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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<l.则/ =九+0『，其中具体做法：/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。
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)。
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。
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。
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。
总复习一，方程组1， 物理定律：控制大气运动的动力、热力过程是什么？运动学方程：牛顿第二定律；连续性方程：质量守恒；热力学方程、状态方程、能量方程：2， 各项意义：影响大气运动的因子加热不均匀→T 分布不均匀→P 不均匀→趋动大气运动。
3， z －坐标系。
二，尺度分析：1， 方法2， 特征量：s m s f f s m H m L s m U /10~W ,10~~~,10~,10~,10~,/10~-214546--τ 3，无量纲数：Ro 数：定义、应用。
4，大尺度大气运动的特点：什么是地转、准地转？5，正压大气、斜压大气、热成风：1） 定义2） 上下配置不同，热成风不等于03） 天气学意义作业：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？请利用Rossby 数，分别判断中高纬度大尺度大气运动、中小尺度和热带大尺度大气运动为何种性质的运动？2、正压大气和斜压大气概念3、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。
三，涡度方程： 1，涡度是什么？kζζ= 涡度方程：各项意义（引起涡度、天气系统变化的因子）这些因子是什么，产生机制是什么，对天气系统的影响，何时重要、何时次要。
★了解天气系统的发生发展机制。
2，位涡方程；什么是位涡⇒由热力学和动力学过程组合而成的量；位涡守恒——绝热无摩擦。
应用：过山（大尺度）气流：没有热力过程，没有体现位涡特点。
0)(=+hf dt d ζ引起⎩⎨⎧⇒－效应～散度项大气厚度βζh3，什么是β－平面近似？作业：1、正压大气中涡度方程0)(0=⇒=⋅∇+a a a dtd V dt d σζζζ 物理意义是什么？解释说明系统有辐合、辐散运动和整体做南北运动时涡度的变化。
2、请说明一个气旋系统作辐合运动和向南运动时，其强度将会加强。
3、β－平面近似、β效应四，能量学1， 能量形态2， 无限高气柱的位能－内能的关系。
一、 名词解释1.地转平衡: 地转平衡是指非粘性流体运动场在气压梯度力恰好与科里奥利力平衡时的状态。
2.地转偏差:g v v v-='、实际风与地转风的矢量差定义为地转偏差3. f －平面近似：在中纬度读取，若运动的经向水平尺度远小于地球半径时（L/a 1<<）,可以取f ≈0f 把f 作为常数处理，这种近似称为f －平面近似4.β－平面近似:取0f 近似相当于完全没有考虑地球球面性所引起的f 随纬度的变化。
高一级近似是所谓的β平面近似(1)当f 处于系数地位不被微商时，取f ≈0f (2)当f 处于对y 求微商地位时，取β=dydf =常数 5.全位能:静力平衡大气的内能和位能之和。
6.有效位能：大气处于某一状态时，可用于转换为动能的能量只是全位能的一小部分，这部分能量称为有效位能，余下的称为非有效位能。
7.Ekman 抽吸：因为二级环流是由行星边界层摩擦所驱动的，所以产生此二级环流的机制称为埃克曼抽吸8.二级环流：在准地转涡旋流场中，由于湍流摩擦效应将会在埃克曼层中造成强迫的铅直环流，它叠加在准地转水平环流之上，称之为二级环流。
9.相速度： k c /ω=表示等位相面沿x 方向移动的速度10.群速度：k c g ∂∂=/ω 群速指波群传播的速度11.波的频散：无论g c < c 还是g c >c 波群的宽度最终总是加宽的，这表明扰动量将逐渐被分散，扰动能量相对于合成波列的传输现象为波的频散12.正压大气：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。
13.斜压大气: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。
二、简述题1、利用公式和示意图说明散度对涡度变化的影响；117页 ))(()(x u y f p x p u y t ∂∂+∂∂+-∂∂∂∂-∂∂∂∂=∂∂υςυωως散度项：))((x u y f ∂∂+∂∂+-υς 中高纬天气尺度运动中涡度~10因此，当有水平辐散时，绝对涡度要减小，有水平辐合时，绝对涡度要增加，，水平辐合辐散引起的绝对涡度变化，是由于涡管强度守恒所要求的，水平辐合辐散引起涡度变化的机制，对于天气尺度扰动的发展是头等重要的。
动力气象学习题集一、名词解释1.地转平衡：2.f平面近似：3.地转偏差：4.尺度分析法：5.梯度风：6.地转风：7.正压大气：8.斜压大气：9.大气行星边界层：10.旋转减弱：11.埃克曼抽吸：12.波包迹：13.环流：14.环流定理：15.埃克曼螺线：16.梯度风高度：17.非频散波：18.微扰法（小扰动法）：19.声波：20.重力外波：21.Boussinesq近似：22.正压不稳定：23.斜压不稳定：二、判断题1.中纬度地转运动准水平的原因之一是重力场的作用使大气质量向靠近地球固定边界一薄层中堆积，从而制约了铅直气压梯度，限制了大气运动的铅直尺度。
2.等压面图上，闭合高值等高线区域，等压面是下凹的，在闭合低值等高线区域，等压面是上凸的。
3.小尺度运动不满足静力平衡条件，但仍然可以用p坐标系运动方程组描述他们的运动规律。
4.压高公式说明，气层厚度正比于平均温度，气压随高度按指数单调递减，且平均温度愈低，气压随高度递减愈慢，反之亦然。
5.如果运动是绝热、无摩擦和定常运动，且周围无水汽交换，那么单位质量湿空气的显热能、位能、动能、潜热能之和守恒。
6.有效位能是动能唯一的“源”，但不是唯一的“汇”。
7.风随高度分布的对数定律是指在不稳定条件下，近地面层的风速分布特征。
8.不规则湍涡运动会引起动量和其它物理量的输送，它的最小单位是分子。
9.动力气象学是流体力学的一个分支。
10.物理量的空间分布称为物理量场。
11.气压梯度力反比于气压梯度。
12.速度散度代表物质体积元的体积在运动中的相对膨胀率。
13.笛卡尔坐标系中的三个基本方向在空间中是固定的，球坐标系中的三个基本方向随空间点是变化的。
14.大气运动被分成大、中、小尺度是按照时间尺度划分的。
15.当f处于系数地位不被微商时，取f=f0；当f处于对y求微商地位时，取d f/d y=常数，此种处理方法称为β平面近似。
16.连续方程一级简化后，说明整层大气是水平无辐散的。
惯性不稳定：在基本流场为西风且有水平切变的情况下，气块因南北位移离开原来位置后，若继续远离原来位置的趋势，则称其为惯性不稳定。
正压不稳定：在具有水平切变气流中产生的长波不稳定称为正压不稳定。
斜压不稳定：在具有铅直切变基流中产生的长波不稳定称为斜压不稳定。
K-H不稳定：密度不连续分界面上存在速度的垂直切变时，扰动形成的重力波随时间增强。
地转偏差：实际风与地转风的矢量差。
地转平稳(风)：在地转运动中，水平气压梯度力与科氏力相平衡。
这时的空气作水平直线运动，称为地转风。
梯度风：科氏力、惯性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。
地转适应过程：也称地转调整过程，当大气局部出现较强的地转偏差时，在气压梯度和柯氏力的作用下，通过气压场和风场相互调整适应，引起整层大气辐合、辐散的交替变化，使得该区域的地转偏差迅速减小，则原来地转平衡得以恢复或新的地转平衡得以重建的大气动力过程。
罗斯贝变形半径：风场与气压相互调整保持地转平衡的一个临界水平尺度。
罗斯贝数：水平惯性力与水平科氏力的尺度之比。
罗斯贝参数：表示地球表面性引起的科里奥利参数随纬度变化的参数。
基别尔数：局地惯性力与水平科氏力之比或惯性特征时间尺度与运动时间尺度之比。
热带波动：又称低玮波、赤道波，是赤道地区大气波动的总称，它包括向西传播的东风波、罗斯贝-重力混合波和向东传播的赤道开尔文波、惯性-重力波，以上波动的显著特点是远离赤道时振幅迅速衰减。
开尔文波：开尔文波是一种被限制在赤道附近，并且东向传播的行星波，它的驱动源来自于对流层大气的潜热释放。
Cisk:第二类条件不稳定（CISK ）是指天气尺度的低压扰动和小尺度积云对流间的相互促进，通过这种正反馈作用，使得天气尺度的低压扰动不稳定发展，同时积云对流也得到加强。
摩擦速度:摩擦速度是湍流切应力与空气密度比值的平方根，具有速度量纲，常用U*表示。
推导题：一、Ekman 抽吸公式 ①利用不可压连续方程：ðu ðx+ðv ðy+ðw ðz=0⟹ðw ðz=−(ðu ðx+ðv ðy )，ðw ðzr 0dz =− (ðuðx+ðv ðy) r 0dz ，w| T −w|z =0=− (ðuðx+ðv ðy) r 0dz ②地表平坦时，w|z =0=0；又由于地转风散度为零，且V g ≡0,ðu g ðx+ðv g ðy=0，v g =0，∴ðu g ðx=0，故ðu ðx =ððxu g 1−e −zEcosz E=0，w| T =− ðw ðz r 0dz =−ððy (u g e −zEsinz E) rdz .③由于地转风u g 与z 无关（因为已假定气压梯度力不随高度改变）W T =− ðv ðyrdz =−ðu gðy (e −zE sinz E) r 0dz =−ðu g ðy [ E 2e−zE(cosz E−sinz E)]|0 T (且h T =π E )= −ðu g ðy(e −π+1)E 2. e−π≈0.043≪1，W T =−ðu g ðyE 2=E2ζg =ζg kZ 2f.二、旋转减弱公式正压大气，(1)f 为常数,(2)大气不可压,(3) ζ+f =f ，正压涡度方程为：d dtζg =−fðu ðx+ðv ðy=fðw ðz，从边界层顶到对流层顶积分上式，ddt ζgH r dz = f Hrdw ，由于ζg 不随高度改变，上式积分可得dζg dtH − r =f W H −W T =−fW T ,dζg dt=−fW TH− r≈−fW T H=−E2H ζg.即ζg t =ζg (0)e− E t 。
动力气象学题库1-2-
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问题：
[问答题,简答题]根据尺度分析的结果，说明中纬度大尺度运动有哪些基本特征？
问题：
[问答题,简答题]如何将运动方程组进行无量纲化？
问题：
[问答题,简答题]什么是中纬度β平面近似？取β平面近似的条件是什么？取β平面近似有什么好处？出处：古诗词 ;
问题：
[问答题,简答题]估计在大尺度运动系统中fv和f w在哪个纬度带有相同的量级（可取二者之比在0.5～5之间作为同一量级的表征）。
问题：
[问答题,简答题]g，f0，H可视为表征大气运动的环境参数，由此可以确定三个特征尺度：
这三个特征尺度与运动无关，完全由环境参数决定，试计算30°N，45°N，60°N，90°N处的L0,并计算c0。
问题：
[问答题,简答题]对于中纬度大尺度运动，证明
问题：
[问答题,简答题]估计对于典型的龙卷风运动，水平运动方程和铅直运动方程中各项的量级，取L=102mD=103mU=102msW=10msτ=10s∆P=104Pa说明此种情况下静力平衡能否成立。
问题：
[问答题,简答题]将铅直运动方程无量纲化，试由此方程分析取静力平衡近似的条件为。
动力气象学复习题地球大气的动力学和热力学特征大气是重力场中的旋转流体、大气是层结流体、大气中含有水分、大气的下边界是不均匀的描写大气运动的方程组个别变化与局地变化个别空气微团的温度在运动中随时间的变化率，称为温度的个别变化。
大气运动空间中固定点上温度随时间的变化率，称为温度的局地变化。
绝对坐标系与相对坐标系作用于大气上的各种作用力及其特性真实力气压梯度力：方向与气压梯度相同，垂直于等压面；大小与气压梯度的大小成正比，与密度成反比。
地球引力：方向为高值等重力位势面指向低值等重力位势面的方向，大小由等重力位势面的疏密程度来决定。
摩擦力视示力科里奥利力：在北半球，科里奥利力指向速度的右方，南半球指向左方。
对空气微团不做功。
惯性离心力：运动方程、连续方程、状态方程、热力学方程、水汽方程质量守恒定律的数学表达式称为连续方程。
连续方程：干空气的状态方程：pRT，其中R为干空气比气体常数引入虚温Tv，湿空气状态方程为：pRTv热力学方程：水汽方程：初始条件及边界条件下边界条件：z=0时，00上边界条件：尺度分析和基本方程组的简化尺度的概念各物理场变量“具有代表意义的量值”称之为物理场变量的特征值，某一物理场变量的“尺度”正是指它的特征值。
大气运动的尺度分类大尺度、中尺度、小尺度尺度分析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。
中高纬度中尺度及大尺度大气运动各自的特性中纬度大尺度运动是准水平、准地转平衡、准静力平衡、准水平无辐散、缓慢变化的涡旋运动。
重要的特征参数R0数、Ri数等定义：N2D2Ri，是一个与大气层结稳定度和风的铅直切变有关的动力学参数。
U2平面近似P坐标，铅值坐标变换静力平衡对于静止大气，重力和铅直气压梯度力相平衡，即dpg。
实际大气也满足静力平dz衡条件，静止大气的气压场结构是实际大气极好的近似。
P坐标将z坐标系的铅直坐标变量z被物理场变量p替换，称由某、y、p 作为独立坐标变量的坐标系称为p坐标系。
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：33dT T V T dt t ∂=+⋅∇∂ 或 dT T T V T w dt t t∂∂=+⋅∇+∂∂ 移项后，有：T dT T V T w t dt t∂∂=-⋅∇-∂∂ 设0,0dT w dt==，则有 T T V T V t s∂∂=-⋅∇=-∂∂ （ s 方向即水平速度的方向。
空气微团做水平运动时，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0T s∂>∂，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 V s ∂-<∂（即0T t∂<∂），会引起局地温度降低，我们便说有冷平流。
当0T s∂<∂，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 V s∂->∂（即0T t ∂>∂），会引起局地温度升高，我们便说有暖平流。
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：00U R f L=，表示大气运动的准地转程度，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）β平面近似：中高纬地区，对大尺度运动，/1y a <，则0f f y β=+，其中002cos 2sin ,f const const aϕϕβ=Ω=== 具体做法：f 不被微分时，令0f f const ==。
f 在平流项中被微分时，令f const yβ∂==∂。
实质：利用0ϕ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），只考虑地球球面性最主要的影响—科氏参数f 随纬度的变化。
（6）Ekman 抽吸：湍流摩擦作用一方面通过二级环流直接输送到自由大气，另一方面通过二级环流使自由大气与边界层进行质量和动量等物理量的垂直交换。
则自由大气中质量大的空气通过被吸入边界层，而边界层中动量小的空气被抽入自由大气。
这种由湍流摩擦诱导二级环流生成的垂直交换过程称为埃克曼抽吸，其实质上是穿越边界层顶的二级环流的垂直分支。
埃克曼抽吸强度（速度）与自由大气的地转风涡度成正比。
（7）旋转减弱：又称旋转衰减或指数衰减。
埃克曼抽吸使边界层与自由大气间产生质量和动量的交换，自由大气中动量大的空气被吸入边界层，边界层中动量小的空气被抽入自由大气，从而使自由大气的运动减弱，相应的准地转涡旋环流（一级环流）的涡度也会随时间呈指数式减小，称为旋转减弱。
（8）惯性不稳定：惯性不稳定：南北移动的空气质点离开平衡位置而穿越正压、地转平衡的基本纬向气流，若基本气流对空气质点的位移起加速作用，则称惯性不稳定。
惯性不稳定运动中，扰动发展的能源主要来自基本气流的动能。
惯性不稳定的判据为：0a u f yζ∂=-<∂ （9）斜压不稳定：由基本气流的垂直切变所引起的罗斯贝波（大气长波）不稳定，即由于基本场的南北向温度梯度所造成的长波不稳定。
由斜压不稳定产生的斜压长波发展的能源主要来自基本气流的有效位能，也可部分来自基本气流的动能。
斜压不稳定是中纬度天气尺度波动发展的主要机制，温带气旋的生成、斜压罗斯贝波的发展即为斜压不稳定的典型现象。
斜压罗斯贝波不稳定的充分和必要条件是：22T C u u >和222k λ<（或C L L >）,其中C L 是临界波长，C u 为临界垂直切变， 22()af C λ= 斜压不稳定罗斯贝波的水平结构为平均温度槽落后于平均气压（流场）槽，垂直结构为：高层流场的振幅大于低层流场，且高层流场位相落后与低层流场，槽脊线随高度的增加向西倾斜。
在这种水平、垂直结构下，槽前的暖空气一边向北流且同时上升；而槽后的冷空气一边向南流且同时下沉，则平均有效位能转换为扰动有效位能再转换为扰动动能，使扰动得以发展。
（10）CISK ：条件不稳定大气中积云对流和天气尺度扰动二者之间看成是相互协调的。
天气尺度扰动造成的湿空气的强烈辐合使积云得到发展，而有组织积云对流释放潜热为天气尺度扰动发展提供能量。
当积云尺度和天气尺度扰动之间的这种相互作用，导致天气尺度扰动不稳定增长时，这一国工程称为第二类条件不稳定，常用缩写词CISK 表示。
由积云对流和天气尺度扰动两者相互作用所产生的不稳定性，被称作第二类条件不稳定（Conditional Instability of Second Kind ， 缩写为CISK ），之所以如此称呼，是因为它与能产生小尺度积云对流的条件不稳定有着较为明显的区别。
在热带条件不稳定的大气中，当地层具有天气尺度的扰动时，不稳定能量就会释放，转变为台风发展 的动能。
在具体过程方面，许多的理论研究都证明，首先是条件不稳定性最适合产生积云对流，而平常的条件不稳定性就不能解释天气尺度有规律的运动。
观测又表 明，平均热带天气甚至在行星边界层中也并不饱和。
因此气块在获得正浮力之前，必须先受到相当强的强迫抬升。
这样的强迫抬升只有在低空幅合区才有。
因此必须 把积云对流和大尺度运动看作是相互作用的。
积云对流提供驱动大尺度扰动所需的热能，二大尺度扰动又产生发生积云对流所需的湿空气幅合。
积云对流释放凝结潜 热使对流层中、上层不断增暖，并使得高层气压升高，产生幅散。
高层幅散又促使低层扰动中心的气压降低，产生幅合。
这种大尺度的低层幅合，又提供了积云对流 发展的水汽。
如此循环从而导致扰动不断发展形成台风。
这就是CISK 作用的机制。
CISK 机制是根据尺度相互作用得到的第二类条件不稳定目前认为是描述台风发展的一种重要机制。
这是通过边界层辐合或水汽向上输送的作用使得扰动增幅的理论：水汽凝结使得潜热释放，高空增暖和质量流出，地面气压下降，地面辐合增强，如此循环，很好解释了台风维持和发展的机制。
（11）上游效应：（长波的频散效应）：当00,0g g c c c c >><>或但时，上游扰动的能量先于扰源到达下游，使下游产生新扰动或加强原有的扰动，即上游系统对下游系统产生影响，称为上游效应。
（12）尺度：表征某类大气运动系统各变量的特征值。
（13）基别尔数：局地惯性力与水平科氏力之比或惯性特征时间尺度与运动时间尺度之比，即101f τεττ==（101f τ=为惯性运动周期），可用来判别大气运动的定常性和快慢性。
（14）里查森数：空气运动因克服重力场作功消耗的脉动动能与雷诺应力转变来的脉动 动能之比，即：2222()()()()d i h h h g g N z T T R V V V z z zθγγ∂-∂===∂∂∂∂∂∂。
i R 可用来判断湍流或对流运动是否发展，即i ic R R <,对流发展；i ic R R >,对流抑制,其中ic R 为临界值。
也可用来判断大气（特别是近地层大气）层结稳定度，即0i R >层结稳定；0i R =层结中性；0i R <层结不稳定。
（15）热成风：铅直方向上两等压面上地转风的矢量差。
（16）地转偏差：实际风与地转风的矢量差。
（17）速度环流：流场中某一有向闭合物质曲线上的速度切向分量分量沿该闭合物质曲线的线积分，简称环流。
以C 代表环流，则，33cos C V ds V ds α≡⋅=⎰⎰，其中d s 是和环线L 方向一致的有向弧元，α是3V 与d s 之间的夹角。
（18）涡度：速度场的旋度。
以ω表示。
33V ω=∇⨯（29）有效位能：简称APE ，闭合系统中全位能与温度场按绝热过程重新调整到稳定层结后 所具有的最小全位能的差，是全位能中能够转化为动能的最大可能值。
也可理解为稳定层 结中空气垂直向上位移克服净的阿基米德浮力所作的功。
（20）摄动法：摄动法：又称小参数展开法或WKB(J)方法。
选择一个能反映物理特征的无量纲小参数作为摄动量，并设方程非线性解可按此小参数展成幂级数，代入方程确定出级数的系数从而得到原方程渐近解的一种方法。
也有人认为WKBJ 方法是应用多尺度方法求解非线性波动的一种作法。
（21）惯性稳定：（22）中尺度对称不稳定：是指在具有风速切变的基本气流中，即使在铅直方向和水平方向分别是对流稳定和惯性稳定的，但是当空气作倾斜上升运动时，在浮力和旋转地共同作用下，仍然可能出现的一种不稳定现象——对称不稳定。
因其具有中尺度特征，以及它在导致中尺度扰动不稳定增长中的重要作用，所以又称为中尺度对流不稳定。
（23）条件不稳定：也称第一类条件不稳定。
指若m d γγγ<<，则这种空气对未饱和湿空气层结是稳定的，对饱和湿空气是不稳定的。
条件不稳定的判据：S S +->,称真潜在不稳定；S S +-<,称假潜在不稳定；0S +=，称为条件稳定。
其中S 代表不稳定能量面积。
（24）梯度力 ：由于气压分布不均匀而作用于单位质量空气上的力, 其方向由高压指向低压。
（25）重力：地球引力与惯性离心力的矢量和（合力）。
二、简述题范围（共计30分）1．地转偏差及其作用？2．有效位能及其性质？3．尺度，尺度分析法，尺度分析法的不确定性？4．为什么说等压面图上等高线愈密集的地区水平气压梯度力愈大？5．p坐标建立的条件是什么？p坐标的优缺点是什么？6．简述大气长波的形成机制？7．什么是微扰动法？8．什么是WKB方法？9．简述科里奥利力随纬度的变化？10．大气中考虑哪几种能量？简述净力平衡大气中全球能量平衡过程？11．薄层近似？12．局地直角坐标系？与一般直角坐标系的区别？13．热力学变量尺度及其特征？14．什么是σ坐标系？15．简述静力平衡大气中全球能量平衡？16．标准波形法？17．重力惯性外波生成的物理机制是什么？为什么说当地转平衡遭到破坏后，就会激发出重力惯性外波？而在地转平衡条件下，不存在或者说滤去了重力惯性外波？18．什么是Boussinesq近似？什么是滞（非）弹性近似？采用Boussinesq近似或滞弹性近似为什么可以滤去声波？从物理上说明静力平衡近似可以滤去沿垂直方向传播的声波，但不能滤去沿水平方向传播的Lamb波。
19．为什么说斜压准地转运动不可能是纯水平环流，即在准地转水平环流之上必迭置有二级环流？这一二级环流有何重要性？它与Ekman抽吸作用造成的二级环流在性质上、作用上有何差别？20．用Q矢量表示的准地转ω方程有何优点？试讨论铅直运动与Q矢量的关系，为什么说Q矢量的方向总是指向上升区？。
