大气平均流场特征

第二章 大气运动的基本特征地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。

大气运动在时间和空间上具有很宽的尺度谱，天气学所研究的是那些与天气和气候有关的大气运动。

对这些运动，可忽略离散的分子特性，可以视大气为连续的流体介质，表征大气状态的物理变量（如气压、密度、温度）在大气这具有单一的值，这些场变量和它们的导数是空间和时间的连续函数，控制大气运动的流体力学和热力学基本定律可以用场变量作为因变量和空间、时间变量作为自变量的偏微分方程表示。

大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。

§2—1 影响大气运动的作用力一、 基本作用力影响大气运动的基本作用力：是指大气与地球或大气之间的相互作用而产生的真实力，它的存在与参考系无关。

1、 气压梯度力：作用于单位质量的气块上的净压力，称为气压梯度力。

当气压分布不均匀时，气块会受到净压力的作用。

P G ∇-=ρ1（1）其中，ρ为气块密度， k zp j y p i x p P∂∂+∂∂+∂∂=∇称为气压梯度力。

P ∇是由于气压分布不均匀而造成的。

气压梯度力与气压梯度成正比，与密度成反比。

方向指向P ∇-的方向，即由高压指向低压的方向。

2、 地心引力由牛顿万有引力定理说明，宇宙间任何两个物体之间都具有引力：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r r r GMm F g2所以，地球对单位质量空气的引力（地心引力）为：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r r r GM m F g2 设：地球的半径为a（地心到海平面的距离），海拔高度为z，则()()⎪⎭⎫⎝⎛+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=r r az a Gm r r z a GM g222*112*01⎪⎭⎫⎝⎛+=a z g 在气象学范围内，z 的值一般为数十公里，而地球半径a 竟达6000多公里，故**g g ≈可作为常数。

地心引力始终是作用于大气的真实的力。

3、 摩擦力大气是一种粘性流体，它同任何实际流体一样都受内摩擦的影响。

3、三圈环流
3.1 Hadley （哈得来）环流的形成
赤道上空向北流动的气流， 在柯氏力的作用下向右偏转，在 30ºN左右转为西风，并在此处辐 合，质量堆积，地面气压升高， 并且冷却下沉，下沉气流辐散， 其中向南的一支在柯氏力影响下 右偏，转为东北风，此风系稳定， 称为东北信风，在南半球为东南 信风，两支信风在赤道汇合上升， 从而构成直接环流圈，称为 Hadley环流
2 Fc R

2 重力： g g R a
地转偏向力： C 2 V 由于地球旋转及空气微团相
对于地球有运动而产生。垂直于Ω和V,且在北半球指向运 动的右方。因为垂直于V，所以，Coriolis力对空气微团 不做功，只能改变速度的方向，不能改变速度的大小，故 Coriolis力又有地转偏向力之称。
4.2 平均经向风分量的经向分布
北半球冬季，30°N以南的对流层低层，有较强的平均偏北风， 约最大3.5米/秒，200~300mb之间有明显南风分量中心，最大平 均风速为2.5米/秒。 40 °N以北低层平均为南风，高层平均为北风，但是平均风速都 不足1米/秒。 北 南
南
北
4.2 平均经向风分量的经向分布
假设：地球没有自转、 地表均一，极地赤道间
的经向环流——一圈环
流
3、三圈环流
在考虑了地球自转的条件下，一圈环流模式将不会 存在，大气环流将变得更复杂一些。 关键：在存在相对于地球运动的时候，产生地转偏向力。 北半球指向右，南半球指向左。 假设：地表均一 缺点：不考虑地形的影响
地转偏向力

惯性离心力：
79
5.1 大气活动中心（1月份）
西伯 利亚 高压
冰岛低压

拉萨（贡嘎）机场气候特征和对航班运行的影响作者/李积富（运控中心签派室）我公司位于青藏高原东缘的四川，对高原机场的开辟飞行将会越来越多。

为了更高效地利用高原天气资源，寻找公司高原航班计划的优化编排方案，寻找最优航线选择依据，寻找航班运行监控工作中气象保障的有效手段和择重点，使我们公司飞行高原机场的航班采用更安全，更经济的程序，使运行监控工作执行得更好，对青藏高原天气影响航班情况开展研究，己经显得非常紧迫了。

1、地理位置和地形将征拉萨（贡嘎）机场位于青藏高原腹地，西藏高原东南部，雅鲁藏布江河谷南侧。

周围地形复杂，南北两侧均为高山，山势陡峭，雅鲁藏布江从两山中间穿过，形成东西长约42KM，南北宽约6—9KM的河谷。

河谷东宽西窄，呈葫芦形。

雅鲁藏布江自西向东流经本场北侧，主河道与本场最近处为0.5KM。

雅鲁藏布江水位随季节变化较大，雨季为洪水期，江面宽阔；干季为枯水期，水量较少。

河床裸露部分一般为干燥的沙土覆盖，往往成为浮尘、扬沙的源地。

拉萨（贡嘎）机场位于北纬29°18′，东经90°55′,在拉萨市的真方位209°，45KM处。

机场标高3569.5米。

机场西北方15公里为拉萨河与雅鲁藏布江交汇处，西南方向约22KM处为羊卓雍湖，羊卓雍湖是西藏高原南部大型淡水湖泊，面积约678平方公里，蓄水量160亿立方米，湖面海拔高度约4400米，雨季为丰水期，干季为枯水期。

羊卓雍湖为机场雨季雷雨提供了大量的水汽资源。

机场净空条件差，半径50KM范围内有许多山峰，海拔高度多在4500米以上，对飞机起飞、降落影响很大。

跑道东端13.9KM处有一鱼背型小山，高出机场18.5米。

跑道西端15.1KM处有一小山，高出机场520.5米。

2、机场设施和运行限制贡嘎机场为4E级机场，有两条跑道，主跑道为水泥质。

跑道方向为89°和269°，长4KM，宽45米，厚0.32至0.34米。

大气的平流层
平流层：对流层顶向上至50km左右的气层。 特点：底层温度变化不大，上部温度增高 明显。使得大气很稳定，呈现出明显的成层 结构，铅直运动弱，多为平流运动且尺度大。 水汽少，没有各种天气现象。空气尘埃少， 大气的透明度高。
夜光云：高纬度地区黄昏前后，冰晶或尘埃组成。
分子氧和原子氧
地球大气的成分
大气高层：主要为氮、氧，其他气体少。 氧气：占地球大气质量的23%，是动植物赖以生存和繁殖 的必要条件。 臭氧：10～40km高度，极大值在20～25km附近。强烈吸收 太阳紫外辐射0.2～0.3μm的能力。其浓度会对气候变化和 人类生活带来巨大影响。 二氧化碳：0.03%,多在20km以下。主要是有机物燃烧、腐 烂和生物呼吸过程中产生的。吸收长波辐射，放出长波辐射。 “温室效应”。 除上述气体外，还含有水汽及其液态、固态微粒。 湿空气：含水汽的空气。主要来源于海洋表面蒸发。
可变成分：比例随时间、地点而变。其中包 括水汽、二氧化碳、臭氧和一些碳、硫、氮的 化合物。
地球大气的成分
干空气：除水汽以外的纯净大气称为干洁大气， 简称干空气。其中氮、氧、氩三种气体就占了空 气容积的99.66％，如果再加上二氧化碳，则剩下 的次要成分所占的容积是极微小的。
85km以下，大气运动和分子扩散导致混合均匀， 干空气中各成分比例维持常定，相当于摩尔质量 为28.9644g/mol的单一气体。
通常把有天气意义的大气运动，按其水平尺度 而粗略地分为：大尺度系统，中尺度系统，小尺 度系统，微尺度系统。
水平尺 垂直尺
度
度
水平速 度
垂直速 度
生命史
2、 自由大气的地转平衡运动
自由大气：在1～1.5km以上的大气中，摩擦力很小，可以忽略不计。

⼤⽓湍流⼤⽓湍流胡⾮⾃然界中的流体运动存在着⼆种不同的形式：⼀种是层流，看上去平顺、清晰，没有掺混现象，例如靠近燃烧着的⾹烟头附近细细的烟流；另⼀种则显得杂乱⽆章，看上去毫⽆规则，例如烟囱⾥冒出来的滚滚浓烟，这就是湍流，也叫紊流，在⽇⽂⽂献中被叫作“乱流,更容易顾名思义。

相对来说层流却是很少见的。

我们⽣活的地球被⼤⽓所包围，⼴义地讲，整个地球⼤⽓系统都可以看作是处在具有宽⼴尺度湍流运动的状态，因此湍流研究具有极为重要的科学意义和实际应⽤价值。

⼤⽓湍流以近地层⼤⽓表现最为突出，风速时强时弱，风向不停摆动，就是湍流运动的具体表现。

⼤⽓湍流造成流场中各部分之间强烈混合，它能使⼤⽓中的动量、热量、⽔汽、污染物等产⽣强烈混合和输送，能对建筑物、飞⾏器等产⽣作⽤和影响，还会使⼤⽓折射性质发⽣变化从⽽导⾄电磁波和声波被散射，湍流是⼀种开放的、三维的、⾮定常的、⾮线性的、并具有相⼲结构的耗散系统，集物理现象的多种难点于⼀⾝。

⾃从1883年Reynolds做了著名的实验以来，⼀百多年⾥⼀直是科学的前沿和挑战性问题之⼀。

历史上，包括von Karman、Kolmogorov、Landau和周培源在内的许多著名科学家对湍流的研究均未获得⼤的成功。

在跨越了两个世纪之后的今天，尽管⼈们对湍流发⽣机理和湍流运动规律的了解有了很⼤的进展，湍流研究在⼯程技术上的应⽤也取得了很⼤的成就，但是就其本质上来说，对湍流的认识还很不全⾯，还有很多基本的问题没有搞清楚。

例如：⽬前为⽌，科学家们还给不出湍流的严格科学定义，也没有找到对湍流的解析和定量描述⽅法；尽管知道了控制流体运动的Navier-Storkes⽅程，但是由于该⽅程是强⾮线性、⾼⾃由度的偏微分动⼒系统，因⽽对其解析求解⼏乎是不可能的；Reynolds平均⽅程则遇到“不封闭”困难；湍流模式理论同样也因为对物理机制缺乏理解⽽并不很成功。

总之，湍流仍然是摆在全世界科技⼯作者⾯前的难题。

另一方面，地面的辐合气流（按涡度方程）必有正涡度生成，以适应该处地面降压所需要的流场。

通过上述分析可以看出：主要是高空槽前的正涡度平流促使了地面气旋的发展。

也可以说，是上下层涡度平流的差异（地面低压中心涡度平流很弱）促使了地面气旋的发展。

我们称它为气压变化的涡度因子。

从此过程中，还可以看出：气旋发展必然伴有上升运动。

在水汽条件适宜情况下，也必伴有云雨天气。

也可以看出：上升运动在高层辐散和低层辐合，使流场和气压场趋向于新的地转平衡过程中，有着不可缺少的作用。

这是大气中存在着的非常重要的物理过程特点：同样的道理，在高空槽后脊前区，为负涡度平流区，有着与槽前脊后区完全相反的物理过程。

那个地区存在下沉气流，地面高压加强。

问题：请讨论如图3.12所示的温度场位相落后于气压场情况下，温度平流因子对高低系统发展的物理过程。

现在来看看温度平流（我们也称它为热力因子）对高低空气压场变化和流场变化的作用。

我们也来看图3.12中高空槽线上冷平流对槽线发展的作用。

冷平流使气柱温度降低，按静力学原理，等压面之间的厚度必减小，如果地面气压场不变化，则高层等压面必下降，高空槽加深。

这时气压场与流场不适应，在变化的气压梯度力的作用下，高层产生辐合气流。

这个辐合气流：一方面按涡度方程规律产生正涡度流场，以与高层下降的等压面产生地转适应；另一方面使气柱质量增加，地面加压，这样也使地面气压场与流场也不适应了，在加压场的作用下，近地面层产生辐散气流。

这个辐散气流：一方面按涡度方程规律产生负涡度流场，以与地面的加压场产生地转适应；另一方面使气柱质量因辐散流出，使地面加压程度得以减弱。

在高层辐合，低层辐散区，按质量守恒原理，必有下沉运动。

而下沉运动又会绝热增温，部分抵消了冷平流的作用。

使高层减压不致太快，使上述的整个变化过程在缓慢中进行，在近似地转平衡状态下进行。

由此可得结论：冷平流使高层降压，低槽加深；使地面加压，同时必伴有下沉运动。

同理可得结论：暖平流使高层加压，高压脊加强；使地面降压，同时必伴有上升运动。

大气平均流场特征1.大气平均流场的垂直结构：大气平均流场可以被分为不同的垂直层次，包括对流层、平流层和中间层。

在对流层中，垂直气流通常是不稳定的，而在平流层和中间层中，垂直气流是较为稳定的。

这种垂直结构决定了不同层次的风场模式和环流特征。

2.副热带高压带和副热带低压带：在大气平均流场中，副热带高压带和副热带低压带是两个重要的环流系统。

副热带高压带位于赤道向30°纬度之间的区域，其特点是下沉气流，高气压和较为稳定的天气。

副热带低压带位于副热带高压带和极地之间的区域，其特点是上升气流，低气压和多变的天气。

3.东风带和西风带：在大气平均流场中，赤道附近的东风带和副热带的西风带是两个重要的风带。

东风带位于赤道附近的30°纬度以内，其特点是东风持续，传统上也被称为"信风带"。

西风带位于副热带和极地之间的区域，其特点是西风持续，传统上也被称为"逆风带"。

这两个风带在大气平均流场中起到了重要的作用，对于气象和航空领域具有重要的意义。

4.季风环流和季风带：季风环流是大气平均流场中的典型现象，主要出现在亚洲的东南部和南部。

夏季，大陆上升气流形成低压带，海洋上形成高压带，导致从海洋到陆地的气流形成季风。

冬季，情况则相反，陆地变得冷，海洋变得相对暖和，导致从陆地到海洋的气流形成季风。

5.大气环流带：在大气平均流场中，沿经度方向存在着环绕地球的大气环流带。

赤道附近的赤道低压带是大气环流的中心，赤道低压带南北两侧的副热带高压带和极地高压带分别是大气环流的东、西两侧边界。

大气环流带的存在是由于地球自转和辐射加热的不均匀性。

6.季节性变化：大气平均流场在季节间会有显著的变化。

季节性变化主要是由地球轨道的倾角和地球自转引起的。

例如，在夏季，副热带高压带会向北移动，东风带和季风带会形成。

而在冬季，副热带高压带会向南移动，西风带会形成。

综上所述，大气平均流场的特征包括垂直结构、副热带高压带和副热带低压带、东风带和西风带、季风环流和季风带、大气环流带以及季节性变化。

系统也发生变化叫上游效应，反之称为下游效应。 （3） 对我国而言，在西风带中的上游是乌拉尔山地区，欧洲北大西洋和北美东岸三
个关键地区，下游是北太平洋。 （4） 波束随波长而变的波称为频散波。
10． 阻塞高压与切断低压 （1）阻塞形势：常把阻塞高压出现后的大范围环流形势称为阻塞形势。阻塞形势的基 本特征是有阻塞高压存在并且形势稳定。 （2）阻塞高压： 1）在西风带中长波槽脊的发展演变过程中，在脊不断北伸时，其南部与南方暖空气的 联系会被冷空气所切断，在脊的北边出现闭合环流，形成暖高压中心，叫做阻塞高压。 阻塞高压具备以下三个条件： ①中高纬度高空有闭合暖高压中心存在， 表明南来的强盛 暖空气被孤立于北方高空；②暖高压至少维持三天以上；③在阻塞高压区域内，西风急 流主流显著减弱，同时急流自高压西侧分为南北两支，绕过高压后再会合起来，其分支 点与会合点的范围一般大于 40～50 个经度。 2）阻高的后退有两种情况，一是连续后退，一是不连续后退。 3） （3） 切断低压： 1）在西风带中长波槽脊的发展演变过程中，在槽不断向南加深时，高空冷槽与北方冷 空气的联系被暖空气切断， 在槽的南边形成一个孤立的闭合冷性低压中心， 叫做切断低 压。 2）切断低压的形成过程有两种情况，一种与阻高相伴出现，另一种是西风槽切断，不 伴有阻塞高压。 3）切断低压的消失过程有两种，一是由于本身的摩擦作用，在向西南移动过程中逐渐
3． 北半球的罗斯贝三圈径向环流模式中，从南向北依次是哈得来环流、费雷尔环流、 极地环流。其中哈得来环流、极地环流是直接环流圈，费雷尔环流是间接环流圈。 4． 热带和极地东风带中，地球通过摩擦作用给大气一个向东的转动力矩，即东风带的 大气获得地球给予的西风角动量；在中、高纬度的西风带里，地球通过摩擦作用给大气 一个向西的转动力矩，大气本身也就损耗了西风角动量。 5． 极地和热带东风带中， 山脉的气压力矩作用将使地球获得向西的角动量而减速向东 转动，即大气得到了西风角动量而使东风减弱；在西风带中，山脉的气压力矩作用将使 地球获得了向东的角动量，加速向东转动，西风带的大气也因此损耗了西风角动量，西 风将减小。 ※大气在东风带中通过摩擦作用和山脉作用从地球表面获得西风角动量， 而在西风带又 由于摩擦和山脉作用失去西风角动量。 6． 大气内部角动量的水平输送主要是靠平均径向风角动量的水平输送， 定常挠动和非 定常挠动对 u 角动量的水平输送。 7． 气象学中把能量分为动能、位能和内能三种基本形式。在静力平衡系统中位能和内 能合并称为总位能，其中能够转换为动能的部分约占总位能的 0.5%，称它为有效位能。 平均而言，两极地区有能量净亏损为能汇，而赤道和低纬则有净盈余成为能源。

两种研究方法
解湍流运动控制方程（平均运动方 程、脉动方程、湍能方程…..）
采用随机过程的统计学方法来反映 大气湍流结构
第一节 平均场与湍流场
大气运动包含各种尺度的运动 不同尺度的运动具有不同的运动特征 尺度分离，从而分析不同尺度运动的特征 大气边界层湍流运动－微尺度气象问题
午后实测风速迹线：风速的随机性；并不是完全随机，平 均风速由6m/s减弱到5m/s；风速在垂直方向上的变化拘于 有限的范围内，前面瞬时风速与平均风速相差1m/s，后面 大概相差0.5m/s。
二 谱的“泄露”和“折迭”（“混迭”）
离散采样两种误差
(1)采样时段泄露效应 (2)采样间隔混迭效应
(1)在有限时段上采样，谱S(n) 被修改成ST(n)：
ST (n)
S( f ) sin T (n f ) df
(n f )
修改后的谱ST(n)中带有虚假的高频成份 T 越大， ST(n) 越接近真实谱S(n) T 越小，泄露影响越大, ST(n)与S(n)之间的差别越大
( Ai
i0
A)2
较好估计
当 N>>1，两者之间的差别很小
湍流变量的湍流部分： A' A A
2 A
1 N
N 1
( Ai
i0
A)2
A '2
湍流量 ： u2 v2 w2 2 r2 q2 视为方差
2 标准差
标准差定义为方差的平方根：
A A'2
标准差具有与原始变量相同的量纲，表示随机 变量瞬时值相对于平均值的偏离程度 。
A' 0
AB ( A A' )(B B' ) AB A'B AB' A'B'

压带是四个：极地高压带、副极地低压带、副热 带高压带和赤道低压带。通常称为“三风四带”。
极地高压带 北极 副极地低压带
60°
东风带
60° 30°
副热带高压带
30°
西风带 东北信风带
赤道
赤道低气压带 赤道 副热带高压带
30°
东南信风带
30°
西风带
副极地低压带
60°
东风带
60°
极地高压带 南极
东风 西风
② ７月～９月为夏季环流型： 西风带四个长波槽 两次季节突变
①
6月突变——冬季环流型转为夏季环流型
② 10月突变——夏季环流型转为冬季环流型
这两次显著的突变是全球性的，以亚洲地区
最为明显。
北半球 1月 500hPa平均等高线
北半球500hPa 夏季平均环流特征
① 极区：1个低涡中心
②中高纬:夏季四个长波槽： 东亚大槽— 北美大槽— 欧洲西海岸槽— 贝加尔湖西部槽— 160-180°E； 60°w； 0-10°E； 90°E沿岸和青藏高原北部。
③低纬度:副高强—其范围在40°N以南
冬 季
平均纬向风（东西风）的分布
西风
夏 季 东风 西风
平均纬向风（东西风）的经向分布剖面图
夏季
冬季
左： 6～8月平均； 右： 12～2月平均 根据1971～2000年NCEP再分析资料制作 单位：m· s-1
平均纬向环流 低纬：东风带 中高纬 ：西风带 （北半球冬季最大风速40m/s,30º N ,200hPa， 夏季最大风速16m/s,40º N ,200hPa） 极区：北半球夏季 近地面：弱东风 对流层：西风 平流层：东风
纬圈上实测风的平均量和涡动量

不满足均匀、定常条件，因此高斯模式应用于下垫面 均匀平坦、气流稳定的小尺度扩散问题更为有效。
3高斯计算公式
对于在恒定气象条件（指风向、风速、大气稳定度不随时间而变）下的高架点源的连续排放，在 考虑了烟羽在地面的全反射后，下风向任一点的污染物浓度C(x,y,z)可由下式计算：
C(x,
y, z)
Q
1 相关菜单的添加
在空间分析主菜单中添加如下图所示菜单项。
2 大气污染扩散分析窗口的设计
设计一个大气污染扩散分析窗口。
这些Label的 AutoSize属 性设置为： False BorderStyle 属性设置为： Fixed3D
一些主要控件的属性设置如下：
控件编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
diffusedParameter50[2].Qz = 0.996;
diffusedParameter50[3].Py = 0.640;
y Py X qy 、 z Pz X qz 是下风距离X及大气稳定度的函数，而下风方向的 距离X是一变量，它是风速和时间的函数。高架电源烟气扩散是三维 扩散过程，x方向上风速较大，以对流扩散为主，y方向和z方向则以弥 散扩散为主。本实例编程只是实现了二维扩散模型。即只是实现了xy 方向上的扩散模拟。
1>大气稳定度的确定
Pasquill根据五类地面风速、三类日间的日射和两类夜间 云量把扩散天气分为6类，即强不稳定、不稳定、弱不稳 定、中性、较稳定和稳定。分别用英文字母A、B、C、D、 E和F表示。
在国标“制订地方大气污染排放标准的技术原则和方法” （GB3840-83）与“环境影响评价技术原则”(HJ/T2.1-93) 中，建议采用下属修订的帕斯奎尔稳定度分类方法。首先 由云量与太阳高度角按表1查出太阳辐射等级数，再由太 阳辐射等级数与地面风速按表2查找稳定度等级。

2024年硕士研究生入学考试自命题科目考试大纲考试阶段：初试科目满分值：150考试科目：天气学科目代码：801考试方式：闭卷笔试考试时长：180分钟一、科目的总体要求系统地掌握天气学的基本理论知识，重点内容为：①大气运动基本方程组；影响大气运动的作用力及其物理意义。

②锋面附近气象要素场特征；锋面坡度和锋生公式及其物理意义。

③涡度方程、位势倾向方程和ω方程及其物理意义。

④北半球大气平均流场特征和北半球大气环流系统；影响大气环流的基本因子；阻塞高压和高空急流的结构和特征。

⑤天气系统的预报方法；高空和地面天气形势预报方程及其物理意义；温度和大风的预报方法。

⑥寒潮天气系统；寒潮天气过程成因；寒潮中期和短期环流形势演变特征。

⑦一般降水和暴雨形成条件；华南前汛期、江淮梅雨和华北与东北雨季气候概况；降水天气尺度系统特征；暴雨中尺度系统特征。

⑧对流性天气形成条件及触发机制；强雷暴天气发生、发展条件。

⑨低纬度大气环流基本特征；低纬度主要天气系统特点；青藏高原对东亚大气环流的影响。

⑩东亚夏季风和冬季风特征；东亚季风形成的基本因子。

二、考核内容与考核要求考试科目《天气学》共包含5个部分内容：1、“大气运动基本特征”和“气团与锋”（约15%）2、“气旋与反气旋”和“大气环流”（约25%）3、“天气形势及天气要素预报”和“寒潮天气过程”（约20%）4、“大型降水天气过程”和“对流性天气过程”（约25%）5、“低纬度与高原环流系统”和“东亚季风环流”（约15%）三、题型结构考试满分150分，题型可能包括以下6种：选择题、判断题、名称解释、简答题、计算题、论述题。

四、参考书目《天气学原理与方法》第四版朱乾根等编著气象出版社2007年。

五、其它说明1、考试形式为闭卷、笔试，考生无需携带计算器参加考试。

2、本科目考试时间为3小时，具体考试时间以《准考证》为准。

第五章大气环境影响评价1.大气污染：大气因某种物质的介入而导致化学、物理、生物或者放射性等方面的特性改变，从而影响大气的有效利用，危害人体健康或者破坏生态，造成大气质量恶化的现象。

即由于人类活动而使空气环境质量变坏的现象。

2.大气污染源：一个能够释放污染物到大气中的装置。

按来源分为自然和认为污染源，人为污染源又分为工业、交通、农业和生活污染源。

按污染源的几何形状：点、线、面、体源。

按污染物排放时间分：连续、瞬时、间歇源。

按排放形式分：有组织排放，无组织排放。

按几何高度：高架源、地面源。

无组织排放：凡不通过排气筒或通过15m以下的排气筒的排放。

连续点源源强：以单位时间内排放的物质或体积表示。

瞬时源源恰：以排放的总质量或总体积表示。

3.大气污染物：污染源排放到大气中的有害物质。

根据其形成过程，可将其分为一次、二次污染物；根据存在形态，可分为颗粒污染物和气态污染物。

按污染物的种类，分粉尘类，有害气体类，湿雾类，放射性污染，酸雨。

按烟雾分伦敦、光化学烟雾。

颗粒物按粒径分：TSP ≤ 100微米。

PM10≤10微米。

降尘＞10微米。

粉尘＞0.5微米。

4.综合性排放标准和行业性排放标准不交叉执行，先行业，后地方，国家顺序执行。

5.发布空气质量预报的因子：SO2，TSP，PM10。

6.一次污染物：指直接从各种排放源进入大气，在大气中保持其原有的化学性质。

如TSP，NO X，SO2。

7.二次污染物：指在一次污染物之间或大气中非污染物之间发生化学反应。

如光化学烟雾，酸性沉积物，O3。

8.环境空气质量功能区分类：一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区；二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。

三类区为特定工业区。

9.《大气污染物综合排放标准》规定了33种大气污染物排放限值，其指标体系为最高允许排放浓度、最高允许排放速率和无组织监控浓度限值。

10.大气环境影响评价：对项目实施的大气环境影响的程度、范围和几率进行分析、预测和评估，提出大气污染防治措施和对项目实施环境监测的建议。

说明：资料的题目为刘红年老师给的题目，答案为自己整理的，如果有错误或者遗漏，请给我留言。

公式和字符没有写出来。

答案为基本概念部分，因为计算题部分已给答案。

基本概念没有第八章和第十章的概念，请同学们自行复习。

祝大家考出好成绩。

基本概念：1.夹卷过程:未饱和的环境空气被夹卷进入积云中，云中的水一部分蒸发以使夹卷进来的空寂达到饱和，因而降低了云中液态水含量的过程。

2.贯透下沉气流：在云顶卷入的空气，当云水蒸发用以使卷入的气块饱和时，气块变冷。

如果在气块由于混合而失去它的身份之前，有足够的蒸发（使其变冷），气块将下沉，并在下沉过程中与更多的云内空气混合。

下沉直到它的负浮力等于零或失去了它的身份。

这样的气块可以在云中下降几千米，有时甚至是在云中存在相当大的上升气流的情况下，这时它们被称为贯穿下沉气流。

3.冰晶效应：由于同温度时冰面饱和水汽压小于过冷水面饱和水汽压，当实际水汽压间于两者之间时，会发生水分从过冷水滴蒸发而在冰晶面上凝华，导致水滴消失而冰晶长大的现象，称为冰晶效应。

4.描述暖云微物理特征的基本量有哪些？其定义如何？（1）液态水含量：单位体积空气中液态水质量，常用单位克/米3（2）云滴数浓度：单位体积空气中云滴数量，常用单位个/米3（3）云滴谱：是指云粒子浓度随云粒子尺度大小的分布。

1.暖云的云滴增长机制：凝结增长和碰并增长。

2.人工影响天气的方法与原理：人工影响天气是指人们通过理论和实验研究，应用一定的技术方法，使某些局部天气现象有利于人类方向转化，以达到预定目的的改造自然的科学技术措施。

（1）冷云催化：在云中播撒制冷剂如干冰等，使局部云体剧烈冷却而产生冰晶；在云内播撒凝结核如碘化银。

（2）暖云催化：利用吸湿性物质如食盐催化暖云降水；直接喷洒大水滴影响暖云降水。

（3）消暖雾：加热法；吸湿法；扰动混合法。

（4）消过冷雾：播撒人工冰核或制冷剂。

（5）抑制冰雹：人工增加雹核；爆炸法（6）预防霜冻；烟雾法；喷雾法(结冰法)；混合法（风机法）；加热法1.描述运动学特征的基本量有哪些？（1）切变（shear）：定义为在运动的法线方向上流体速度的变化率，（2）曲率（curvature）：沿着流线方向的方向变化率，若运动是逆时针转的则曲率为正，并称为气旋式(cyclonic)（北半球），若运动是顺时针转的则曲率为负，并称为反气旋式(anticyclonic) （3）分流（汇流）：diffluence (confluence) 沿着法线方向上的方向变化率，若流线在下游方向分散开来定义为正（分流）。

2.固定时刻等压面方程为 p ( x, y, z ) =常值，由此可求等压面高度 z z ( x，y ) ，相应等压面在
x 方向坡度为 tan i z / x p ， y 方向坡度为 tan j z / y p ，等压面最大坡度
tan p z ，设 Vg 20m / s ，试求 30 N 处等压面最大坡度。
其矢量形式为 Vg

1 M k f
4.当罗斯贝数 Ro 0.1时，取地转风近似的相对误差是多大？ 解：在梯度风平衡流场中，取地转近似 2 V2 1 p ，即 V fV fV g fV 0 RT n RT
43
所以
Vg V Vg

Vg fR T
~
41


答：当我们取地转风、梯度风、热成风概念时，就可以利用它们来核校实测风场、气压场、 温度场的分析是否协调一致。此外，根据单站探空给出的实测风铅直分布，可以估计出各层 中温度平流的性质，地转风和热成风概念已成为天气分析的基础，无论在理论研究和实际天 气分析中都有着广泛的应用。 8.有经验的预报员， 在无气象资料时， 将地面风向与高空云层移动方向进行比较就能决定气层 中是暖平流还是冷平流，你能对此作出解释吗？ 答：地转风随高度逆时针转动，于此相伴随的是冷平流；地转风随高度逆时针转动，于此相 伴随的是暖平流。 9.试从物理上说明，在梯度风平衡条件下，高压中的水平气压梯度的大小要受到限制，相应的 梯度风也要受到限制，且有 VG 2Vg
又ug
T T p p ： ： ： x z x z x z T T p p ： ： ： y z y z y z T T p p ： ： ： x y x y x y