中尺度氣象學習題集[課資類別]

1、中尺度氣象學習題集一、填空題1中尺度氣象學主要包括以下學科：（1）、（2）、（3）和（4）?！敬鸢浮浚海?）中尺度氣象學包括中尺度天氣學（2）中尺度動力學與數值模擬（3）中尺度天氣的短期和甚短期預報（4）中尺度大氣物理學。2在Orlanski對中尺度運動進行的分類中，依照水平尺度由小到大分別為（1）、（2）、（3），對應的水平尺度為（4）、（5）、（6）?！敬鸢浮浚海?）中尺度（2）中尺度（3）中尺度（4）220km（5）20200km（6）2002000km3中尺度運動的基本特征有（1）、（2）、（3）、（4）。【答案】：（1）空間尺度小，生命期短（2）氣象要素梯度大（3）非地轉平衡和非靜力

2、平衡及強的垂直運動（4）小概率和頻譜寬、大振幅事件4滯彈性近似與包辛內斯克近似的比較，滯彈性近似的連續(xù)性方程形式為(1)無輻散，而包辛內斯克近似的連續(xù)性方程形式為(2)無輻散；滯彈性近似中密度的變化不僅考慮熱膨脹效應，而且也考慮（3）效應；對于適用范圍，滯彈性近似可應用于（4）對流運動，而包辛內斯克近似只能應用于（5）對流運動?！敬鸢浮浚海?）質量（2）速度（3）壓縮（4）深（5）淺5對稱不穩(wěn)定，從物理上看，就是在垂直方向上為(1)和水平方向上為(2)的環(huán)境中，空氣作傾斜上升運動時仍然可能發(fā)生的一種不穩(wěn)定。其不穩(wěn)定判據等(3)面斜率小于等(4)面斜率?！敬鸢浮浚海?）對流穩(wěn)定（2）慣性穩(wěn)定（3

3、）絕對動量（4）位溫6在CISK過程中，大尺度流場通過(1)的抽吸作用，對積云對流提供了必須的水汽輻合和上升運動，積云對流釋放的(2)又為驅動大尺度擾動提供了能量，于是小尺度積云對流與大尺度流場演變相互作用互為因果共同發(fā)展。如(3)提供了CISK過程中啟動積云對流的上升運動，則稱之為波型第二類條件不穩(wěn)定（WaveCISK）。【答案】：（1）摩擦邊界層（2）凝結潛熱（3）大氣中的內波尤其是重力內波7中緯度地區(qū)常見的中尺度對流系統(tǒng)有三類：(1)（普通單體雷暴和局地強風暴），(2)（如颮線）及近于圓形團狀結構的(3)（MCC）。【答案】：（1）局地對流系統(tǒng)（2）二維線狀（帶狀）對流系統(tǒng)（3）中尺度對

4、流復合體8局地強風暴被認為是大氣中最重要的中尺度環(huán)流，其環(huán)境場最重要的特征是強(1)和強(2)。【答案】：（1）位勢不穩(wěn)定（2）垂直風切變9.中尺度天氣現象分為二類，一類是(1)，如(2)、(3)等；另一類是(4)，如(5)、(6)、(7)、(8)等?！敬鸢浮浚?1)穩(wěn)定性天氣(2)局地低云(3)濃霧(4)對流性天氣(5)雷暴(6)大風(7)下?lián)舯┝?8)冰雹10中尺度天氣系統(tǒng)，就其產生的基本原因可分為(1)和(2)兩類，其中地形性環(huán)流有(3)，和(4)等，強對流天氣系統(tǒng)有(5)，(6)，(7)和(8)等。【答案】：（1）非均勻性質下墊面強迫（2）大氣的內部過程（3）背風波（4）海陸風環(huán)流（5

5、）雷暴單體（6）颮線（7）中尺度對流復合體（8）龍卷11在有基本氣流條件下，重力波發(fā)展的條件是(1),它們表示了這樣的物理意義，即(2)和(3)是有利于重力波發(fā)展的?！敬鸢浮浚海?）Ri1/4（2）弱的靜力穩(wěn)定度（3）強的垂直風切變12中尺度大氣運動遵循以下物理原理：(1)、(2)、(3)、（4）以及其它氣體和氣溶膠物資守恒?！敬鸢浮浚海?）質量守恒（2）能量守恒（3）動量守恒（4）水物質守恒(了解)13經典的對流發(fā)展的三要素是：(1)、(2)和(3)。【答案】：（1）水汽（2）不穩(wěn)定（3）抬升機制14只有與(1)力聯(lián)系的項中保留了密度擾動，而在(2)力項中，則略去了密度擾動的影響，這樣的近似

6、稱為對流近似。【答案】：（1）重（2）氣壓梯度15彈性流體方程組包含的四種重力波解，分別是一對（1）重力波，一對（2）重力波；而彈性近似之后的中尺度運動方程組則濾去了（3）重力波，而保留了（3）重力波?！敬鸢浮浚海?）高頻（2）低頻（3）高頻（4）低頻二、簡答題16簡述對流近似的含義?！敬鸢浮恐挥信c重力聯(lián)系的項中保留了密度擾動，而在氣壓梯度力項中，則略去了密度擾動的影響，這樣的近似稱為對流近似。17簡述中尺度運動的基本特征?！敬鸢浮浚海?）空間尺度小，生命期短（2）氣象要素梯度大（3）非地轉平衡和非靜力平衡及強的垂直運動（4）小概率和頻譜寬、大振幅事件（了解）18寫出Orlanski對中尺度運

7、動的分類標準?！敬鸢浮浚篛rlanski把中尺度運動分為中尺度、中尺度和、中尺度，對應的水平尺度分別為：220km、20200km、2002000km19簡述大氣標高和擾動垂直尺度的區(qū)別。【答案】：大氣標高描述的是基本熱力學變量的垂直尺度，用表示，它表征的是基本熱力學變量垂直方向變化達到本身量級的尺度，而常用H表示擾動的特征垂直尺度，它表征的是擾動在垂直方向的伸展范圍，一般情況下，顯然H，對于淺對流運動來說，H100000B.內部-52的冷云區(qū)面積必須50000開始A和B的尺度條件首先滿足持續(xù)期符合A和B尺度定義的時間必須6h最大范圍領近的冷云罩（紅外溫度-32）達到最大尺度形狀最大范圍時的偏

8、心率（短軸/長軸）0.7結束A和B的定義不再滿足40.地形影響對流天氣的主要作用是什么？【答案】：地形影響對流天氣的主要作用是抬升作用、輻合作用和云物理作用。41.地形引起的云物理作用有哪些？【答案】：地形的作用在于當降水天氣系統(tǒng)移進山區(qū)時，由于抬升和輻合作用，使對流云和高層云得到充分發(fā)展，因而形成播種云。另外，天氣系統(tǒng)內的低層云，由于山坡上持續(xù)的抬升運動提供了源源不斷的水分而得到維持，當上層冰晶或雪粒落入山區(qū)低云，對其播撒和沖刷，捕捉大量的小水滴，使兩層云的造雨過程得到充分發(fā)展，形成地形暴雨，所以當地形迎風破出現不同層次的降水云或不同種類的云同時出現的地區(qū)要特別警惕出現強降水的可能。42.地

9、形波主要有幾類，造成差別的原因是什么，它對天氣預報的啟示是什么？【答案】：（1）氣流過山引起的波動稱為地形波。大氣中的不連續(xù)面是形成地形波的主要物理作用。許多觀測事實表明，逆溫層或至少是穩(wěn)定層（600hpa）幾乎是地形波產生的必要條件。（2）地形波氣流分為四種類型，分別是片狀氣流、定常渦旋氣流、波狀氣流和旋子氣流。這四種不同類型之間的差別是由風速垂直分布不同形成的。（3）我國的實際天氣分析表明，有些地方在地形背風面的降水比迎風面還要多，而冰雹現象又往往產生在地形背風面，這說明在地形背風面的中小尺度天氣系統(tǒng)活動對局地暴雨和強對流天氣起著重要的作用。43.什么叫熱島效應？它對天氣通常有哪些影響。【

10、答案】：（1）在一定范圍內，當某區(qū)域的溫度比周圍其他區(qū)域的溫度明顯偏高時，我們稱該區(qū)域為一個熱島。因熱島存在對局部天氣產生的影響稱為熱島效應。（2）在城市中由于人類的活動頻繁，而且大氣污染嚴重，熱島效應非常明顯。熱島效應對天氣影響主要是造成惡劣的能見度、一定的降水和影響雷暴分布等。44.什么叫下坡風？產生下坡風的機制中主要應考慮什么?【答案】：（1）自山上向山下吹得局地強風，稱為下坡風。（2）產生下坡風的機制中主要應考慮下坡風相對冷暖的原因和下坡氣流產生的原因。45.什么叫中小尺度分析，簡述它的主要特點?！敬鸢浮浚海?）對中小尺度天氣系統(tǒng)的描述分析，稱為中小尺度天氣分析。（2）它的主要特點是：

11、分析中會使用大量的非常規(guī)觀測資料或經過處理的常規(guī)資料；分析方法和采用的參數都要考慮時空分辨率高，分析的要素和物理量變化大，不滿足地轉平衡等約束關系，對一些強烈天氣系統(tǒng)，靜力平衡關系也不適用。46.中小尺度天氣系統(tǒng)簡述Shuman-Shapiro濾波方法的基本思路。【答案】：這種方法的基本思路是：選取適當的濾波系數S，用一定的濾波算子濾去n倍格局的波動，再用原始場減去濾波后的平滑場，就可以分離出n倍格局的波長的擾動場。47.簡述用，和（空氣飽和時的）的垂直分布表征大氣層結穩(wěn)定度的判據。【答案】：判據如下：絕對不穩(wěn)定：0條件不穩(wěn)定：0或絕對穩(wěn)定：對流不穩(wěn)定：48.簡述常用的熱力穩(wěn)定度指數的表達式和

12、判據?！敬鸢浮浚?1)抬升指數：LI：LI=-.LI正值愈大，表示愈不穩(wěn)定。（2）沙瓦特指數：SI:SI=,SI0表示不穩(wěn)定，負值愈大，表示愈不穩(wěn)定。（3）簡化沙氏指數：SSI：SSI=,正值越小，表示氣層愈不穩(wěn)定。（4）總指數：TT：TT=,TT越大，表示氣層越不穩(wěn)定。（5）A指數：A=()+,A值越大，層結越不穩(wěn)定。（6）K指數：K=()+-,K值越大，層結越不穩(wěn)定。（7）里查森數：:()/,當0.25-1易發(fā)生中緯度系統(tǒng)性對流；當-1易發(fā)生氣團性雷暴；當-2易發(fā)生熱帶性積雨云。（8）能量螺旋指數：EHI:EHI=,當EHI較大時，出現超級單體和龍卷風的可能性較大49.簡述計算高分辨率不穩(wěn)

13、定能量方法的設計思路。【答案】：通常，大氣不穩(wěn)定能量都是使用探空資料進行計算。但常規(guī)高空探測資料對生命使僅幾小時的強對流系統(tǒng)來說，其時間和空間分辨率都是不足的。在高分辨不穩(wěn)定能量的計算中，采用二次曲面擬合方法，由區(qū)域附近的高空觀測站的探空資料算出某地面測站上空的高空氣象要素值，從而得到地面測站密度的高分辨的不穩(wěn)定能量分布。采用的計算公式為=g()式中為與間的不穩(wěn)定能量，g為重力加速速度，為與等壓面間的厚度。50.按預報時效，簡述天氣預報的分類?！敬鸢浮浚禾鞖忸A報按時效分為長期（10d）、中期（310d）和短期（400.0mm）。60.簡述暴雨預報中的“落區(qū)法”?！敬鸢浮浚罕┯辍奥鋮^(qū)法”即暴雨“

14、綜合疊套法”，它是通過對暴雨成因分析，找到各種有利于暴雨發(fā)生發(fā)展的有利因子，將其疊加在同一張?zhí)鞖鈭D上，并分析出有利因子集中得最多的地區(qū)，這個地區(qū)便是暴雨最可能發(fā)生的地區(qū)。這種預報暴雨的方法稱為“綜合疊套法”，或稱為“圍區(qū)法”，“落區(qū)法”。61.簡述用MOS法作暴雨預報的難點和修訂技術。【答案】：MOS預報制作暴雨預報面臨的難點是暴雨屬小概率事件，統(tǒng)計方法用于小概率事件的預報其效果不佳；而且暴雨的發(fā)生往往是次天氣尺度和中小尺度系統(tǒng)直接造成的，而目前的數值預報產品，尚不能反映次天氣尺度以下的天氣系統(tǒng)。為此，我國在用MOS方法作暴雨預報時，常采用以下技術來克服和彌補上述缺陷：消空處理；對天氣形式分類

15、；挑選好的預報因子；適當處理預報對象。62.什么是強對流？簡述強對流天氣發(fā)生發(fā)展的典型形勢特征?！敬鸢浮浚簭妼α魈鞖庖话闶侵赴殡S雷暴發(fā)生的大雹、強風、龍卷風等劇烈天氣。強對流天氣發(fā)生發(fā)展的典型形勢特征是高低層有高空急流和低空急流，在低層有暖濕舌伸展，中層有干舌疊加在低層濕舌之上，層結不穩(wěn)定度很大。63.如何預報雷暴大風？【答案】：觀測證明，雷暴大風通常是同強雷暴相聯(lián)系的，尤其是下?lián)舯┝?，它是超級單體強對流風暴的產物。當天氣形勢為可能出現雷暴時，在預報工作實踐中常用以下方法預報大風：使用雷達資料；使用衛(wèi)星云圖資料；使用探空資料；使用經驗指標；使用診斷指標。64.簡述冰雹預報的關注要點?！敬鸢浮浚?/p>

16、冰雹預報的關注要點是：是否有強上升氣流；0和-20層高度是否適宜于冰雹胚胎不斷增大。-20層高度常在7.5km（400hPa）附近或以下，0層高度高度在4km（600hPa）左右；雹粒在通過凍結高度到地面這一氣層時的融化作用（凍結高度到地面的距離；這個距離內的平均氣溫；雹粒尺寸）；使用多普勒雷達垂直累積液態(tài)含水量（VIL）資料，判斷雷暴云是否為冰雹云和出現冰雹的大小。65.什么叫CSI指標？【答案】：CSI指標即臨界成功指數。它是對預報準確率或對一種預報方法和技術進行客觀評估的指標。CSI指標同時考慮漏報和空報兩類錯誤，其數值在01之間。0表示完全失敗，1表示完全正確。CSI=x/(x+y+z

17、)其中x為成功的預報，y為漏報，z為空報。66.試從表達式CSI=x/(x+y+z)推導出CSI=/1+(【答案】：步驟如下：注意到x+y0,以及z+w0，及(x+y)/N=（強雷暴概率）,(z+w)/N=（無強雷暴概率）,(N=x+y+z+w），x/(x+y)=（強雷暴探測概率）,w/(z+w)=（無強雷暴探測概率）,+=1,則有=1-=1-=/-./=(1-)/=1-=1-1CSI=/()=/1+67.簡述甚短期和臨近預報系統(tǒng)的基本特點。【答案】：甚短期和臨近預報系統(tǒng)的基本特點是：研究的對象主要是中小尺度系統(tǒng)，考慮的大氣物理過程復雜，涉及水相變化，對流傳輸，邊界層效應，湍流和輻射平衡等。處

18、理的資料時空分辨率高，信息流量大；更新時效短；預報內容要求具體，預報產品常需定地點、定時間、定要素核定強度；預報或警報的制作和發(fā)布要快速及時。68.位渦重要特性是什么？簡述它們在天氣分析中的意義。【答案】：（1）位渦具有兩個重要特性是守恒性和可反演性。位渦的守恒性（即在絕熱、無摩擦條件下，運動大氣的位渦保持不變），使得可以通過追蹤位渦異常區(qū)（即位渦高值或低值區(qū)）來追蹤大氣擾動的演變情況。位渦的可反演性是指在給定位渦分布和邊界條件，并假定運動是平衡（如地轉平衡、梯度風平衡）情況下，可以反演出同一時刻的風、溫度、位勢高度等的發(fā)布來。利用位渦守恒性和可反演性原理，通過等熵位渦分析，清楚地顯示了高空位渦異常和低層位溫異常