推导及解释埃克曼抽吸？公式推导及解释旋转衰减作用？第九章：利用微扰动法和标准波型法分析大气波动特征，如重力外波、重力惯性外波？或者，根据布西内斯克近似方程组分析，重力内波或惯性内波？第十章：描述地转演变过程？地转适应过程和演变过程在哪些方面体现了区分？第十一章：通过无量纲化方程组，利用摄动法推导第一类正压大气零级和一级方程组（P255-P257）。

利用P260 （11.45）推导位势倾向方程并说明位势倾向方程中各项物理意义，或推导3方程及解释各项物理意义。

第十二章：几个概念：惯性不稳定、正压不稳定、斜压不稳定、对称不稳定第十四章：CISK,热带大气动力学的基本特征名词解释（20分左右）简述题（20分左右）简单计算（10分左右）简单推导（10分左右）复杂推导、证明、解释等题（40分左右）（1）冷暖平（2）罗斯贝（3）梯度风，（4）地转风， （5） 0平面近似， （6） （7）旋转减（8 ）惯性不（9）斜压不稳(10) CISK, （11）正压不稳(13) 尺（14）基别尔（15）里查森（16）热成（17）地转偏(18) 速度环（19）涡（20）有效位（21）摄动法，（22）惯性(23) 中尺度对称不稳定，条件不稳定，（25）气压梯度(26)重力, （27）平衡流(28) Q 矢量，（29）位势倾（30）质量守恒数学三、 理解物理过程要求1. 地转偏差及其作2. 有效位能及其性3. 尺度，尺度分析法，尺度分析法的不确4. 5. p 坐标建立的条件是什么？ p 坐标的优缺点6. 简述大气长波的形成机7. 什么是微扰动8. 斜压不稳定波的结构有哪些9. 简述科里奥利力随纬度的变10. 11. 薄层近12. 局地直角坐标系？与一般直角坐标系的13. 热力学变量尺度及其特14. 什么是。