南京信息工程大学动力气象学资料共106页文档

一、 名词解释1. 位温: 气压为p, 温度为T 的干气块, 干绝热膨胀或压缩到1000hPa 时所具有的温度。

=T (1000/p )R/Cp , 如果干绝热, 位温守恒( /t=0) 。

2. 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。

3. 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, 表示式为: 21T V 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, 这时空气微团作直线运动, 称为地转风, 表示式为: 1g V p k f ρ=-∇⨯。

地转风: 在自由大气中, 因气压场是平直的, 空气仅受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用, 当二力相等的空气运动称之为地转风。

5. 惯性风: 当气压水平分布均匀时, 科氏力、 惯性离心力相平衡时的空气流动。

表示式为: i T V f R =-。

6. 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:=(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。

7. 环流: 流体中任取一闭合曲线L , 曲线上每一点的速度大小和方向是不一样的, 如果对各点的流体速度在曲线L 方向上的分量作线积分, 则此积分定义为速度环流, 简称环流。

8. 埃克曼螺线: 行星边界层内的风场是水平气压梯度力、 科氏力和粘性摩擦力三着之间的平衡结果。

若以u 为横坐标, v 为纵坐标, 给出各个高度上风矢量, 并投影在同一个平面内, 则风矢量的端点迹线为一螺旋。

称为埃克曼螺线。

9. 梯度风高度: 当z H =/, =(2k /f )1/2时, 行星边界层风向第一次与地转风重合, 可是风速比地转风稍大, 在此高度之上风速在地转风速率附近摆动, 则此高度可视为行星边界层顶, 也表示埃克曼厚度。

”动力气象学“学位考试大纲考试科目代号：考试科目名称：动力气象学第一部分：课程目标与基本要求一．课程目标通过本课程的教学，使学生理解大气动力学的基本规律；掌握大气动力学的基本理论；并学会运用动力学方法去分析和解决大气科学方面的一些问题。

二．基本要求要求学生掌握有关动力气象学的基本概念、基本理论；并具有应用动力气象学的基本理论，去分析研究大气动力学和热力学相关实际问题的基本能力。

为今后从事与气象业务有关的工作打下良好的基础。

第二部分：各章节的要求与考试内容第一章描写大气运动的方程组一、要求1、掌握根据物理学中的基本定律导出各基本方程2、了解球坐标系中的基本方程组及薄层近似3、掌握局地直角坐标系中的基本方程组并会应用4、了解所需的初始条件及边条件二、考试内容1、个别变化与局地变化2、绝对坐标系与相对坐标系3、作用于大气上的各种作用力及其特性4、运动方程、连续方程、状态方程、热力学方程、水汽方程5、球坐标系的取法及其特点、速度及加速度的表示；曲率加速度；球面性引起的散度6、球坐标系的薄层近似中要遵循的角动量守恒定律及机械能守恒定律7、局地直角坐标系取法及其特点8、上述两坐标系的闭合方程组9、初始条件及边界条件第二章尺度分析与基本方程组的简化一、要求1、了解尺度概念及大气运动的尺度分类2、掌握基本方程组的尺度分析方法3、了解中高纬度中尺度及大尺度大气运动的性质4、掌握重要的特征参数二、考试内容1、尺度的概念2、大气运动的尺度分类3、尺度分析方法4、基本方程组的尺度分析与简化5、中高纬度中尺度及大尺度大气运动各自的特性6、重要的特征参数Ro数、Ri数等7、 平面近似第三章涡度方程和散度方程一、要求1、了解流函数、速度势、环流及涡度的物理意义2、掌握涡度方程的推导、各项的物理意义及应用3、掌握散度方程的推导及意义4、了解位势涡度方程的意义及应用二、考试内容1、涡度的定义及其物理意义2、流函数及速度势定义及其物理意义3、涡度方程的推导及各项的物理意义4、p 坐标系中的涡度方程和散度方程5、位势涡度方程6、上述方程的应用第四章大气能量学一、要求1、了解大气能量的主要形式2、掌握大气能量平衡方程的推导及意义3、掌握静力平衡大气中的能量转换4、掌握有效位能的概念、定义5、了解实际大气中的能量循环二、考试内容1、单位质量及单位截面积大气基本能量的表达式2、单位质量及单位截面积大气组合能量的表达式3、压力位能的物理意义4、静力平衡下，无限高气柱中位能与内能的关系5、大气的动能平衡方程、位能平衡方程及内能平衡方程6、闭合系统中，上述能量方程各项的物理意义、能量间转换的条件与机制7、单位质量大气的伯努力能量方程8、有效位能的概念、定义、分析表达式及近似表达式9、有效位能的平衡方程及局地效率因子10、实际大气中能量的主要转换过程及物理机制第五章大气行星边界层一、要求1、了解大气行星边界层及其特征2、了解边界层内的分层及其特点3、掌握平均运动方程的推导与湍流粘性力的概念4、掌握属性的湍流输送通量密度及其参数化的混合长理论5、掌握近地面层中性及非中性层结下风随高度分布的特征6、掌握埃克曼层风随高度分布的特征7、了解埃克曼抽吸与旋转减弱8、了解湍流运动发展的判据二、考试内容1、大气边界层的特征2、贴地层、近地面层、埃克曼层，它们各自的特点3、粗糙高度4、推导平均运动方程的原因及方法5、混合长理论6、属性的湍流输送通量密度7、湍流粘性应力与湍流粘性力8、近地面层中性层结下风随高度分布的特征9、近地面层非中性层结下风随高度分布的特征10、埃克曼层中风随高度分布的特点及原因11、二级环流的概念12、埃克曼抽吸13、大气旋转减弱的物理机制14、湍流运动发展的判据第六章大气中的基本波动一、要求1、了解大气波动的基本概念2、掌握单波与群波的概念和波速的求法3、掌握微扰动方法并会用微扰动方法对基本方程组进行线性化4、掌握声波产生的物理机制及求解过程5、掌握重力惯性外波产生和传播的物理机制与求解6、掌握重力惯性内波传播的物理机制与求解过程7、掌握罗斯贝波产生的机制、性质及求解过程8、了解滤波的概念及滤波条件9、了解波动稳定性的概念及数学表述二、考试内容1、有关波动的基本物理量2、求相速和群速的公式及物理意义3、微扰动方法及其基本假定4、波动问题中求频率方程的基本方法5、算子行列式方法6、声波产生的物理机制及其求解、相速和群速7、兰姆波8、重力惯性外波产生和传播的物理机制与求解、相速和群速9、浮力振荡以及重力内波形成的机制10、布西内斯克近似11、重力惯性内波传播的物理机制与求解、相速和群速12、罗斯贝波产生的机制、性质及求解、相速和群速13、“噪音”与滤波14、波动稳定性的概念及数学表述第三部分: 有关说明与实施要求1．考试目标的能力层次的表述考核要求按照理解、掌握、应用三个层次规定其应达到的能力层次要求。

“动力气象学”问题讲解汇编徐文金(南京信息工程大学大气科学学院)本讲稿根据南京信息工程大学“动力气象学”学位考试大纲（以下简称为大纲）要求的内容，以问答形式编写，以便学习者能更好地掌握“动力气象学”中的重要问题和答案。

主要参考书为：动力气象学教程，吕美仲、候志明、周毅编著，气象出版社，2004年。

本讲稿的章节与公式编号与此参考书一致（除第五章外）。

第二章（大纲第一章） 描写大气运动的基本方程组问题2.1 大气运动遵守那些定律？并由这些定律推导出那些基本方程？大气运动遵守流体力学定律。

它包含有牛顿力学定律，质量守恒定律，气体实验定律，能量守恒定律，水汽守恒定律等。

由牛顿力学定律推导出运动方程（有三个分量方程）、由质量守恒定律推导出连续方程、由气体实验定律得到状态方程、由能量守恒定律推导出热力学能量方程、由水汽守恒定律推导出水汽方程。

这些方程基本上都是偏微分方程。

问题2.2何谓个别变化？何谓局地变化？何谓平流变化？及其它们之间的关系？ 表达个别物体或系统的变化称为个别变化，其数学符号为dtd ，也称为全导数。

表达某一固定地点某一物理量变化称为局地变化，其数学符号为t ∂∂，也称为偏导数。

表达由空气的水平运动（输送）所引起的局地某物理量的变化称为平流变化，它的数学符号为∇⋅-V ρ。

例如，用dt dT 表示个别空气微团温度的变化，用tT ∂∂表示局地空气微团温度的变化。

可以证明它们之间有如下的关系z T w T V dt dT t T ∂∂-∇⋅-=∂∂ρ （2.4） 式中V ρ为水平风矢量，W 为垂直速度。

（2.4）式等号右边第二项称为温度的平流变化（率），第三项称为温度的对流变化（率）或称为垂直输送项。

问题2.3何谓绝对坐标系？何谓相对坐标系？何谓绝对加速度？何谓相对加速度？何谓牵连速度？绝对坐标系也称为惯性坐标系，可以想象成是绝对静止的坐标系。

而相对坐标系则是非惯性坐标系，例如，在地球上人们是以跟随地球一起旋转的坐标系来观测大气运动的，这种旋转的坐标系就是相对坐标系。

南京信息工程大学《动力气象学》复习重点（上）《动力气象学》复习重点Char1 大气运动的基本方程组1、旋转参考系（1）运动方程 p dt V d ++?-?-=21ρ（2）连续方程 0=??+V dtd ρ ▽·V 为速度散度，代表气团体积的相对膨胀率。

体积增大时，（▽·V>0），密度减小；体积减小时，（▽·V<0），密度增大。

0=??+dtd ρρ ▽·(ρV ) 为质量散度，代表单位时间单位体积内流体质量的流入流出量。

流入时▽·(ρV ) <0，密度增大；流出时▽·(ρV ) >0，密度减小。

（3）热力学能量方程 Q dtd p dt d c v =+ 内能变化率+压缩功率=加热率 Q dtd dt d c p =-α α=1/ρ2、局地直角坐标系（z 坐标系）中的基本方程组111()0ln ,,x y z v p du p fv F dt x dv p fu F dt y dw p g F dt z d u v w dt x y z p RT dT d dT dP d c p Q c a Q Q dt dt dt dt dtρρρρρραθ??=-++=--+=--++++=?????=??+=-==?? 运动方程、连续方程、能量方程是预报方程，状态方程是诊断方程。

3、p 坐标系中的基本方程组-=?Φ?=-??+??+??=??+??+??-?Φ?-=+?Φ?-=p RT pc Q S y T v x T u tT py u x u fu y dtdv fv x dtdu p p ωω04、p 坐标系的优缺点优点：p 坐标系中的运动方程组不再出现密度ρ；连续方程形式简单，与不可压缩流体的连续方程形式相当；由于日常工作采用等压面分析法，用p 坐标系方程组可以方便的进行诊断分析。

缺点：地形起伏的地区p 坐标系很难给出正确的边界条件；对于小尺度运动不满足静力平衡，不能用p 坐标系。

2009年南京信息工程大学《高等大气动力学》博士生入学考试复习提要Edit by Liu Boqi (NUIST) （2005年以后的考题重复率高）一、试问：若等),(H η线位于南、北两刚壁之间，下列各种情况可能或不可能有严格的线性地转运动？为什么？（考察考试大纲一-1，二-1，必考）（1）等0H 线自身闭合；（2）等η线与等0H 线相交；（3）等η线与边界相交；（4）等η线伸向无穷远；（5）等η线与等0H 线平行或重合；（6）等0H 线为椭圆曲线；（7）等η线为任意直线；（8）0H 为常数；（9）等η线为任意封闭曲线；（10）等0H 线为任意直线；（11）η=0；（12）等η线为圆；（13）η=0.5；（14）等0H 线为抛物线。

答：（1）可能。

因为由位涡守恒0)(=+Hfdt d ς，定常线性条件下，简化为0)(0=∇⋅H f V H ，即定常线性运动一定是沿等深线的运动，所以等0H 线自身闭合时，只要//H V等0H 线，就可能有严格地转运动； （2）不可以。

因为等η线与等0H 线相交即0),(,)()(0000≠∂∂∂∂-∂∂∂∂=∂∂≠∂∂xy H y x H H J x yx y H ηηηη，由0)()()(,020222=-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∇⋅∇-+∂∂∂∂ ηηηH J gf C f tt ，可知t ∂∂项不能为零，即运动不是定常的，所以此时不可能有严格线性地转运动；（3）不可能。

因为假设此时有严格线性地转运动，则//H V等η线//等0H 线，等η线上0≠H V ，在与边界相交处，这与条件法向速度为0相矛盾，所以假设不成立，即等η线与边界相交时，不可能有严格线性地转运动；（4）可能。

因为定常线性运动⇔//H V 等η线//等0H 线，所以等η线伸向无穷远时，只要有//H V等η线//等0H 线，就有严格线性地转运动。

（5）可能。

因为严格地转运动的条件就是//H V 等η线//等0H 线，等η线上0≠H V；（6）可能。

南京信息工程大学2019考研大纲：F04动力气象学(含数值预报)/ueditor/201810/25/3d3be150183860d03aa66c3b071db0 5a.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" width="600" height="93" border="0" vspace="0" />4、了解数值模式的基本分类，理解过滤模式和原始方程模式的区别。

第十一章、地图投影坐标系中的大气运动基本方程组1、掌握地图投影的基本知识，尤其掌握正形投影的基本概念;2、熟悉常见的三种正形投影的定义、特点;3、理解正交曲线坐标系的基本概念，理解拉密系数的物理意义;4、掌握水平坐标变换的基本方法。

5、理解地图投影坐标系中拉密系数和地图放大系数的关系。

第十二章、数值计算方案1、理解差分方法的主要思想，掌握差分格式的构造方法;2、熟悉并能够应用常用的差分格式。

3、了解差分格式的基本性质;4、掌握确定差分格式线性稳定性判据的方法，能对不同类型差分格式的稳定性进行分析;5、掌握构造常用的时间积分格式的方法;6、了解常用的时间积分格式的特点。

7、了解有限差分格式所引起的各种误差;8、熟悉非线性计算不稳定和混淆误差的概念;9、理解非线性计算不稳定产生的原因，并熟悉其常用的抑制方法。

10、掌握三点平滑、五点平滑和九点平滑的方法;11、理解响应函数的物理意义;12、了解平滑公式的应用。

第十三章、正压原始方程模式1、了解正压原始方程模式的设计思想、模式的基本特点;2、会应用有关假设，导出模式的预报方程;3、了解正压原始方程模式具有的积分性质。

4、理解模式时间积分步长的选择依据。

5、理解守恒差分格式的概念;6、掌握差分算符的表示方法;7、熟悉一次守恒格式和二次守恒格式的概念及其构造方法，熟悉正压原始方程模式二次守恒格式的构造方法;8、掌握三步法时间积分格式的构造方法;9、掌握正压原始方程模式显式时间积分方案的设计方法;10、了解半隐式格式的构造方法及其特点。

《动⼒⽓象学》课程辅导资料《动⼒⽓象学》课程辅导资料知识点归纳总结第⼀章绪论1. 研究地球⼤⽓运动时的基本假设连续介质假设：研究⼤⽓的宏观运动时，不考虑离散分⼦的结构，把⼤⽓视为连续流体。

从⽽，表征⼤⽓运动状态和热⼒状态的各种物理量，例如⼤⽓运动的速度、⽓压、密度和温度等可认为是空间和时间的连续函数，并且经常假设这些场变量的各阶微商也是空间和事件的连续函数。

是研究⼤⽓运动的基本出发点。

理想⽓体假设：⽓压、密度、温度之间的关系满⾜理想⽓体状态⽅程。

2. 地球⼤⽓的运动学和热⼒学特性有哪些？⼤⽓是重⼒场中的旋转流体：⼤⽓运动⼀定是准⽔平的；静⼒平衡是⼤⽓运动的重要性质之⼀。

科⾥奥利⼒的作⽤：⼤尺度运动中科⾥奥利⼒作⽤很重要；中纬度⼤尺度运动中，科⾥奥利⼒与⽔平⽓压梯度⼒基本上相平衡——地转平衡；地球旋转⾓速度随纬度的变化，与每⽇天⽓图上的西风带中的波动有关；起稳定性作⽤——位能、动能的转换——锋⾯。

⼤⽓是层结流体：⼤⽓的密度随⾼度是改变的——层结稳定度；不稳定层结⼤⽓中积云对流；稳定层结⼤⽓中重⼒内波。

⼤⽓中含有⽔份：相变潜热——低纬度扰动和台风的发展。

⼤⽓的下边界是不均匀的：湍流性；海陆分布和⼤⽓环流。

3. ⼤⽓运动的多尺度性⼤⽓运动⽆论在时间尺度还是在⽔平尺度上都具有很宽的尺度谱，不同尺度系统在性质上有很⼤差异，对天⽓的影响也不同，不同尺度运动系统之间还存在相互作⽤。

⽽根据流体⼒学和热⼒学原理建⽴起来的⼤⽓运动⽅程组，表征了⼤⽓运动普遍规律，从物理上讲，它⼏乎描述了各种尺度运动和它们之间的相互作⽤，⽅程组是⾼度⾮线性的，难以求解。

因此，在动⼒⽓象中，常对各种运动系统进⾏尺度分类，利⽤尺度分析法分析各类运动系统的⼀般性质，建⽴各类运动系统的物理模型（第三章）。

第⼆章描写⼤⽓运动的基本⽅程组1. 作⽤于⼤⽓的⼒，哪些是真实⼒，哪些是视⽰⼒？真实⼒：⽓压梯度⼒、地球引⼒、摩擦⼒，既改变⽓流的运动⽅向，也改变速度的⼤⼩视⽰⼒：科⾥奥利⼒、惯性离⼼⼒，只改变⽓流的运动⽅向，不改变速度的⼤⼩2. 描述⼤⽓运动的基本⽅程组和各⾃遵守的物理原理⽜顿第⼆定律——运动⽅程质量守恒定律——连续⽅程理想⽓体实验定律——状态⽅程能量守恒定律——热⼒学能量⽅程⽔⽓质量守恒——⽔汽质量守恒⽅程3. 分析流体运动的两种基本⽅法拉格朗⽇⽅法：着眼于微团，研究其空间位置及其他物理属性随时间变化的规律，推⼴到整个流体运动。

南信大天气学原理试题一一、名词解释： （20分）1． 质量通量散度。

2． 冷式锢囚锋。

3． 气旋族。

4． 大气活动中心。

5． 热成风涡度平流。

二、填空：（36分）1． 连续方程根据------------------原理求得，P 坐标中的连续方程------------------------。

2． 固定点温度变化由-----------------------------------------------------------------------------------------------决定。

3． 推导马格拉斯锋面坡度公式假设锋为---------------------------面，其动力学边界条件为---------------------------------------------------。

4． 一型冷锋与二型冷锋区别是--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------。

5． 在中、高纬大尺度系统运动中，通常固定点涡度增加（减小）和该固定点等压面位势高度降低（升高）是一致的，这种一致性赖以存在的根据是------------------------------------------------------------------。