动力气象学

动力气象学笔记一、绪论。

1. 动力气象学的定义与研究范畴。

- 动力气象学是应用物理学定律研究大气运动的动力过程和热力过程，以及它们相互关系的学科。

- 研究范畴包括大气环流、天气系统的发展演变、大气波动等。

2. 动力气象学在气象学中的地位。

- 是现代气象学的理论基础。

它为天气预报、气候研究等提供了理论依据。

例如，数值天气预报就是建立在动力气象学的基础上，通过求解大气运动方程组来预测未来的天气状况。

二、大气运动方程组。

1. 运动方程。

- 牛顿第二定律在大气中的应用。

- 在笛卡尔坐标系下，水平方向（x方向）的运动方程为：- (du)/(dt)=-(1)/(ρ)(∂ p)/(∂ x)+fv + F_x- 其中u是x方向的风速，(du)/(dt)是x方向的加速度，ρ是空气密度，p是气压，f = 2Ωsinφ是科里奥利参数（Ω是地球自转角速度，φ是纬度），v是y方向的风速，F_x是x方向的摩擦力。

- 同理，y方向的运动方程为：(dv)/(dt)=-(1)/(ρ)(∂ p)/(∂ y)-fu+F_y。

- 垂直方向（z方向）的运动方程由于垂直加速度相对较小，考虑静力平衡近似时为：(∂ p)/(∂ z)=-ρ g。

2. 连续方程。

- 质量守恒定律在大气中的体现。

- 其表达式为：(∂ρ)/(∂ t)+(∂(ρ u))/(∂ x)+(∂(ρ v))/(∂ y)+(∂(ρ w))/(∂ z)=0。

- 在不可压缩流体（ρ = const）的情况下，简化为：(∂ u)/(∂ x)+(∂ v)/(∂ y)+(∂ w)/(∂ z)=0。

3. 热力学方程。

- 能量守恒定律在大气中的表现形式。

- 对于干空气，常用的形式为：c_p(dT)/(dt)-(1)/(ρ)(d p)/(dt)=Q。

- 其中c_p是定压比热，T是温度，Q是单位质量空气的非绝热加热率。

三、尺度分析。

1. 尺度分析的概念与意义。

- 尺度分析是根据大气运动中各物理量的特征尺度，对大气运动方程组进行简化的方法。

动力气象课后习题标准答案.doc 动力气象课后习题标准答案1. 什么是动力气象学？动力气象学是研究大气运动和气象现象的科学。

它主要涉及大气力学、热力学和动力学等方面的知识，通过数学模型和物理规律来描述和预测大气中的各种运动和现象。

2. 什么是大气力学？大气力学是研究大气运动的科学。

它主要研究大气中的气体运动、气压分布、风场形成和演变等现象，以及它们与天气和气候的关系。

3. 什么是热力学？热力学是研究能量转化和热力传递的科学。

在动力气象学中，热力学主要研究大气中的能量转化和热力传递过程，包括辐射、传导和对流等，以及它们对大气运动和气象现象的影响。

4. 什么是动力学？动力学是研究物体运动的科学。

在动力气象学中，动力学主要研究大气中的运动方程和运动规律，包括质量、动量和能量守恒定律等，以及它们对大气运动和气象现象的影响。

5. 什么是大气稳定度？大气稳定度是指大气中的气块上升或下沉时，受到的抵抗力和推动力之间的平衡状态。

当气块受到的抵抗力大于推动力时，大气稳定，气块下沉；当推动力大于抵抗力时，大气不稳定，气块上升。

6. 什么是大气边界层？大气边界层是指大气中与地表直接接触并受地表摩擦影响的一层大气。

它的高度一般在几百米到几千米之间，对大气中的能量和物质交换具有重要影响。

7. 什么是风？风是指大气中的气体运动。

它的产生和变化与大气压力差、地转偏向力和摩擦力等因素有关，是大气环流和气象现象的重要组成部分。

8. 什么是气压场？气压场是指大气中不同地点的气压分布。

它是由大气中的气块运动和密度变化等因素引起的，对大气运动和天气变化具有重要影响。

9. 什么是风场？风场是指大气中不同地点的风速和风向分布。

它是由大气压力差和地转偏向力等因素引起的，是描述大气运动和气象现象的重要参数。

10. 什么是气象现象？气象现象是指大气中的各种现象，如降水、云层、气温和湿度等的变化。

它们是由大气运动和能量交换等因素引起的，对天气和气候的形成和演变具有重要影响。

动力气象学总学时：128（其中自学96，面授24，实习8）教材版本：动力气象学教程（吕美仲、彭永清编著）教学目的和要求：动力气象学是在热力学和流体力学的基础上，系统地讲述大气的热力过程和大气运动的基本规律，并指出这些规律的实践意义的一门专业基础课。

具体地说，它是应用物理学定律研究大气运动的动力过程、热力过程以及它们之间的相互关系，从理论上探讨大气环流、天气系统演变和其它大气动力过程，因而，它是天气学、数值天气预报及大气环流等专业课程的理论基础。

本课程，通过教学，目的在于使学生能深入地理解大气动力学的基本理论，了解近代动力气象学的主要进展，掌握用动力学方法分析和预报天气的基本原理和技术，从而使学生具有一定的理论水平和科学研究的能力。

为将来从事天气预报的业务及研究工作打下基础。

为达到上述目的，在教学中要求：⑴努力贯彻理论联系实际的原则。

在教学内容和取材上，从现今国内外气象业务部门及科研单位所使用的有代表性的方法和理论为主体，讲课中以讲授基本原理为重点，在讲深讲透基本理论的基础上，让学生进行必要的课堂讨论和作练习，使学生既能掌握基本原理，又能利用基本原理去探讨和解决实际问题。

⑵注重理论的系统性。

本课程是一门理论性较强的课程，在努力贯彻理论联系实际的原则下，要突出本课程的特点，在教学中应该注意有系统、有条理地介绍它的内容，强调各部分内容之间的有机联系，以使学生能掌握得深透。

教学的主要内容及学时分配：总学时：128课时，其中面授24课时，课堂练习8学时，自学96课时。

每章自学10学时，5~10章每章讲授4学时，其余4学时供课堂练习和答疑。

第一章大气运动的基本方程组§1.1全导数和局地导数§1.2旋转参考系中运动方程的矢量形式§1.3质量守恒定律--连续方程§1.4状态方程、热力学方程、水汽方程§1.5球坐标系中基本方程组§1.6局地直角坐标系中基本方程组§1.7闭合运动方程组、初始条件和边界条件第二章尺度分析与基本方程组的简化§2.1尺度概念、大气运动的尺度分类§2.2基本方程组的尺度分析§2.3无量纲方程、动力学参数§2.4 平面近似§2.5静力平衡大气、P坐标系第三章自由大气中平衡流畅§3.1自然坐标系§3.2平衡流场的基本形式与性质§3.3地转风随高度的变化、热成风§3.4地转偏差第四章环流定理、涡度方程和散度方程§4.1环流与环流定理§4.2涡度与涡度矢量方程§4.3泰勒——普劳德曼定理§4.4铅直涡度方程§4.5P坐标系中的涡度方程和散度方程§4.6位势涡度方程第五章大气行星边界层§5.1大气运动的湍流特性和平均运动方程组§5.2大气行星边界层及其特征§5.3属性的湍流输送通量及其参数化§5.4湍流运动发展的判据§5.5近地面层风随高度的分布§5.6埃克曼层风随高度的分布§5.7埃克曼抽吸与旋转减弱第六章大气能量学§6.1大气能量的主要形式§6.2大气能量方程§6.3静力平衡条件下大气中的能量转换§6.4有效位能§6.5大气中动能的消耗§6.6实际大气中的能量循环§6.7能量的转换过程第七章大气中的基本波动§7.1波动的基本概念§7.2微扰动法、基本方程组的线性化§7.3声波和LAMB波§7.4重力外波、重力慣性外波§7.5重力内波、性内波、重力慣性内波§7.6 波§7.7噪音与滤波第八章地转适应过程与准地转演变过程§8.1大尺度运动过程的阶段性§8.2正压大气中的地转适应过程§8.3斜压大气中的地转适应过程§8.4准地转运动的分类§8.5准地转运动方程组§8.6准地转位势倾向方程组与方程§8.7Q矢量、非热成风产生的二级环流的诊断第九章大气运动的稳定性理论§9.1流体动力学稳定性概念§9.2慣性不稳定§9.3开尔文——赫姆霍茨不稳定§9.4正压不稳定§9.5斜压不稳定第十章低纬度热带大气动力学§10.1热带运动系统概述§10.2热带大气运动的尺度分析§10.3热带扰动的生成与发展§10.4台风的结构与发展§10.5热带行星尺度波动。

动力气象学第二章习题答案动力气象学第二章习题答案动力气象学是研究大气运动的科学，它探讨了大气中的力学过程和气象现象之间的相互关系。

在学习动力气象学的过程中，习题是检验我们对知识理解和应用的重要方式。

下面是对动力气象学第二章习题的详细解答。

问题1：什么是大气的垂直平衡？答：大气的垂直平衡是指在垂直方向上，大气中的各种力量之间达到平衡状态。

这种平衡是由重力、压强梯度力、离心力和科里奥利力等因素共同作用所形成的。

当这些力量之间的平衡达到一定状态时，大气就呈现出稳定或不稳定的状态。

问题2：什么是静力平衡？答：静力平衡是指在水平方向上，大气中的压强梯度力与离心力之间达到平衡状态。

在静力平衡下，气体分子受到重力的作用而向下运动，同时受到压强梯度力的作用而向上运动，最终形成一个平衡状态。

问题3：为什么大气的垂直平衡是稳定的？答：大气的垂直平衡是稳定的，因为当大气中出现扰动时，系统会自动调整以恢复平衡状态。

例如，当大气中某一区域的压强较高时，周围的气体会受到压强梯度力的作用而向该区域流动，从而减小压强差。

这种调整过程会持续进行，直到压强差减小到一定程度，大气再次达到平衡状态。

问题4：什么是大气的不稳定？答：大气的不稳定是指当大气中出现扰动时，系统无法自动调整以恢复平衡状态。

在不稳定的情况下，扰动会导致气体产生剧烈的运动，从而形成对流现象和气象灾害。

例如，当大气中某一区域的温度较高时，周围的气体会受到浮力的作用而向上升腾，形成对流运动。

问题5：什么是绝热过程？答：绝热过程是指在没有热量交换的情况下，气体的温度和压强发生变化。

在绝热过程中，气体的内部能量发生改变，但没有热量的输入或输出。

绝热过程可以用来描述大气中的垂直运动和气象现象，例如对流运动和气旋的形成。

问题6：什么是绝热抬升？答：绝热抬升是指当气体上升时，由于没有热量的输入或输出，气体的温度和压强发生变化。

在绝热抬升过程中，气体上升时受到外界压强的减小而膨胀，从而导致温度的降低。

南京信息工程大学2023考研大纲：F04动力气象学(含数值预报)1500字南京信息工程大学2023考研大纲：F04动力气象学(含数值预报)动力气象学是气象学的重要分支之一，主要研究大气运动的基本规律以及大气运动对气象现象的影响。

本课程主要包括动力气象学基本概念、大气平衡及运动的基本方程、大气边界层、大气波动等内容。

同时，还会包含数值预报的相关知识，将动力气象学理论与实际应用相结合。

以下是该课程的详细内容。

一、动力气象学基本概念1. 动力气象学的概念和发展历程2. 大气的基本性质和运动规律3. 动力气象学的研究方法和技术手段二、大气平衡及运动的基本方程1. 大气的水平平衡方程2. 大气的垂直平衡方程3. 大气的热力平衡方程4. 物质守恒方程和能量守恒方程三、大气边界层1. 大气边界层的概念和特征2. 大气边界层的发展和结构3. 大气边界层的运动和湍流4. 大气边界层的边界条件和变化规律四、大气波动1. 大气波动的基本类型和特征2. 大气波动的发生机制和扩散规律3. 大气波动的传播和变化规律4. 大气波动对气象现象的影响五、数值预报1. 数值预报的基本原理和方法2. 数值预报的模式和参数化方案3. 数值预报的数据来源和处理方法4. 数值预报的评估和检验方法以上是南京信息工程大学2023考研《动力气象学(含数值预报)》的大纲内容，总共约1500字。

本课程的学习将使学生掌握动力气象学的基本理论和数值预报的基本技术，能够理解大气运动的基本规律和模拟未来天气变化，为气象预报、气候变化等相关领域的研究提供基础支撑。

动力气象学总复习第一章绪论掌握动力气象学的性质，研究对象，研究内容以及基本假定动力气象学（性质）是由流体力学中分离出来（分支），是大气科学中一个独立的分支学科。

动力气象学定义：是应用物理学定律研究大气运动的动力过程、热力过程，以及它们之间的相互关系，从理论上探讨大气环流、天气系统演变和其它大气运动过程学科。

动力气象学研究对象：发生在旋转地球上并且密度随高度递减的空气流体运动的特殊规律。

动力气象学研究内容：根据地球大气的特点研究地球大气中各种运动的基本原理以及主要热力学和动力学过程。

主要研究内容有大气运动的基本方程、风场、气压坐标、环流与涡度、风与气压场的关系、大气中的波动、大气边界层、大气不稳定等等。

一、基本假设：大气视为“连续流体”，表征大气运动状态和热力状态的各种物理量(U, V, P, T, et al.) 看成是随时间和空间变化的连续函数；大气宏观运动时，可视为“理想气体”，气压、密度和温度之间满足理想其他的状态方程，大气是可“压缩流体”，动力过程和热力过程相互影响和相互制约；二、地球大气的动力学和热力学特性大气是“旋转流体”：90%的大气质量集中在10km以下的对流层；水平U, V远大于w（满足静力平衡）；Ω =7.29⨯10-5rad/s，中纬度大尺度满足地转平衡（科氏力与水平气压梯度力相当）。

大气是“层结流体”：大气密度随高度变化，阿基米德净力使不稳定层结大气中积云对流发展；阿基米德净力使稳定层结大气中产生重力内波。

大气中含有水份：水份的相变过程使大气得到（失去）热量。

大气下垫面的不均匀性：海陆分布和大地形的影响。

大气运动的多尺度性：（见尺度分析）第二章大气运动方程组控制大气运动的基本规律有质量守恒、动量守恒、能量守恒等等。

支配其运动状态和热力学状态的基本定律有：牛顿第二定律、质量守恒定律、热力学第一定律和状态方程等等。

本章要点：旋转坐标系；惯性离心力和科氏力；全导数和局地导数；预报和诊断方程；运动方程、连续方程；状态方程、热力学方程及其讨论；局地直角坐标系。

an introduction to dynamical meteorology摘要：1.动力气象学的定义和背景2.动力气象学的基本原理3.动力气象学的应用领域4.动力气象学的发展趋势正文：【动力气象学的定义和背景】动力气象学，作为气象学的一个重要分支，主要研究大气运动和天气系统形成的物理原理。

动力气象学对于预测和解释气象现象具有重要意义，它为我们提供了理解和预测天气的科学依据。

【动力气象学的基本原理】动力气象学主要依据以下几个基本原理进行研究：1.质量守恒和动量守恒原理：大气运动遵循质量守恒和动量守恒原理，即系统中的质量不会凭空消失或增加，而系统所受的合力会导致动量的改变。

2.能量守恒原理：大气运动过程中，各种能量之间会发生转换，但总能量保持守恒。

例如，热带气旋的形成过程中，海洋中的热能会转化为气旋的动能。

3.热力学原理：大气运动过程中的温度、湿度等热力学量遵循热力学原理。

例如，大气中的水汽在上升过程中会冷却凝结，形成云和降水。

【动力气象学的应用领域】动力气象学在多个领域具有广泛的应用，包括：1.天气预报：动力气象学为天气预报提供了理论基础，通过对大气运动的研究，可以预测未来一段时间内的天气变化。

2.气候研究：动力气象学有助于我们理解气候系统的演变过程，从而为气候变化研究提供依据。

3.航空航天和军事领域：动力气象学为航空航天和军事领域提供大气数据，帮助飞行器设计和飞行计划制定，以及军事行动的策划和实施。

【动力气象学的发展趋势】随着科学技术的发展，动力气象学也在不断发展和完善。

未来的发展趋势包括：1.数值模拟技术的发展：数值模拟是动力气象学的重要研究方法，随着计算机技术的进步，数值模拟的精度和效率将得到进一步提高。

2.观测技术的进步：新型观测技术的发展，如遥感、雷达等，将为动力气象学提供更多、更准确的观测数据。

3.跨学科研究：动力气象学将与其他学科，如大气化学、生物学等，进行交叉研究，拓展研究领域和应用范围。

气象学中的动力学和热力学气象学是研究大气现象和气象现象的科学，主要包括气象动力学和气象热力学两个部分。

动力学是研究空气运动规律的学科，而热力学则主要关注空气中的热传递和热平衡问题。

在气象学中，动力学和热力学是相互联系的，它们共同构成了气象学这一宏大的学科。

下面我将从动力学和热力学两个方面来展开对气象学的介绍。

一、气象动力学气象动力学主要研究空气在大气中不同位置、不同高度以及不同气压下的运动规律。

在气象动力学中，主要包括风的形成、风的分类以及地球自转对大气运动的影响等方面。

首先，风的形成是许多人感到困惑的问题。

实际上，风的形成与气压的分布有密切关系。

通常情况下，空气从高气压地区流向低气压地区，从而形成了风。

这就是常说的“高压迎风，低压背风”。

其次，根据风的运动速度和方向的不同，可以将其分为不同类型。

比如常见的东北季风、东南季风等等。

不同的风会对当地的气温、降水等气象现象产生不同的影响。

另外，地球的自转对大气运动也有着重要的影响。

在赤道地区，由于地球自转速度较快，空气的运动速度也相应增加，形成了赤道低压带。

而在两极地区，由于地球自转速度缓慢，空气的运动速度也较慢，形成了极地高压带。

这些都是气象动力学的重要内容。

二、气象热力学气象热力学主要研究空气中的热传递规律、热平衡问题等。

在气象热力学中，主要包括大气的垂直稳定性、大气中的水汽和云的形成等方面。

首先，大气的垂直稳定性是气象热力学中的一个重要概念。

它主要是指空气受到的上升和下沉力的平衡情况。

一般来说，如果上升气流遇到的温度变化率大于下降气流的温度变化率，那么空气就是不稳定的。

反之，如果上升气流遇到的温度变化率小于下降气流的温度变化率，那么空气就是稳定的。

这种垂直稳定性的变化与天气现象的变化有着密切的联系。

其次，大气中的水汽和云是气象热力学的重要研究对象。

雨水的形成主要是通过水蒸气向高空升华以及水蒸气凝结而形成的。

云也是由水蒸气凝结而形成的，不同的云形成和云降水类型也具有一定的规律性。