動(dòng)力氣象試題分類

1、動(dòng)力氣象試題分類試題參數(shù)(分值，難度系數(shù)，知識(shí)點(diǎn)，題型)組卷參數(shù)（題型比例，難度比例，章節(jié)比例）一、 填空題1. 控制大氣運(yùn)動(dòng)的基本物理定律有牛頓第二定律、質(zhì)量守恒定律、熱力學(xué)能量守恒定律和氣體實(shí)驗(yàn)定律。(8,1,2,1)2. 在旋轉(zhuǎn)地球上，一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的空氣微團(tuán)所受的基本作用力氣壓梯度力、科里奧利力、慣性離心力和摩擦力。(8,1,2,1)3. 中緯度大尺度運(yùn)動(dòng)具有以下基本性質(zhì)，即準(zhǔn)水平、準(zhǔn)定常、準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡、準(zhǔn)靜力平衡和準(zhǔn)水平無(wú)輻散。(10,1,2,1)4. 環(huán)流和渦度都是描述流體渦旋運(yùn)動(dòng)的物理量，前者是對(duì)流體渦旋運(yùn)動(dòng)的宏觀度量，后者是對(duì)流體渦旋運(yùn)動(dòng)的微觀度量。(4,1,6,1)5. 在埃克曼層

2、中，風(fēng)速隨高度增加增大，風(fēng)向隨高度增加順轉(zhuǎn)。(4,1,8,1)6. P坐標(biāo)系中，地轉(zhuǎn)風(fēng)的表達(dá)式是，地轉(zhuǎn)風(fēng)渦度的表達(dá)式是。(4,1,4,1)7. 平流時(shí)間尺度，氣壓水平變動(dòng)的地轉(zhuǎn)尺度。(4,2,3,1)8. 科氏力是一種視示力，科氏力的方向始終與運(yùn)動(dòng)的方向垂直。(4,1,2,1)9. 建立坐標(biāo)系的物理基礎(chǔ)是大氣的靜力平衡性質(zhì)，坐標(biāo)系中靜力平衡方程的形式為，連續(xù)方程的形式為。(6,1,4,1)10.定常情況下，?？寺鼘又械娜ζ胶馐侵负?、水平氣壓梯度力、科里奧利力、和湍流粘性應(yīng)力之間的平衡。(6,1,8,1)11. 理查孫數(shù)是湍流運(yùn)動(dòng)發(fā)展的重要判據(jù)，其定義式為=。(2,1,8,1)12. 任意高度

3、z的氣壓，其物理意義為任意高度上的氣壓相當(dāng)精確地等于該高度以上單位截面積空氣柱的重量。(4,1,4,1)13. 700百帕地轉(zhuǎn)風(fēng)為東風(fēng)4,500百帕地轉(zhuǎn)風(fēng)為西風(fēng)8，則700-500百帕之間的熱成風(fēng)為西風(fēng) 12 。(4,1,5,1)14. 地轉(zhuǎn)風(fēng)向隨高度增加逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與此相伴隨的溫度平流為冷平流，地轉(zhuǎn)風(fēng)向隨高度增加順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與此相伴隨的溫度平流為暖平流。(4,1,5,1)15. 在大氣行星邊界層中，近地面層又稱為常值通量層，上部摩擦層又稱為埃克曼層。(4,1,8,1)16. 大氣中的四種基本能量形式是內(nèi)能、位能、動(dòng)能和潛熱能。(8,1,9,1)17. 寫出以下無(wú)量綱數(shù)的定義式，基別爾數(shù)，羅斯

4、貝數(shù)。(4,1,3,1)18. 相對(duì)渦度在自然坐標(biāo)系中的表達(dá)式是。(2,1,6,1)19. Rossby變形半徑，當(dāng)初始非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)的水平尺度時(shí)，風(fēng)場(chǎng)向氣壓場(chǎng)適應(yīng)。(4,1,10,1)20. 正壓適應(yīng)過(guò)程的物理機(jī)制是重力慣性外波對(duì)初始非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)能量的頻散，適應(yīng)的速度主要依賴于重力慣性外波的群速和初始非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)的水平尺度和強(qiáng)度。(6,1,10,1)21. 根據(jù)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位勢(shì)傾向方程，高空槽前為正渦度平流區(qū)，等壓面位勢(shì)高度會(huì)降低，槽區(qū)有冷平流，有利于槽加深。(4,1,11,1)22. 正壓不穩(wěn)定是發(fā)生在具有水平切變基流中的長(zhǎng)波不穩(wěn)定，斜壓不穩(wěn)定是發(fā)生在具有垂直切變基流中的長(zhǎng)波不穩(wěn)定。(4,1,12,1)

5、23. 根據(jù)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論，平流過(guò)程總是對(duì)地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡起破壞作用，而疊置在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)水平環(huán)流上的二級(jí)環(huán)流總是對(duì)地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡起維持作用。(4,1,12,1)24. 第一、二類準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)的條件分別是和。(4,1,11,1)25. 斜壓適應(yīng)過(guò)程的物理機(jī)制是重力慣性內(nèi)波對(duì)初始非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)能量的頻散，適應(yīng)的速度主要依賴于重力慣性內(nèi)波的群速和初始非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)的水平尺度和強(qiáng)度。(6,1,10,1)26. 連續(xù)方程是質(zhì)量守恒定律定律的數(shù)學(xué)表述。它表明密度和風(fēng)場(chǎng)是相互制約的。(6,1,2,1)27. 根據(jù)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)方程，正渦度平流隨高度增加，有利于產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，冷平流有利于產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)。(4,1,11,1)28

6、. 正壓不穩(wěn)定的必要條件為，正壓不穩(wěn)定擾動(dòng)發(fā)展的能量來(lái)自基本緯向氣流的平均動(dòng)能。(4,1,12,1)29.旋轉(zhuǎn)層結(jié)大氣中可能出現(xiàn)的四種基本波動(dòng)是聲波、重力波、慣性波和羅斯貝波。(8,1,9,1)。30. 大氣中兩種存在兩種最基本的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，即地轉(zhuǎn)適應(yīng)過(guò)程和準(zhǔn)地轉(zhuǎn)演變過(guò)程。(4,1,10,1)。31.根據(jù)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位勢(shì)傾向方程，高空槽脊系統(tǒng)的移動(dòng)是由渦度平流造成的，而高空槽脊系統(tǒng)的發(fā)展是由溫度平流造成的。(4,1,11,1)32.聲波是由大氣的可壓縮性造成的，重力內(nèi)波生成的必要條件是大氣層結(jié)是穩(wěn)定的。(4,1,10,1)33.Rossby變形半徑，當(dāng)初始非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)的水平尺度時(shí)，氣壓場(chǎng)向風(fēng)場(chǎng)適應(yīng)。(

7、4,1,10,1)34.科氏力是一種視示力，當(dāng)空氣微團(tuán)沿赤道向東運(yùn)動(dòng)時(shí)，科氏力的方向指向天頂；在赤道向北運(yùn)動(dòng)時(shí)，科氏力為零。(6,1,2,1)35.所謂力管是指間隔一個(gè)單位的等壓面和等比容面相交割成的管子，力管存在的充要條件是大氣的斜壓性。(4,1,6,1)36.根據(jù)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)斜壓兩層模式的分析結(jié)果，影響斜壓不穩(wěn)定的主要因子是波長(zhǎng)、垂直風(fēng)切變、靜力穩(wěn)定度和效應(yīng)。(8,1,11,1)37.建立熱成風(fēng)關(guān)系的物理基礎(chǔ)是地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡。(4,1,5,1)38.正壓不穩(wěn)定擾動(dòng)發(fā)展的能量來(lái)自基本緯向氣流的平均動(dòng)能，斜壓不穩(wěn)定擾動(dòng)發(fā)展的能量來(lái)自有效位能的釋放。(4,1,12,1)二、 是非判斷題1.等壓面圖

8、上等高線與等溫線重合,此大氣一定是正壓的。(2,1,4,2)2.Rossby數(shù)可以表示為相對(duì)渦度與牽連渦度之比。(2,1,4,2)3.采用準(zhǔn)地轉(zhuǎn)近似不可能濾去所有快波。(2,3,9,2)4.Boussinesq近似只適用于大氣淺層運(yùn)動(dòng)。(2,1,9,2)5.頻散波的相速與群速一定不等。(2,1,9,2)6. 正壓地轉(zhuǎn)適應(yīng)過(guò)程中,渦度與散度隨時(shí)間變化很大,但位勢(shì)渦度總是不變。(2,1,10,2)7.斜壓不穩(wěn)定波的增長(zhǎng)率與鉛直風(fēng)切變有關(guān),與波數(shù)無(wú)關(guān)。(2,1,12,2)8.大氣中絕大部分全位能不能用來(lái)轉(zhuǎn)換成動(dòng)能。(2,1,7,2)9.只要大氣是斜壓的,就一定會(huì)產(chǎn)生斜壓不穩(wěn)定(2,1,12,2)10

9、.等壓面圖上等高線愈密集的地區(qū)水平氣壓梯度力愈大。(2,1,4,2)11.等壓面圖上等溫線愈密集的地區(qū)大氣的斜壓性愈強(qiáng)。(2,1,5,2)12.等壓面上氣壓處處相等，因此等壓面上的水平氣壓梯度力處處為零。(2,1,4,2)13. 平流過(guò)程總是對(duì)地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡起破壞作用。(2,1,11,2)14. 疊置在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)水平環(huán)流上的二級(jí)環(huán)流總是對(duì)地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡起恢復(fù)和維持作用。(2,1,11,2)15. 定常流場(chǎng)中流線與軌跡相重合。(2,1,5,2)16. 對(duì)于氣旋性流動(dòng)，梯度風(fēng)速比地轉(zhuǎn)風(fēng)速要小。(2,1,5,2)17. 對(duì)于反氣旋性流動(dòng)，梯度風(fēng)速比地轉(zhuǎn)風(fēng)速要大。(2,1,5,2)18. 大氣的斜

10、壓性是地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度改變的充分與必要條件。(2,1,4,2)19. 若正壓大氣中，非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)充滿全球，此種情形無(wú)地轉(zhuǎn)適應(yīng)過(guò)程。(2,3,10,2)20. 斜壓不穩(wěn)定是中緯度天氣尺度擾動(dòng)發(fā)展最主要的物理機(jī)制。 (2,1,11,2)21. 埃克曼層中風(fēng)總有指向低壓一側(cè)的分量。 (2,1,8,2)22. 低壓區(qū)一定有水平輻合，高壓區(qū)一定有水平輻散。 (2,3,8,2)23. 斜壓性愈強(qiáng)，層結(jié)愈不穩(wěn)定，大氣中的有效位能愈充沛。(2,1,7,2)24. 局地直角坐標(biāo)系中、軸的方向在空間中是固定不變的。(2,2,2,2)25. 局地直角坐標(biāo)系保持了球坐標(biāo)系的標(biāo)架方向，但忽略了球面曲率的影響。 (2,2,2,

11、2)26.在極區(qū)采用局地直角坐標(biāo)系是不適宜的。(2,2,2,2)27.大氣運(yùn)動(dòng)不可能在嚴(yán)格的地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡條件下進(jìn)行。(2,2,7,2)28.坐標(biāo)系渦度方程中不含力管項(xiàng)，因此大氣的斜壓性對(duì)渦度變化的沒(méi)有作用。(2,2,6,2)29.斜壓大氣中的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不可能是純水平運(yùn)動(dòng)。(2,2,11,2)30. 描寫準(zhǔn)地轉(zhuǎn)渦旋運(yùn)動(dòng)的演變發(fā)展，可以不考慮水平輻合輻散的影響。(2,2,11,2)三、 計(jì)算題1.計(jì)算跟隨地球一起旋轉(zhuǎn)的空氣微團(tuán)的牽連速度。(10,2,2,3)2.一人造地球衛(wèi)星從南半球飛向北半球，通過(guò)赤道時(shí)，其飛行方向與赤道成交角，相對(duì)水平速度為，試求它的科里奧利加速度。(10,2,2,3)

12、，方向指向地心。3. 一物體在的地方由高度上自由下落，若不計(jì)空氣阻力，只考慮重力和科里奧利力作用，試求著地時(shí)物體偏移的方向和距離。(10,2,2,3) 向東偏移。4. 700百帕地轉(zhuǎn)風(fēng)為東風(fēng)4ms,500百帕地轉(zhuǎn)風(fēng)為西風(fēng)8ms，計(jì)算700-500百帕之間熱成風(fēng)的大小和方向。(5,1,5,3) 西風(fēng)。5. 設(shè)地球?yàn)檎蝮w，試計(jì)算海平面上地球引力與重力之間的夾角，又夾角的最大值為多少？(10,3,2,3) 。6. 計(jì)算赤道上空重力等于零的高度，一人造地球衛(wèi)星進(jìn)入該高度繞地球旋轉(zhuǎn)的周期為多少？(10,3,2,3) ，7. 45°N處，700hPa等壓面圖上3000gpm和2960gpm兩根

13、等高線間最短距離為190km，問(wèn)地轉(zhuǎn)風(fēng)有多大？(5,1,5,3) 8. 當(dāng)羅斯貝數(shù)=0.1時(shí)，取地轉(zhuǎn)風(fēng)近似的相對(duì)誤差有多大？(5,2,5,3) 10/1009. 考慮隨緯度的變化，若取，試計(jì)算45°N處的地轉(zhuǎn)風(fēng)散度的大小。(5,2,6,3) 10. 一龍卷以常值角速度旋轉(zhuǎn)，設(shè)離中心處，地面氣壓為，溫度為T（設(shè)為常值），證明龍卷中心的地面氣壓為 如果T=288K，離中心100m處氣壓為1000hPa，風(fēng)速為100，問(wèn)中心氣壓為多大？(5,2,5,3) 11.12.13. 實(shí)際風(fēng)偏于地轉(zhuǎn)風(fēng)右側(cè)30°，如果地轉(zhuǎn)風(fēng)為20，計(jì)算水平速度大小隨時(shí)間的變率（設(shè)）。(5,1,5,3) 14

14、. 700百帕地轉(zhuǎn)風(fēng)為西風(fēng)4ms,500百帕地轉(zhuǎn)風(fēng)為東風(fēng)8ms，計(jì)算700-500百帕之間熱成風(fēng)的大小和方向。(5,1,5,3) 東風(fēng)。15. 正壓大氣中，在30°N有一圓形空氣柱，其半徑為100km，如果初始時(shí)空氣是靜止的，當(dāng)空氣柱膨脹至原半徑的兩倍時(shí)，周界上平均切線速度為多大？(10,2,6,3) 16. 計(jì)算以下四種圓運(yùn)動(dòng)的渦度 （1） （2） （3） （4）式中為常數(shù)。(10,1,6,3) （1），（2），（3），（4）17. 在高度上，實(shí)測(cè)到，取湍流系數(shù)，密度，求該高度上的湍流粘性應(yīng)力。(5,2,8,3) 18. 取，試根據(jù)?？寺菥€解計(jì)算， 1000高度上的、。 提示 ,

15、 (10,2,8,3)19. 取，試根據(jù)埃克曼螺線解計(jì)算， 600高度上的、。 提示 , (10,2,8,3)20. 如果地轉(zhuǎn)風(fēng)為8m/s，偏差風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)垂直且大小為2m/s，試求處單位質(zhì)量空氣微團(tuán)水平動(dòng)能隨時(shí)間的變化率。(5,2,8,3) 四、 名詞解釋1尺度分析法(5,2,3,4)尺度分析法是一種對(duì)物理方程進(jìn)行分析和簡(jiǎn)化的有效方法。尺度分析法是依據(jù)表征某類運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和熱力狀態(tài)各物理量的特征值，估計(jì)大氣運(yùn)動(dòng)方程中各項(xiàng)量級(jí)大小的一種方法。根據(jù)尺度分析的結(jié)果，結(jié)合物理上考慮，略去方程中量級(jí)較小的項(xiàng)，便可得到簡(jiǎn)化方程，并可分析運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的某些基本性質(zhì)。2二級(jí)環(huán)流(5,2,8,4)由于湍流摩擦

16、作用，?？寺鼘又酗L(fēng)有指向低壓一側(cè)的分量，在低壓上空產(chǎn)生輻合上升運(yùn)動(dòng)，同理在高壓上空產(chǎn)生輻散下沉運(yùn)動(dòng)，這種由水平輻合輻散和垂直運(yùn)動(dòng)形成的鉛直環(huán)流迭加在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)水平環(huán)流之上，稱之為二級(jí)環(huán)流。行星邊界層的湍流摩擦通過(guò)二級(jí)環(huán)流可以直接影響自由大氣中的運(yùn)動(dòng)，使準(zhǔn)地轉(zhuǎn)渦旋強(qiáng)度減弱。3有效位能(5,2,7,4)大氣現(xiàn)有狀態(tài)下的全位能與經(jīng)過(guò)絕熱調(diào)整后達(dá)到層結(jié)穩(wěn)定、等壓面等溫面重合且呈水平分布狀態(tài)（這一狀態(tài)稱為參考狀態(tài)）時(shí)尚存的全位能之差，定義為有效位能。大氣的斜壓性越強(qiáng)，層結(jié)越不穩(wěn)定時(shí)，有效位能越充沛。4地轉(zhuǎn)偏差(5,1,5,4)實(shí)際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)的矢量差定義為地轉(zhuǎn)偏差。地轉(zhuǎn)偏差用表示，則。地轉(zhuǎn)偏差和水平加速度方向

17、相垂直，在北半球指向水平加速度的左側(cè)，地轉(zhuǎn)偏差的大小和水平加速度成正比，和緯度的正弦成反比。地轉(zhuǎn)偏差雖然很小，但對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的演變卻起著極為重要的作用。5地轉(zhuǎn)風(fēng)(5,1,5,4)等壓線為一族平行的直線（）時(shí)的平衡流場(chǎng)稱為地轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)，或稱為地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，水平氣壓梯度力與科里奧利力相平衡。地轉(zhuǎn)風(fēng)的方向與等壓線相平行，在北半球（0），高壓在速度方向右側(cè)，低壓在速度方向左側(cè)；地轉(zhuǎn)風(fēng)大小與水平氣壓梯度成正比，與密率和緯度的正弦成反比。地轉(zhuǎn)風(fēng)關(guān)系的重要性在于揭示了大尺度運(yùn)動(dòng)中風(fēng)場(chǎng)和水平氣壓場(chǎng)之間的基本關(guān)系。6旋轉(zhuǎn)減弱(5,2,8,4)在旋轉(zhuǎn)大氣中，由?？寺鼘幽Σ凛椇蠌?qiáng)迫造成的二級(jí)環(huán)流大大加強(qiáng)了行星邊

18、界層與自由大氣之間的動(dòng)量交換，使得自由大氣中的渦旋系統(tǒng)強(qiáng)度快速減弱，這種現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)減弱。 7羅斯貝數(shù)(5,1,3,4)羅斯貝數(shù)的定義式為，它代表水平慣性力與水平科里奧利力的尺度之比。羅斯貝數(shù)的大小主要決定于運(yùn)動(dòng)的水平尺度。對(duì)于中緯大尺度運(yùn)動(dòng)，科里奧利力不能忽略不計(jì)，對(duì)于小尺度運(yùn)動(dòng)，科里奧利力可忽略不計(jì)。8熱成風(fēng)(5,1,5,4)熱成風(fēng)定義為鉛直方向上兩等壓面上地轉(zhuǎn)風(fēng)的矢量差。熱成風(fēng)方向與等平均溫度線（即等厚度線）平行，在北半球暖區(qū)在熱成風(fēng)方向右側(cè)，冷區(qū)在熱成風(fēng)方向左側(cè)；熱成風(fēng)大小與平均溫度梯度成正比，與緯度的正弦成反比。熱成風(fēng)關(guān)系的重要性就在于具體地揭示了靜力平衡大尺度運(yùn)動(dòng)中風(fēng)場(chǎng)、氣壓場(chǎng)、溫

19、度場(chǎng)之間的關(guān)系。9. 拉姆波(5,2,9,4)受地球旋轉(zhuǎn)作用影響，在靜力平衡大氣中只沿水平方向傳播的特殊聲波，稱為拉姆波。與純水平聲波不同，拉姆波是一種水平尺度較大的頻散快波。拉姆波屬于外波型波動(dòng)，其擾動(dòng)氣壓隨高度按指數(shù)減小，但擾動(dòng)速度隨高度幾乎不改變。10. ?？寺槲?5,2,8,4)由于湍流摩擦作用，?？寺鼘又酗L(fēng)有指向低壓一側(cè)的分量，在低壓上空產(chǎn)生輻合上升運(yùn)動(dòng)，同理在高壓上空產(chǎn)生輻散下沉運(yùn)動(dòng)，這種上升下沉運(yùn)動(dòng)在邊界層頂達(dá)到最強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱為稱為?？寺槲?。11. 位勢(shì)渦度(5,2,6,4)位勢(shì)渦度簡(jiǎn)稱位渦，位渦是一個(gè)同時(shí)描寫大氣熱力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的綜合物理量，在某種意義上可以理解為渦旋強(qiáng)

20、度與其有效厚度之比的度量。在絕熱無(wú)摩擦條件下，位渦具有守恒性質(zhì)。12. 正壓大氣(5,1,5,4)密度的空間分布只依賴于氣壓的大氣狀態(tài)稱作正壓大氣。正壓大氣中等壓面、等密度、等溫面重合在一起。在靜力平衡條件下，正壓大氣中各等壓面相互平行，因而某一等壓面在空間的傾斜狀態(tài)可以代表所有等壓面的傾斜狀態(tài)。13. 斜壓大氣(5,1,5,4)密度的空間分布不僅依賴于氣壓而且依賴于溫度的大氣狀態(tài)稱作斜壓大氣。斜壓大氣中等壓面與等溫面、等密度面是交割的。實(shí)際大氣經(jīng)常處于斜壓狀態(tài)。大氣的斜壓性對(duì)地球大氣的運(yùn)動(dòng)具有重要影響。14. 正壓不穩(wěn)定(5,1,12,4)發(fā)生在具有水平切變基本緯向氣流中的長(zhǎng)波不穩(wěn)定稱為正壓

21、不穩(wěn)定，正壓不穩(wěn)定的必要條件是基本緯向氣流的絕對(duì)渦度在區(qū)間內(nèi)存在極值，擾動(dòng)發(fā)展的能量來(lái)自基本緯向氣流的平均動(dòng)能。15. 斜壓不穩(wěn)定(5,2,12,4)發(fā)生在具有垂直切變基本緯向氣流中的長(zhǎng)波不穩(wěn)定稱為斜壓不穩(wěn)定，長(zhǎng)波的斜壓不穩(wěn)定與垂直風(fēng)切變和波長(zhǎng)有關(guān)，最不穩(wěn)定波長(zhǎng)約為。擾動(dòng)發(fā)展的能量主要來(lái)自來(lái)自有效位能的釋放，斜壓不穩(wěn)定是中緯度天氣尺度擾動(dòng)發(fā)生發(fā)展的主要物理機(jī)制。16. 對(duì)稱不穩(wěn)定(5,3,12,4)所謂對(duì)稱不穩(wěn)定，是指在具有風(fēng)速切變的基本氣流中，即使在鉛直方向和水平方向分別是對(duì)流穩(wěn)定和慣性穩(wěn)定的，但是當(dāng)空氣作傾斜上升運(yùn)動(dòng)時(shí)，在浮力和旋轉(zhuǎn)的共同作用下，仍然可能出現(xiàn)的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象。由于在早期的研

22、究中為解現(xiàn)nuel由于對(duì)稱環(huán)境狀況，認(rèn)為這是一種由對(duì)稱環(huán)狀渦旋中的經(jīng)向擾動(dòng)所引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象，故稱為對(duì)稱不穩(wěn)定。后來(lái)，Emanuel等進(jìn)一步論證了對(duì)稱不穩(wěn)定的中尺度特征，以及它在導(dǎo)致中尺度擾動(dòng)不穩(wěn)定增長(zhǎng)中的重要作用，因此又稱為中尺度對(duì)稱不穩(wěn)定。 17. 慣性不穩(wěn)定(5,2,12,4)在基本流場(chǎng)為西風(fēng)且有水平切變的情況下，氣塊因受到南北擾動(dòng)離開(kāi)原來(lái)位置后，在科里奧利力作用下產(chǎn)生的不穩(wěn)定稱為慣性不穩(wěn)定。出現(xiàn)慣性不穩(wěn)定性的判據(jù)為基本流場(chǎng)的絕對(duì)渦度為負(fù)值。18. 大氣行星邊界層(5,1,8,4)接近地球表面的厚度約為11.5km的一層大氣稱為大氣行星邊界層。邊界層大氣直接受到下墊面的熱力作用和動(dòng)力作用

23、，具有強(qiáng)烈的湍流運(yùn)動(dòng)特征和不同于自由大氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 19. 開(kāi)爾文環(huán)流定理(5,1,6,4)根據(jù)絕對(duì)環(huán)流定理，絕對(duì)環(huán)流的加速度等于環(huán)線包圍力管的代數(shù)和。對(duì)于正壓大氣，由于比容、密度僅是氣壓的函數(shù)，力管項(xiàng)等于零，因此，正壓大氣中絕對(duì)環(huán)流守恒。這一結(jié)論稱為Kelvin環(huán)流定理。20. Boussinesq近似(5,2,9,4)對(duì)于淺層運(yùn)動(dòng)，如果在運(yùn)動(dòng)方程中部分考慮密度擾動(dòng)的影響，即只保留與重力相耦合的密度擾動(dòng)項(xiàng)；連續(xù)方程中忽略密度擾動(dòng)影響，簡(jiǎn)化為不可壓縮形式；熱力學(xué)能量方程保留密度擾動(dòng)影響，只保留膨脹的作用，即??；這種近似叫作包辛內(nèi)斯克近似。21. Richardson數(shù)(5,2,3,4)理查德

24、孫（Richardson）數(shù)的定義式為，它代表垂直慣性力與水平科里奧利力的尺度之比。由于，理查德孫數(shù)又是一個(gè)與大氣層結(jié)穩(wěn)定度和風(fēng)的鉛直切變有關(guān)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。層結(jié)愈不穩(wěn)定，風(fēng)的鉛直切變愈強(qiáng)，則愈有利于湍流和對(duì)流運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，所以可用于判斷對(duì)流或擾動(dòng)發(fā)展的條件。22. 波包跡(5,3,9,4)在實(shí)際大氣中，一個(gè)瞬變擾動(dòng)可以看成是由許多不同振幅、不同頻率的簡(jiǎn)諧波疊加而成的，這種合成波稱為波群或波包。這種合成波列振幅的包絡(luò)線稱為波包跡，其傳播的速度稱為群速。23.平面近似(5,1,3,4)在中緯度地區(qū)，若運(yùn)動(dòng)的經(jīng)向水平尺度遠(yuǎn)小于地球半徑時(shí)，可以取，即把作為常數(shù)處理，這種近似稱為“”近似。取“”近似相當(dāng)于

25、完全沒(méi)有考慮地球球面性所引起的隨緯度的變化。高一級(jí)近似是所謂的平面近似，其主要內(nèi)容是：1 當(dāng)處于系數(shù)地位不被微商時(shí)，??；2 當(dāng)處于對(duì)求微商地位時(shí)，取。采用平面近似后，用局地直角坐標(biāo)系討論大尺度運(yùn)動(dòng)將是方便的。雖然由于球面效應(yīng)引起的曲率項(xiàng)被忽略了，但球面效應(yīng)引起的隨緯度的變化對(duì)大尺度運(yùn)動(dòng)的作用卻部分保留下來(lái)了。24. 自然坐標(biāo)系 (5,2,5,4)自然坐標(biāo)系中三個(gè)坐標(biāo)、的方向分別用單位矢量、表示。在空間任一點(diǎn)上，都與該點(diǎn)水平氣流方向相一致，是的法向量，并指向水平氣流的左側(cè)，的方向鉛直向上。采用自然坐標(biāo)系討論平衡流場(chǎng)的一般性質(zhì)非常方便。25. 梯度風(fēng)(5,1,5,4)最一般的平衡流場(chǎng)稱為梯度風(fēng)場(chǎng)。

26、在梯度風(fēng)運(yùn)動(dòng)中，水平氣壓梯度力、科里奧利力、慣性離心力相平衡。地轉(zhuǎn)風(fēng)是時(shí)梯度風(fēng)的一個(gè)特例。26. 準(zhǔn)地轉(zhuǎn)近似 (5,2,11,4)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)近似是為了合理地描寫中緯天氣尺度的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而引入的一種動(dòng)力學(xué)近似，其含義為除散度項(xiàng)外，方程中的水平速度和渦度都取為地轉(zhuǎn)風(fēng)和地轉(zhuǎn)渦度。取準(zhǔn)地轉(zhuǎn)近似后得到的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)方程組既突出了中緯度大尺度運(yùn)動(dòng)的的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)性質(zhì)，又保留了維持準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡所必須的水平輻合輻散，而且很好地保持了運(yùn)動(dòng)的若干整體性質(zhì)，因此能夠更為合理地描寫中緯大型天氣演變過(guò)程。27. 局地直角坐標(biāo)系(5,2,2,4)局地直角坐標(biāo)系兼具笛卡爾坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系的特點(diǎn)，它保持了球坐標(biāo)系的標(biāo)架，但忽略了球面曲率的影響

27、；局地直角坐標(biāo)系與笛卡爾坐標(biāo)系方程組的形式相同，但笛卡爾坐標(biāo)系中坐標(biāo)軸的方向在空間中固定不變，而局地直角坐標(biāo)系中坐標(biāo)軸的方向隨地而異。如果我們的研究范圍僅限于中低緯大氣的大尺度運(yùn)動(dòng)，那么局地直角坐標(biāo)系中的基本方程組已相當(dāng)精確。28. 科里奧利力(5,1,2,4)科里奧利力是一種視示力，它只是在物體相對(duì)于地球有運(yùn)動(dòng)時(shí)才出現(xiàn)。單位質(zhì)量空氣微團(tuán)所受的科里奧利力為。始終與和相垂直，而與赤道平面垂直，所以必通過(guò)運(yùn)動(dòng)微團(tuán)所在的緯圈平面內(nèi)。在北半球，科里奧利力指向速度的右方，科里奧利力對(duì)空氣微團(tuán)不作功，它不能改變空氣微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)速度大小，只能改變其運(yùn)動(dòng)方向。29. Taylor-Proudman定理 (5,3

28、,6,4)若流體是均質(zhì)（或正壓）不可壓縮的流體，且運(yùn)動(dòng)是定常緩慢的，則運(yùn)動(dòng)速度只是在與相垂直的平面內(nèi)才可能有差異，故運(yùn)動(dòng)是二維的，這就是Taylor-Proudman定理。30. 薄層近似(5,1,2,4) 大氣中90以上的質(zhì)量集中在離地表的一薄層中，其有效厚度約為幾十公里，遠(yuǎn)比地球平均半徑小，因此可取。其中是地球半徑，是離地表的鉛直高度。球坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)方程中，當(dāng)處于系數(shù)地位時(shí)用來(lái)代替，當(dāng)處于系數(shù)地位時(shí)用z來(lái)代替，這一近似郭曉嵐稱之為薄層近似。五、 問(wèn)答題（1）何謂平面近似？取平面近似有何意義？答：平面近似的主要內(nèi)容是：3 當(dāng)處于系數(shù)地位不被微商時(shí)，?。? 當(dāng)處于對(duì)求微商地位時(shí)，取。采用平面近

29、似后，用局地直角坐標(biāo)系討論大尺度運(yùn)動(dòng)將是方便的。雖然由于球面效應(yīng)引起的曲率項(xiàng)被忽略了，但球面效應(yīng)引起的隨緯度的變化對(duì)大尺度運(yùn)動(dòng)的作用卻部分保留下來(lái)了。（2）何謂地轉(zhuǎn)偏差？它對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的演變發(fā)展有何重要作用? 答： 為了量度實(shí)際風(fēng)偏離地轉(zhuǎn)風(fēng)的程度，我們將實(shí)際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)的矢量差定義為地轉(zhuǎn)偏差。地轉(zhuǎn)偏差用表示，則。地轉(zhuǎn)偏差雖然很小，但對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的演變卻起著極為重要的作用。有地轉(zhuǎn)偏差時(shí)，空氣微團(tuán)才可能作穿越等壓線運(yùn)動(dòng)，從而引起質(zhì)量重新分布，造成氣壓場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的變化，所以地轉(zhuǎn)偏差是天氣系統(tǒng)演變的一個(gè)動(dòng)力因子；地轉(zhuǎn)偏差對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的制造和轉(zhuǎn)換起著重要作用；地轉(zhuǎn)偏差對(duì)水平散度和鉛直運(yùn)動(dòng)也有重要意義。（3）何

30、謂p坐標(biāo)系， p坐標(biāo)系的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答：用氣壓作為鉛直坐標(biāo)變量的坐標(biāo)系稱為坐標(biāo)系，大氣的靜力平衡性質(zhì)是建立坐標(biāo)系的物理基礎(chǔ)。坐標(biāo)系的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）坐標(biāo)系中的大氣運(yùn)動(dòng)方程組具有較簡(jiǎn)單的形式，例如氣壓梯度力項(xiàng)成為線性項(xiàng)，連續(xù)方程，成了一個(gè)診斷方程。（2）坐標(biāo)系適合日常氣象業(yè)務(wù)工作的需要，采用 坐標(biāo)系方程組進(jìn)行診斷計(jì)算與分析十分方便。坐標(biāo)系的主要缺點(diǎn)是不能正確地給出下邊界條件，難以考慮地形對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的作用和影響。此外，對(duì)于小尺度運(yùn)動(dòng)不滿足靜力平衡條件，自然不能用坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)方程組來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（4）靜力平衡條件下的能量形式和能量關(guān)系有何特點(diǎn)？答：在靜力平衡條件下，一個(gè)從海平面延伸至大

31、氣上界的鉛直氣柱中的內(nèi)能和位能成成正比，其比率近似等于；靜力平衡條件下，為了保持總能量守恒性質(zhì)，動(dòng)能必須重新定義為水平速度的；靜力平衡條件下，動(dòng)能與全位能之間的轉(zhuǎn)換是通過(guò)冷暖空氣的垂直運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（5）什么是正壓大氣？正壓大氣具有哪些基本性質(zhì)?密度的空間分布只依賴于氣壓的大氣狀態(tài)稱作正壓大氣。正壓大氣中等壓面、等密度、等溫面重合在一起。在靜力平衡條件下，正壓大氣中各等壓面相互平行，因而某一等壓面在空間的傾斜狀態(tài)可以代表所有等壓面的傾斜狀態(tài)。正壓大氣中等壓面坡度不隨高度變化，因此地轉(zhuǎn)風(fēng)也不隨高度變化。（6）什么是尺度分析法？對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)方程組進(jìn)行尺度分析有何意義？答：尺度分析法是依據(jù)表征某類運(yùn)動(dòng)

32、系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和熱力狀態(tài)各物理量的特征值，估計(jì)大氣運(yùn)動(dòng)方程中各項(xiàng)量級(jí)大小的一種方法。根據(jù)尺度分析的結(jié)果，結(jié)合物理上考慮，略去方程中量級(jí)較小的項(xiàng)，便可得到簡(jiǎn)化方程，并可分析運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的某些基本性質(zhì)。1、什么是大氣行星邊界層？大氣行星邊界層可分為幾個(gè)層次？說(shuō)明各層次的主要特點(diǎn)。答：接近地球表面的厚度約為11.5km的一層大氣稱為大氣行星邊界層。邊界層大氣直接受到下墊面的熱力作用和動(dòng)力作用，具有強(qiáng)烈的湍流運(yùn)動(dòng)特征和不同于自由大氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。大氣行星邊界層自下而上分為貼地層、近地面層和?？寺鼘印ＹN地層中平均風(fēng)速為零。在近地面層中風(fēng)速隨高度呈對(duì)數(shù)分布，湍流對(duì)動(dòng)量、熱量、水汽的鉛直輸送通量幾乎不隨高度改變，

33、所以又稱為常值通量層。?？寺鼘又酗L(fēng)隨高度呈埃克曼螺線分布，湍流粘性應(yīng)力和科里奧利力、水平氣壓梯度力幾乎同等重要，而且這三個(gè)力基本上相平衡。2、利用準(zhǔn)地轉(zhuǎn)兩層斜壓模式討論斜壓不穩(wěn)定得到哪些主要結(jié)論？（試從斜壓不穩(wěn)定與波長(zhǎng)、垂直風(fēng)切變、靜力穩(wěn)定度、因子的關(guān)系加以說(shuō)明）答：長(zhǎng)波的斜壓不穩(wěn)定主要決定于波長(zhǎng)和垂直風(fēng)切變，只有波長(zhǎng)大于臨界波長(zhǎng)的波動(dòng)才可能產(chǎn)生斜壓不穩(wěn)定，最不穩(wěn)定波長(zhǎng)約為，垂直風(fēng)切變需要達(dá)到一定的強(qiáng)度才可能產(chǎn)生斜壓不穩(wěn)定，垂直風(fēng)切變?cè)綇?qiáng)越有利于產(chǎn)生斜壓不穩(wěn)定。由于斜壓不穩(wěn)定波的臨界波長(zhǎng)隨靜力穩(wěn)定度的增大而增大，因而靜力穩(wěn)定度對(duì)較短波長(zhǎng)的波動(dòng)具有穩(wěn)定作用。此外效應(yīng)對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的波動(dòng)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定

34、作用。3、什么是地轉(zhuǎn)適應(yīng)過(guò)程？什么是準(zhǔn)地轉(zhuǎn)演變過(guò)程？簡(jiǎn)述這兩種過(guò)程的基本特征。答：地轉(zhuǎn)平衡態(tài)遭到破壞后，通過(guò)風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)之間的相互調(diào)整和相互適應(yīng)，重新建立起新的地轉(zhuǎn)平衡態(tài)的過(guò)程，稱作地轉(zhuǎn)適應(yīng)過(guò)程。準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡態(tài)的緩慢變化（演變）過(guò)程，稱作準(zhǔn)地轉(zhuǎn)演變過(guò)程。地轉(zhuǎn)適應(yīng)過(guò)程是一種快過(guò)程，位勢(shì)運(yùn)動(dòng)顯著，運(yùn)動(dòng)基本上是線性的；準(zhǔn)地轉(zhuǎn)演變過(guò)程是一種慢過(guò)程，運(yùn)動(dòng)具有準(zhǔn)渦旋性質(zhì)，運(yùn)動(dòng)是非線性的。4、在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)環(huán)流上必疊加有二級(jí)環(huán)流，試說(shuō)明這種二級(jí)環(huán)流產(chǎn)生的原因是什么？有何重要作用？答：斜壓大氣中不僅存在渦度平流，而且存在溫度平流，這些平流過(guò)程總是對(duì)地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡起破壞作用。平衡被破壞后必然激發(fā)出水平輻合輻散和鉛直

35、運(yùn)動(dòng)，從而形成鉛直面上的二級(jí)環(huán)流。這種疊加在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)環(huán)流之上的二級(jí)環(huán)流通過(guò)水平輻合輻散對(duì)渦度場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)鉛直運(yùn)動(dòng)對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，由此建立起新的地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡。因此，這種疊加在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)環(huán)流之上的二級(jí)環(huán)流是維持地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡所必須的，即總是對(duì)平流過(guò)程對(duì)地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡的破壞起補(bǔ)償作用。5、斜壓不穩(wěn)定波具有哪些的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？并說(shuō)明這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)于斜壓擾動(dòng)的不穩(wěn)定增長(zhǎng)是十分有利的。答：1流場(chǎng)擾動(dòng)的振幅隨高度增強(qiáng)，同時(shí)槽脊線隨高度是向西傾斜的。2溫度場(chǎng)擾動(dòng)（）的位相落后于流場(chǎng)擾動(dòng)的位相，即溫度槽落后于流場(chǎng)槽（氣壓槽）。3在平均層上（第2層），槽前脊后有上升運(yùn)動(dòng)，槽后脊前有下沉運(yùn)動(dòng)，如果考慮到溫

36、度場(chǎng)擾動(dòng)的特點(diǎn)，也可以說(shuō)暖空氣是上升的，冷空氣是下沉的。以上斜壓不穩(wěn)定波結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得槽區(qū)為冷平流，脊區(qū)為暖平流，有利于槽脊系統(tǒng)的發(fā)展。此外，暖空氣上升，冷空氣下沉有利于有效位能量釋放，為擾動(dòng)的增長(zhǎng)提供能量來(lái)源。因此，斜壓不穩(wěn)定波的這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)于擾動(dòng)的不穩(wěn)定增長(zhǎng)是極為有利的。6、對(duì)于正壓適應(yīng)過(guò)程，適應(yīng)結(jié)果與初始非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)的水平尺度有何關(guān)系？答：1初始非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)的水平尺度越越大，完成適應(yīng)所需的時(shí)間越長(zhǎng)。2. 若初始非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)的水平尺度遠(yuǎn)大于臨界水平尺度，主要是風(fēng)場(chǎng)向氣壓場(chǎng)適應(yīng)，若初始非地轉(zhuǎn)擾動(dòng)的水平尺度遠(yuǎn)小于臨界水平尺度，主要是氣壓場(chǎng)向風(fēng)場(chǎng)適應(yīng)。7.由準(zhǔn)地轉(zhuǎn)方程診斷出地面低壓中心上空有上升運(yùn)動(dòng)，

37、試從物理上說(shuō)明這是維持靜力平衡和準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡所必需的。答：低壓中心上空槽前為正相對(duì)渦地轉(zhuǎn)平流，將使該地區(qū)氣旋性渦度增加。由于地轉(zhuǎn)風(fēng)渦度與位勢(shì)高度水平拉普拉斯成正比，要維持渦度變化是準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的，則該地區(qū)位勢(shì)高度應(yīng)降低，這意味著等壓渦面間厚度應(yīng)減小，要維持準(zhǔn)靜力平衡，這時(shí)等壓面間平均溫度也應(yīng)降低。因?yàn)榈孛娴蛪褐行牡剞D(zhuǎn)溫度平流很小，不能造成氣柱中溫度降低，所以絕熱條件下氣柱溫度降低，只能依賴于絕熱冷卻作用，即依賴于上升運(yùn)動(dòng)。由此可見(jiàn)，當(dāng)相對(duì)渦度地轉(zhuǎn)平流隨高度變化時(shí)，出現(xiàn)鉛直運(yùn)動(dòng)是必然的，如果沒(méi)有這種鉛直運(yùn)動(dòng)，不僅上相對(duì)渦度發(fā)生變化時(shí)不能維持地轉(zhuǎn)平衡，而且氣層內(nèi)有溫度變化時(shí)也不能維持靜力平衡。8.第一類和第二類準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)的條件是什么？各有何特點(diǎn)？答：第一類準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)的條件是，這類運(yùn)動(dòng)的水平尺度小于地球半徑，相當(dāng)于天氣尺度運(yùn)動(dòng)。其鉛直速度量級(jí)遠(yuǎn)比由連續(xù)方程分析出來(lái)的要小；水平散度比渦度小一個(gè)量級(jí)以上，運(yùn)動(dòng)具有顯著的渦旋性質(zhì)；運(yùn)動(dòng)的水平尺度、鉛直尺度和靜力穩(wěn)定度是相互依賴的，層結(jié)是高度穩(wěn)定的。第二類準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)的條件