动力气象考题

动力气象学作业题动力气象学一、单选题1、1939年___引进β平面近似，创建了著名的长波理论。

A、A.V.皮耶克尼斯B、B.恰尼C、C.菲利普斯D、D.罗斯贝答案:D2、大气是层结流体，大气的密度分布随高度变化，通常来说，___中容易产生积云对流。

A、A.不稳定层结B、B.稳定层结C、C.中性层结D、D.分层层结答案:A2、罗斯贝数是一无量纲参数，有一定的物理意义，它代表水平惯性力相对科氏力的量级，当它的大小接近0.1时，代表中纬度的___。

A、A.小尺度运动B、B.中尺度运动C、C.大尺度运动D、D.微尺度运动答案:C3、可用于判断对流或扰动发展的无量纲参数是___。

A、A.罗斯贝数B、B.基别尔数C、C.无量纲厚度参数D、D.理查森数答案:D3、在北半球，满足风压定律的高压是下列___项。

A、A.高压在运动方向右侧，高压伴随有反气旋式环流B、B.高压在运动方向左侧，高压伴随有反气旋式环流C、C.高压在运动方向右侧，高压伴随有气旋式环流D、D.高压在运动方向左侧，高压伴随有气旋式环流答案:A4、全位能是指内能和___之和。

A、A.动能B、B.潜热能C、C.位能D、D.显热能答案:C4、在___条件下，全球大气的内能、位能、动能的总和是守恒的。

A、A.绝热B、B.无摩擦C、C.绝热无摩擦D、D.定常答案:C5、取布西内斯克近似的优点是，滤去了大气中的___。

A、A.声波B、B.兰姆波C、C.重力外波D、D.重力惯性外波答案:A6、重力内波产生的条件之一是___.A、A.不稳定层结B、B.中性层结C、C.稳定层结D、D.对流层结答案:C1、大气相对运动方程是根据___定律得到。

A、A.牛顿第二定律B、B.质量守恒定律C、C.气体试验定律D、D.热力学能量守恒定律答案:A2、分析流体运动有两种方法，一种是___，一种是欧拉方法。

A、A.拉格朗日法B、B.小尺度方法C、C.尺度分析D、D.气团方法答案:A3、按照水平尺度划分，龙卷属于___。

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。

1、β平面近似的物理本质所谓的β平面近似是对f 参数作高一级的近似，其内容是⑴当f 处于系数地位不被微商时，去f=f0=常数；⑵当 f 处于对y 求微商时，取df dyβ==常数，采用β平面近似的好处是：用局地直角坐标系讨论大尺度运动是方便的，而球面效应引起的f 随纬度的变化对运动的作用被部分保留下来。

在低纬度大气动力学研究中，取f0≅0，f0≅β，这就是β平面近似的物理本质。

2、重力惯性外波大气和海洋的运动无不受到地球自转的影响。

考虑地球自转对重力外波的影响，这就成为重力惯性外波。

描写重力惯性外波运动的方程组是（9.91）式。

在流体是均质不可压的，存在自由表面上的条件下，可解得重力惯性外波的数学解。

其相速c 为212200⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+±=k f gH c式中含有两项，第一项反映重力作用，第二项反映地球自转作用。

考虑地球自转作用后重力外波性质发生了变化，相速与波数有关，成了频散波（波的扰动能量被逐渐“分散”）。

3、埃克曼螺线埃克曼层中湍流粘性应力和科利奥利力、水平气压梯度力几乎同等重要，而且这三个力基本相平衡，运动具有准定常性。

在这一层中湍流粘性力不断的消耗平均运动动能，要维持三力平衡关系，就必须是：风要穿越等压线流向低压，如图1.33所示，气压场对气块做功，提供其动能。

此外，由于在埃克曼层中湍流粘性力不再是常数，而是随高度增加而减小的。

在这样动力学条件下，可以证明：在这个层内风向和风速随高度都有变化。

这种变化被称为埃克曼螺线规律。

埃克曼层从常值通量层顶一直到自由大气,其顶高约为1～1.5公里。

4、dp T T T A p d 20021⎪⎭⎫⎝⎛'-=⎰∙γγ 有效位能的定义：它是闭合系统中大气的全（部）位能与温度场按绝热过程重新调整后系统所具有的最小全位能的差。

绝热调整后产生了稳定层结是：p 、T 和θ等值面是相互重合， 如图6.2所示，这时位能不能再转换动能了，所以此时是最小的全位能。

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。

三、计算题1.计算跟随地球一起旋转的空气微团的牵连速度。

(10,2,2,3)2.一人造地球卫星从南半球飞向北半球，通过赤道时，其飞行方向与赤道成交角，相对水平速度为，试求它的科里奥利加速度。

(10,2,2,3)3.一物体在的地方由高度上自由下落，若不计空气阻力，只考虑重力和科里奥利力作用，试求着地时物体偏移的方向和距离。

(10,2,2,3)4. 700百帕地转风为东风4ms,500百帕地转风为西风8ms，计算700-500百帕之间热成风的大小和方向。

(5,1,5,3)5.设地球为正球体，试计算海平面上地球引力与重力之间的夹角，又夹角的最大值为多少？(10,3,2,3)6.计算赤道上空重力等于零的高度，一人造地球卫星进入该高度绕地球旋转的周期为多少？(10,3,2,3)7. 45°N处，700hPa等压面图上3000gpm和2960gpm两根等高线间最短距离为190km，问地转风有多大？(5,1,5,3)8.固定时刻等压面方程为常值，由此可求出等压面高度，相应等压面在方向的坡度为，方向坡度为，等压面最大坡度，设，试求30°N处等压面的最大坡度。

(5,2,5,3)9. 当罗斯贝数=0.1时，取地转风近似的相对误差有多大？(5,2,5,3)10. 考虑随纬度的变化，若取，试计算45°N处的地转风散度的大小。

(5,2,6,3)11. 45°N处，700hPa、500hPa两等压面都是向东倾斜的，A、B两点间隔为200km，两等压面间厚度在A处为2840gpm，B处为2800gpm，试决定E点上空700hPa和500hPa等压面上地转风方向及700—500hPa间的热成风方向和大小。

(5,1,5,3)12.一龙卷以常值角速度ω旋转，设离中心处，地面气压为，温度为T（设为常值），证明龙卷中心的地面气压为如果T=288K，离中心100m处气压为1000hPa，风速为100，问中心气压为多大？(5,2,5,3)13.实际风偏于地转风右侧30°，如果地转风为20，计算水平速度大小随时间的变率（设）。

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。

动力气象学习题集难度分为：A-很难、B-较难、C-一般、D-容易一、填空1．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2．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3．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4．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 ∂∂∂∂θ5．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6．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7．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8．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 >>9．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10．第一、二类准地转运动出现的条件分别是（1）和（2）。

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、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。