气象学第二章

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。

sinh sin sin cos cos cos
– 例：计算广州(φ=23°8′N)1月15日 (δ=－21°17′)正午时(ω=0)的太阳高度角。 将已知条件代入上式有： sin h=0.71427 h= 45°35′ – 中午是时太阳高度角的计算： h= δ- φ+90° (太阳在天顶以南) h= φ - δ +90° (太阳在天顶以北)
– 地平坐标：地面一点的铅直线与天球相交于天 顶和天底，地平圈与天顶轴垂直，通过天顶和 天底而与地平圈垂直的大圈为地平经圈，与地 平圈平行的小圈称为地平纬圈，地平纬圈与地 平圈间的角距为地平纬度。通过南点的地平经 圈为起算点，向西计算(顺时针)的角距为地平经 度。地平坐标就是用地平纬度(高度角)和地平经 度(方位角)决定天体位置的坐标。 – 赤道坐标：以地球中心为天球中心，地轴延长 线与天球相交，交点称为天极，与天轴垂直的 大圈为天球赤道，通过天极而与天球赤道相垂 直的大圈称为时圈或赤经圈，与天球赤道相平 行的小圈称为赤纬圈，赤纬圈与天球赤道的角 距为赤纬，向北为正，向南为负，通过天顶和 天底的时圈为子午圈。
普朗克定律
– 绝对黑体放射能量在光谱中的分布可由此定 律得出，它指出了绝对黑体的放射能力 ε0(λ,T)随波长和温度而变的关系。 – 在温度T时，黑体表面单位面积所放射的波 长介于λ到λ+ d λ之间能量为：
C1 0 (, T)d 5
1 e
C2 T
d 1
– 其中C1=2πhc2，C2=hc/k，c=3×108m· -1为光速， s h=6.63×10-34J· s为普朗克常数，k=1.38×10-23J· -1 为 K 波尔兹曼常数，即C1=3.74×10-16W· 2，C2=1.438×10m 2m· K – 该定律指出了放射能量最大值的波长随着温度的增加而 移向波长较短的区域，而且放射的总能量随着温度增加 而增大

一、概念 天气、气候、气候系统、干结大气、冰雪反馈机制、虚温、比湿、相对湿度、露点、水汽压、 饱和差、绝对湿度等 二、气候系统 1、大气的组成：干洁大气、水汽、气溶胶 2、臭氧的生成、垂直分布、作用、减少。 3、二氧化碳 三、大气的分层 分层依据、主要层次、各层主要特征、范围
四、有关大气的物理性状
1、主要气象要素：温、压、湿、风 湿度特征量（6个），气压。 2、空气的状态方程 干空气的状态方程 湿空气状态方程与虚温第二章 大气的热能与温度
一、太阳辐射 1.基础知识：重点 黑体辐射定律及性质 2.太阳辐射：太阳常数，太阳高度角及对气候的 影响，天文辐射与天文气候。 3.太阳辐射在大气中的减弱： a.大气的吸收，吸收物质、吸收特点，高层大于低层，吸收量不大。 b.大气对太阳辐射的散射：分子散射性质，粗粒散射性质 。 4.到达地面的太阳辐射：到达地面的太阳直接辐射、 到达地面的太阳散射辐射D、到达地面的太阳总辐射,反射辐射、反射率。 二、地面和大气辐射
1.时间变化：日变化，日较差及影响因子 年变化，年较差及影响因子 ?2.空间变化：水平分布（略） 垂直变化（重点逆温现象及形成分 类。ｐ57） 第三章 大气中的水分
一、蒸发和凝结 ?1.水相变化的判据（E>ｅ蒸发、E=ｅ饱和、E<ｅ凝结）和相平衡 2.饱和水汽压 E ? a. E与温度的关系； ? b. 与蒸发面性质的关系： 冰面与过冷水面E的 差别（冰晶效应） c.凸凹平液面的E? 3.水汽凝结的条件： 凝结核 ｅ≥E 二、地面和大气凝结现象
一、气压随高度和时间变化 1.大气静力学基本方程 ： 垂直气压梯度、单位气压高度差 2. 压高公式：气压随高度指数型降低 3. 气压随时间变化的原因： ???? 4.气压日、年变化 年变化有三种类型：压梯度力、地转偏向力，惯性离 心力，摩擦力）各力的含义、表达式及对运动的影响 2.自由大气中空气的水平运动 a.? 地转风 ?? b. 梯度风 c. 热成风（地转风随高度的变化） 3.摩擦层中空气的运动 摩擦层中力平衡状况及风速与气压场的关系 摩擦层中风随高度的变化――埃克曼线 四、大气环流 第五章 天气系统

Fi
i
→ ：单位质量空气质点受到的真实力
→ 广义牛顿粘性假设，有
→
左边：加速度项； 右边：引起大气运动变化的原因
用
近似表示，a是地球半径 －－万有引力
－－惯性离心力项 万有引力＋惯性离心力＝重力
垂直地面向下
－－压力梯度力
－－科氏力 （地转偏向力）
：分子粘性力
重力： 保守力 科氏力：不做功，只改变运动方向
sin
u)
k
(2
cos
u)
其中: ~f 2 cos , f 104 s1; 7.292 105 s1
u
t
u
u x
Hale Waihona Puke vu yw u z
1
p x
~fw
fv
Fx
v
t
u
v x
v
v y
w
v z
1
p y
fu
Fy
w
t
u
w x
v
w y
w w z
1
p z
~fu
g
Fz
u v w (u v w) 0
（运动形式） 分子粘性力：耗散 驱动大气运动的主要动力：压力梯度力
从以上讨论可见： 物理上－－压力梯度力是驱动大气运动 的主要因子，而压力的变化与热力与动 力过程相关联，因此描写大气过程必须 考虑热力过程。
数学上：运动方程：1个（矢量） 3个（分量）
未知量：速度、气压、密度 必须寻找描写气压、密度变化的方程 －－方程才能闭合
第二章 描写大气运动的基本方程组
一、运动方程： 牛顿第二定律：（单位质量的气团）
成立条件：绝对（惯性）坐标系