動(dòng)力氣象學(xué)匯總

1、一、地球大氣的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特征：答：特性一：受重力場作用，大氣大尺度運(yùn)動(dòng)具有準(zhǔn)水平的特征及靜力平衡性質(zhì)。特性二：大氣是重力場中的旋轉(zhuǎn)流體，在中高緯度大氣的大尺度運(yùn)動(dòng)具有地轉(zhuǎn)近似平衡性質(zhì)。特性三：大氣是層結(jié)流體，層結(jié)穩(wěn)定度對大氣的垂直運(yùn)動(dòng)具有重要作用特性四：大氣中含有水汽，水汽所釋放的潛熱是大氣運(yùn)動(dòng)發(fā)展的一種重要能量來源。特性五：大氣的下邊界是不均勻的，對 大氣的運(yùn)動(dòng)也具有重要影響。二、大氣運(yùn)動(dòng)遵循哪些規(guī)律？答：大氣運(yùn)動(dòng)遵守流體力學(xué)定律。它包含有牛頓力學(xué)定律，質(zhì)量守恒定律，氣體實(shí)驗(yàn)定律，能量守恒定律，水汽守恒定律等。由牛頓力學(xué)定律推導(dǎo)岀運(yùn)動(dòng)方程 （有三個(gè)分量方程）、由質(zhì)量守恒定律推導(dǎo)岀連續(xù)方程

2、、由氣體實(shí)驗(yàn)定律得到狀態(tài)方程、由能量守恒定律推導(dǎo)岀熱力學(xué)能量方程、由水汽守恒定律推導(dǎo)岀水汽方程。這些方程基本上都是偏微分方程。這些方程構(gòu)成了研究大氣運(yùn)動(dòng)具體規(guī)律的基本岀發(fā)方程組。三、 何謂個(gè)別變化？何謂局地變化？何謂平流變化？何謂對流變化？及它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式？答：1、個(gè)別變化df鳳蜀呈、満度等的個(gè)劇愛祀. 在氣象學(xué)中表 示牛別率氣繼寓的氣袒揚(yáng)理量在送動(dòng)過餐中隨時(shí) 冋的哽化辛習(xí)演上稱為牛刑愛化 .dt2、局地變化魯表示物理量f的局地變化（率）例如.某 個(gè)覓點(diǎn)的2 4小時(shí)的溫度變化，或3小時(shí)的氣壓甕 化*就稱為溫度的局地愛化，或氣壓的局地變 化。.稱為局地變化算符。3、平流變化-K,-V,/稱為物

3、理量F的平流變化（率； 式中仇三疳+庁表示是水平鳳矢量d - c -S =瓦* +不/表示是水平捧度算符。帝丿稱為f的水平梯度。4、對流變化-哼為溫度的對流愛化（率廠又稱溫度的 垂直晶作用，它與平流變化的物理意義本慶上 是一樣的，只是它是由垂直運(yùn)動(dòng)而引起的變化。（2.4）式亠（亠drdT-dTdtdidz四、大氣運(yùn)動(dòng)受到那些力的作用？答：受到氣壓梯度力、地球引力（也稱為地心引力）、摩擦力、慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向 （科里奧利）力等作用。其中氣壓梯度力、地球引力、摩擦力是真實(shí)力，或稱牛頓力。而慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向力是視示力”是虛擬的力。五、科里奧利力有哪些重要特點(diǎn):答:科里奧和力且有以下兒個(gè)董奚特點(diǎn)

4、=A與C才目垂直*所以在緯圏2、A與鳳角訐湘垂直， 對于水平運(yùn)多而言* 在寸匕半球電轉(zhuǎn)懾向力使 運(yùn)動(dòng)向右倔*如圖所示哀庭南豐埠地轉(zhuǎn)懾旬 力侯運(yùn)多面左傾+所以它對運(yùn) 動(dòng)氣塊不做功*它只能改變氣塊殆運(yùn)毋右向 而不育奩改蠻其逵產(chǎn)丸小+3、地轉(zhuǎn)偏向力的大小與相對速度 v大小程正比。對于水平運(yùn)動(dòng)的地轉(zhuǎn)偏向力，它隨地理緯度減小而減小六、根據(jù)牛頓力學(xué)原理大氣運(yùn)動(dòng)方程表達(dá)式 答:根據(jù)牛頓力學(xué)原理大氣運(yùn)動(dòng)方程為:= lvp2QxV+gF dt p(2. 35)等號左邊是天氣運(yùn)動(dòng)加速度，等號右邊第一項(xiàng)是 氣壓擇度力；第二項(xiàng)是科里奧利力；第三項(xiàng)是重 力；第四項(xiàng)是摩擦力。七、熱力學(xué)能量方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其物理意義答:

5、冋題？一 J餐九了冰邸乃帕們歸醪衛(wèi)扎址扮川；根據(jù)能量守恆定警可推導(dǎo)出撐力學(xué)能量方鶴其毀學(xué)表達(dá)式為: &聖-空璧Q（Z 52） dt dt式中K為干空氣軸吒條常敕，J再定壓比熱=1004焦耳/干克開）,Q為由熱傳導(dǎo)和潛熱釋放而遙成的單程廣量的加馥辛” 它的物理意丈是；等號左邊是單位質(zhì)量氣塊地溫度牛刑變化, 善號右邊第一項(xiàng)是對單住質(zhì)董氣決對如熱項(xiàng)7表示氣塊受到如熱（冷卻）點(diǎn)氣溫將升高（降低八第二項(xiàng)是單伎質(zhì)量氣塊的氣圧個(gè)別交化，表示氣塊受到加（降壓，其氣溫將#離（降低）.八、何謂局地直角坐標(biāo)系？（局地直角坐標(biāo)系的取法及其特點(diǎn)？）答：所謂局地直角坐標(biāo)系是指：這個(gè)直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)（或稱0點(diǎn)）設(shè)在地球表面

6、某一地點(diǎn)，則其三個(gè)坐標(biāo)軸（x,y,z）中x軸指向這個(gè)地點(diǎn)水平面上的東方；y軸指向這個(gè)地點(diǎn)水平面上的北方；z軸指向這個(gè)地點(diǎn)的天頂方向，與球坐標(biāo)相同。因此這個(gè)坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸的指向也隨地點(diǎn)不同而不同?？梢哉J(rèn)為它是球坐標(biāo)系中略去球面曲率影響后的簡化形式，對于所研究的水平 范圍不太大的氣象問題，這種簡化所產(chǎn)生的誤差是比較小的。在這個(gè)坐標(biāo)系中重力只岀現(xiàn)在z軸方向，使運(yùn)動(dòng)方程變得比較簡單些。九、什么叫尺度分析？答：根據(jù)天氣實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)知：大氣中出現(xiàn)有各種不同尺度的運(yùn)動(dòng)。不同尺度的運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特征是不同的。所謂尺度分析方法，就是對不同類型運(yùn)動(dòng)，通過觀測資料，給出各種尺度運(yùn)動(dòng)物理量的特征值（也被稱為尺

7、度），特征值（尺度）的大小通常用數(shù)量級表示。用這樣方法來估計(jì)出基本方程中各項(xiàng)數(shù)量級，找出主要因子，略去次要因子，使方程得以簡化，以 利數(shù)學(xué)處理，也有利于揭示某種運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)特征。它是一種對物理方程進(jìn)行分析和簡化的有效方法。十、何謂零級簡化？何謂一級簡化？中高緯度地區(qū)，自由大氣的大尺度水平運(yùn)動(dòng)方程的零級簡化和一級簡化的結(jié)果得到了什 么結(jié)論？答：所謂零級簡化，通過比較方程中各項(xiàng)的數(shù)量級，只保留方程中數(shù)量級最大的各項(xiàng)，而其他各項(xiàng)都略去。所謂一級簡化，通過比較方程中各項(xiàng)的數(shù)量級，除保留方程中數(shù)量級最大的各項(xiàng)外，還保留比最大項(xiàng)小一個(gè)量級的各項(xiàng),而將更小的各項(xiàng)略去。零級簡化結(jié)論：通過尺度分析理論，中高緯度地

8、區(qū)，自由大乞妁 大尺度水平運(yùn)動(dòng)方程零級簡化為(3 34)pcy戎中f=2 Q sin 稱為地轉(zhuǎn)參款 上丸表示；中高 緯度地區(qū)*自由大氣的大尺度水平運(yùn)動(dòng)中力的基 本箝征是：水平乞壓梯度力與水平地轉(zhuǎn)偏向力近 似平衡.一級簡化結(jié)論：而一級簡化方程為：cidudu1 ct) p十刼-F v-IVGtGixp dx”、rr.：；一(X35)CVCVCV1Cp-u - v = IUctdxdypdy它表示了：自由大氣中的空氣塊的加建度，主要 是由水平氣壓梯度力與水平地轉(zhuǎn)偏向力的撤小不 平衡所引起的。十一、大尺度空氣運(yùn)動(dòng)在垂直方向的基本特征?答：通過尺度分析理論，大尺度的垂直運(yùn)動(dòng)方程 可簡化方程為：A1 c

9、pu = Qp tL (1 37b)這就是氣象學(xué)中的靜力學(xué)方程。對于大尺度運(yùn)動(dòng) 它具有很高的赭確度。表示k尺度空氣運(yùn)動(dòng)在 垂直方向的基本上特征是：垂直氣壓梯度力與重 力侏持平衡.這也是大尺度大氣運(yùn)動(dòng)的重要特盍 之一.十二、大尺度系統(tǒng)的連續(xù)方程零級簡化結(jié)論，一級簡化結(jié)論。答零級簡化結(jié)論：根據(jù)連續(xù)方程各項(xiàng)的數(shù)量級大小，連續(xù)方程一級簡化結(jié)論：的零級簡化方程為：和V rex cyr(3* 38)而級簡化方程為：昂氏母碎刃3 = 0(X 39)或?qū)懗桑篍 氐k S或”護(hù)墜標(biāo)系申的舷轉(zhuǎn)鳳公式為，1民11.f f dy1 c/V,=-CX(5. 25)(5. 24)其向董彩式為=(5. 27)十七、熱成風(fēng)與

10、溫度場有何關(guān)系？答：(5.48)由此可得皓論二匕491為較低一層的融由等壓坡度所十五、什么叫梯度風(fēng)。答：梯度鳳就是指：在慣牲離心力與氣壓桶度力及地轉(zhuǎn) 偏向力這三力平街（稱為桶度風(fēng)平衡下的空氣運(yùn)動(dòng)連 度，用符號或H表示。十六、何謂熱成風(fēng)及其數(shù)學(xué)表達(dá)式？答：氣象學(xué)定丈地轉(zhuǎn)風(fēng)龍高度的改變量為熱成風(fēng)， 其符號為 它的數(shù)學(xué)表達(dá)丸為：熱成風(fēng)與平均溫度線（或厚度線平行，背熱成 廢，也就是等壓風(fēng)而立高溫在右，低溫在左*熱咸風(fēng)的大小與平 均溫度（或厚度線）的捧度成正比，與緯度值成 反比同時(shí)也與5上值成正比伸P:十八、熱成風(fēng)與冷暖平流的關(guān)系？答：當(dāng)兩層等壓面的地轉(zhuǎn)風(fēng)已知時(shí)，由熱成風(fēng)的定義式即可確定此兩層間冷暖區(qū)的

11、分布及溫度梯度的大小。因?yàn)樵趯?shí)際的自由大氣中實(shí)際風(fēng)接近地轉(zhuǎn)風(fēng)，可得如下結(jié)論：當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)風(fēng)（或?qū)嶋H風(fēng)）隨高度增加而逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，則有冷平流。當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)風(fēng)（或?qū)嶋H風(fēng)）隨高度增加而順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，則有暖平流?？筛鶕?jù)某地的高空風(fēng)隨高度轉(zhuǎn)變情況，來判斷冷暖平流隨高度變化，從而判斷當(dāng)?shù)卮髿夥€(wěn)定度變化趨勢。如高層冷平流較強(qiáng)或底層暖平流較強(qiáng)，則大氣穩(wěn)定度將趨向不穩(wěn)定，為預(yù)報(bào)對流性天氣提供依據(jù)。十九、練習(xí)題：已知在摩擦層內(nèi)，某測站為西南風(fēng)，試作圖表示（水平氣壓梯度力），（水平地轉(zhuǎn)偏向力），（摩擦力），（實(shí)際風(fēng)），（地轉(zhuǎn)風(fēng)）和 地轉(zhuǎn)偏差 的相互配置。提示：作圖順序如下： 根據(jù)已知條件先畫出實(shí)際風(fēng)（西南風(fēng)）的矢量； 根據(jù)實(shí)際風(fēng)畫

12、出地轉(zhuǎn)偏向力； 根據(jù)實(shí)際風(fēng)畫岀摩擦力； 根據(jù)地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力的合力畫岀氣壓梯度力； 根據(jù)氣壓梯度力畫岀地轉(zhuǎn)風(fēng)； 根據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)和實(shí)際風(fēng)畫岀地轉(zhuǎn)偏差；（這個(gè)題靠運(yùn)氣吧,當(dāng)時(shí)學(xué)會(huì)的已經(jīng)還給老師了）二十、環(huán)流的物理含義 ？答：在流體中，任取一閉合物質(zhì)曲線L （所謂物質(zhì)曲線是指曲線上的流體物質(zhì)不流出此曲線，曲線外的流體物質(zhì)也不流入此曲線），此曲線上每一點(diǎn)的速度大小和方向可以是不同的（物質(zhì)曲線的位置和形狀隨時(shí)間可以改變，但不會(huì)斷裂），若對曲線上各點(diǎn)的流體速度在曲線 L方向上的分量作線積分，則此積分定義為速度環(huán)流，簡稱為環(huán)流C二一、什么叫渦度，以及相對渦度和絕對渦度的定義？ 答：渦度：.單柱面積上的壞流。它

13、的數(shù)學(xué)表達(dá)式知6.21）它是一個(gè)向量，它的方向按一種“右手規(guī)則”確定?？梢宰C明渦度的數(shù)值等于流體旋轉(zhuǎn)角速度的2倍.相對渦度和絕對渦度:在址球上觀測到的渦度稱為相對渦度。地球本身自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的渦度稱為地轉(zhuǎn)渦度（或行星渦 度，也稱為牽連渦度，地轉(zhuǎn)渦度=2 Q ,相對渦 度加上電球自轉(zhuǎn)渦度等于絕對渦度，即等于在襦甘叢壇歪中頂訕1和】百&漓應(yīng).二十 所討 什么 答：二、氣象上通常論的渦度是什么特征？他與天氣系統(tǒng)有關(guān)系？由于大氣基本上是水平運(yùn)功 所法氣象上適常if論 水平面上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即討論指向垂直方向的相對渦度 分量,它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：dv cu它與天氣圖上氣旋與反氣旋有一定的對應(yīng)柱，通常正相 對謁度對應(yīng)于氣旋或低區(qū)櫓，負(fù)相對渦度對慮于反氣旋 或高壓聲揮所嘰 氣象理論上多用満度方程耒硼