天气学原理问答题汇编4
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㈢气压与风（略）㈣变压一般可用如图2.11所示的特征来分析锋线的位置。
但是，因为大气压力还有日变化规律，上午8-9时为高峰值，下午14-15时为低谷值，其日变化的数值也不小，所以，实际地面图上的三小时变压场，在08时多为正变压，在14时多为负变压，在分析锋面时要注意气压日变化的影响。
此外，变压场还受气压系统加强与减弱的影响。
所以需要综合分析变压场的因素，来确定是否存在锋面。
㈤云与降水（略）一、应用卫星云图照片分析锋面问题：卫星云图照片中锋面云系有什么特征？一般情况下，锋面上有带状云系出现，云带长度可达数千公里。
其宽度可达8个纬距，窄的只有2-3个纬距。
图2.23是洋面上锋面云带模型。
但是，在卫星云图上也可出现非锋面云带，所以需要综合分析各种要素是确定锋面位置的基本思路。
三、应用其他资料来分析锋面问题：如果某地上空存在锋区，则在该地的探空温度曲线上有什么特征？㈠探空资料的应用如果某地上空存在锋区，则在该地的探空温度曲线上应有锋面逆温（或等温，或递减率很小）存在。
比湿曲线也有类似于温度曲线那样特征。
如图2.26（a）所示。
因为一般讲暖气团比冷气团要潮湿，特别当锋上有云时。
图2.26（b）是把冷锋过境前后温度上升曲线描在同一张图上，可见冷锋过境后，锋区下面有明显降温。
㈡高空测风资料的应用问题：如果某地上空存在锋区，则在该地的高空测风记录上有什么特征？由于锋区内温度梯度大，即热成风大，所以通过锋区实际风应有较大的变化。
若是冷锋，风向随高度逆时针转；若是暖锋，风向随高度顺时针转。
图2.27(a)是一个测站上空有冷锋的测风记录例子。
冷锋位于2.0～2.5公里高度。
高度2公里以下是偏北风，2.5公里以上是西南风。
图2.27(b)是一个测站上空有暖锋的测风记录例子。
暖锋位于1.5～2.0公里高度。
高度1.5公里以下是东南风，2.0公里以上是西南风。
图2.27(c)是一个测站上空有静止锋的测风记录例子。
锋区位于1.5～2.0公里高度。
高度1.5公里以下是东北风，2.0公里以上是西南风,风向转变180°,锋区高度上垂直于最大热成风分量很小。
图2.27(d)锋前低层是西南风，冷锋过后转成西北风，锋区位于西北风和西南风的层次内，随着时间向上抬升。
㈢天气实况资料的应用问题：单站天气实况观测资料中，锋面过境有何特征？如图2.28将测站的天气实况填出来，可见当锋面过境时风向有明显变化。
三小时变压值也有明显不同。
§2.5锋生与锋消一、锋生、锋消的概念问题：锋生、锋消包含有那两种理解？锋生、锋消包含有两种理解。
一种从锋的基本定义出发，如锋生指密度不连续性形成过程；或且，指已存在的锋面，其温度水平梯度加大的过程。
如锋消，则是指与锋生的相反的过程。
另一种是分析地面图上锋线两侧的气象要素场特征表现的清楚程度的变化。
当这些特征表现得比前一时刻更明显，就称为锋生，反之则称为锋消。
多数情况下，这两种的理解是一致的。
二、锋生、锋消的运动学特点锋生和锋消是三维空间现象，但我们可以从二维水平运动和垂直运动以及非绝热加热作用三方面来讨论它。
问题：锋生和锋消中水平运动的作用如何？㈠水平运动作用在存在水平温度梯度条件下，风场在温度梯度方向有辐合时使温度梯度加大，最强的辐合带上有锋生作用，如图2.29或如图2.30(a) 所示。
而如果锋区出现在风场的辐散带中，使温度梯度减小则有锋消作用，如图2.30(b) 所示。
㈡垂直运动作用问题：锋生和锋消中垂直运动的作用如何？在大气层结稳定条件下，暖空气下沉增温（上升冷却），冷空气上升降温（下沉增温），有锋生（消）作用。
㈢非绝热加热作用问题：锋生和锋消中非绝热加热的作用如何？当冷空气南下到较暖的下垫面时，受下垫面加热作用，使冷暖空气之间温差减小，从而有锋消作用。
同理，当暖空气北上到较冷的下垫面时，受下垫面冷却作用，使冷暖空气之间温差减小，从而也有锋消作用。
暖湿空气被抬升凝结释放大量潜热使暖空气增温时，有锋生作用。
三、锋生、锋消的动力学特点（略）四、我国锋生和锋消概况问题：简述我国锋生和锋消的概况？㈠锋生概况我国有些地区的地形有利于锋生，如天山山脉，华南的南岭山脉都是常见的静止锋锋生区。
⒈有利冷锋锋生的高空温压场特征如图2.36所示。
高空槽后有较强的冷平流，使温度梯度加大。
⒉有利暖锋锋生的高空温压场特征如图2.37所示。
在700百帕或850百帕上有暖式切变，切变线南部有较强的暖平流，使温度梯度加大。
㈡锋消概况当冷空气从西北高原地区向东南平原地区移动时，地形助长了冷空气下沉增温，常有明显锋消现象。
当高低空形势出现不利于锋面存在时，就会产生锋消。
如和锋面配合的高空槽减弱或前倾，使锋面处在槽后的下沉气流中，或地面风场出现辐散时，锋将减弱或消失。
第二章气旋与反气旋§3.1 气旋、反气旋的特征和分类问题：在北半球中高纬度气旋和反气旋内空气旋转特征是什么？气压场特征是什么？气旋和反气旋是从风场角度来讨论天气系统，在北半球气旋（反气旋）内空气作逆（顺）时针旋转，在南半球其旋转方向则相反。
在中高纬度由于有地转风关系，气旋内气压场是低压；反气旋内气压场是高压。
问题：气旋和反气旋的水平尺度和强度一般情况如何？一、气旋和反气旋的水平尺度以最外围一条闭合等压线的直径来表示，它的平均直径约为1000公里，大的可达3000公里。
二、气旋和反气旋的强度其强度一般用其中心气压值来表示，地面气旋中心气压值一般在970～1010百帕之间，强台风中心气压值还要低得多。
地面反气旋中心气压值一般在1020～1030百帕之间，冬季东亚大陆的反气旋中心气压值可达1040百帕以上。
二、气旋和反气旋的种类问题：气旋和反气旋有那几些种类？㈠气旋按其活动区域，可分为温带气旋和热带气旋两大类；按其热力结构，可分为锋面气旋和无锋面气旋两大类。
㈡反气旋按其活动区域，可分为极地反气旋，温带反气旋和副热带反气旋三大类；按其热力结构，可分为冷性反气旋（如地面图上的冷高压）和暖性反气旋（如副热带高压）两大类。
§3.2 涡度与涡度方程一、涡度问题：涡度表示了什么物理量？从天气图分析中，可以看出大气的水平运动基本上是作涡旋（气旋与反气旋）运动。
而理论上表达涡旋运动的物理量是涡度，涡度是表示流体旋转程度和旋转方向的物理量，它是一个向量。
其数学表达式为：V（3.1） 式中V 是三维全速度。
问题：请解释绝对涡度与相对涡度的概念？㈠绝对涡度与相对涡度绝对涡度可以理解为在绝对坐标系里观测到的流体涡度，而相对涡度是指在跟随地球一起旋转的相对坐标里观测到的流体涡度。
它们之间的关系示是：e a （3.2）示中a 是绝对涡度； 是相对涡度； 2e 称为行星涡度（或称为地转涡度、地球涡度、牵连涡度等），是地球旋转所产生的涡度，它数值等于地球旋转角速度 的2倍，方向指向地球旋转轴的北极方向，见图3.4。
问题：气象上通常所讨论的涡度是什么特征？由于大气基本上是水平运动，所以气象上通常讨论水平面上的旋转运动，即讨论指向垂直方向的相对涡度分量,它的数学表达式为：yu x v z （3.3） 可以证明它数值等于物体旋转角速度的2倍。
垂直方向的行星涡度分量为sin 2f ，垂直方向的绝对涡度分量为：sin 2f a （3.10）式中已略去下标z 。
它与天气图上气旋与反气旋有一定的对应性，通常正涡度对应于气旋或低压槽，负涡度对应于反气旋或高压脊。
所以，气象理论上多用涡度方程来研究天气形势的演变规律。
问题：如何在天气图上决定涡度值？㈡如何在天气图上决定涡度值？⑴用气压场计算用”P ”坐标及地转风公式代入（3.3）式得：2222g y H x H f 8.9 （3.6） 可用高空图上的高度H 值，通过（3.6）式来计算涡度值（具体计算方法略）。
问题：请写出曲率涡度和切变涡度的表达式，及其定性判断涡度值的方法。
⑵用分解的曲率涡度和切变涡度定性判断涡度值在自然坐标中涡度的表达式为：nV R V s 或 nV VK s （3.8） 式中s R 和s K 为流线的曲率和曲率半径，等式右边第一项称为曲率涡度，根据曲率的定义及地转风近似关系，在波状的等高线中：低压槽中是正涡度区，最大值在槽线上；高压脊中是负涡度区，极值在脊线上。
如图3.8所示，等式右边第二项称为切变涡度，通常在急流两侧风速的切变比较明显。
如西风急流的北侧通常有较大的正切变涡度，西风急流的南侧通常有较大的负切变涡度。
二、涡度方程㈠方程的推导与简化问题：请用（3.13）式，说明散度与涡度的关系？对水平运动方程作涡度运算可得涡度方程，再简化后得：y v x u f dt f d （3.13） 此式表示大尺度运动中，大气的绝对涡度变化主要由水平的散度引起，水平辐合运动，即0y v x u ，使绝对（相对）涡度加大；水平辐散运动，即0y v x u，使绝对（相对）涡度减小。
而如果大气是水平无辐散的，则有： 0dtf d （3.14） 此式表示在水平无辐散大气中，绝对涡度是守恒的。
§3.3 位势倾向方程与ω方程一、位势倾向方程问题：何谓位势倾向方程？它表达了什么物理含义？以连续方程代入（3.13）式得：pf f V t 再用地转风（1.85）式代替风场以及热力学能量方程，可得：dt dQ p p c R f p V p f f V f t p f p2g 2g g 2222 （3.19） （3.19）式称为位势倾向方程，它表达了等压面位势高度φ的局地变化与绝对涡度平流、温度平流以及非绝热加热等因子有关。
问题：请用（3.19*）式，说明涡度平流与气压变化的关系？（3.19）式等号左边是等压面位势高度φ的局地变化项，从理论分析或实际计算都证明有如下近似关系：t t p f 2222因此（3.19）式可改写为：dtdQ p p c R f p V p f f V f t p 2g 2g g （3.19*） 上式右边第一项为绝对涡度平流作用项。
对于常见的短波（小于3000公里）槽脊系统而言，主要决定于相对涡度平流，即g g V f 项，见图3.8，这一项在槽前脊后为正值，由上式可知：它产生降压作用；在槽后脊前为负值，它产生升压作用；而在槽（脊）线上，涡度平流为零，对气压变化不起作用，由此可见：相对涡度平流只对槽脊系统产生向下游移动作用，对槽脊的强度变化不起作用。
这正反映出“涡度平流”的“平流”或“平移”的物理含义。
问题：请用（3.19）式，说明温度平流与气压变化的关系？等式右边第二项为温度平流作用项。
因为有：T V pV g g 此外在对流层的自由大气中，一般来说温度平流总是随高度增加而减弱的，因此在对流层中上层来说，在其下层若有暖平流，则等压面将升高；若有冷平流，则等压面将降低。
