中尺度天氣學(xué)課后習(xí)題答案

中尺度天氣學(xué)課后習(xí)題答案中尺度氣象學(xué)〔第二版〕課后習(xí)題第一章中尺度天氣系統(tǒng)的特點(diǎn)什么是“中尺度〞？Ligda，Emanuel，Orlanski和Pielke等怎樣定義“中尺度〞？當(dāng)前，“中尺度〞一般被描繪性地定義為時間尺度和水平空間尺度比慣例探空網(wǎng)的時空密度小，但比積云單體的生命期及空氣尺度大得多的一種尺度。Ligda〔1951〕最早提出“中尺度〔mesoscale〕〞這一觀點(diǎn)。他根據(jù)對降水系統(tǒng)進(jìn)行雷達(dá)探測所積累的經(jīng)驗(yàn)指出，有些降水系統(tǒng)，太大致使不能由單站觀察全，但又太小致使即便在地區(qū)天氣圖上也不能展現(xiàn)，他建議把擁有這種尺度的系統(tǒng)稱為“中尺度系統(tǒng)〞。Emanuel把擁有狀態(tài)比L/D=Uz/f和時間尺度T=f-1的運(yùn)動定義為“中尺度〞運(yùn)動〔L水平尺度，D垂直尺度亦即不穩(wěn)定層厚度，Uz緯向風(fēng)垂直切變尺度，f科氏參數(shù)〕。Orlanski〔1975〕根據(jù)觀察和理論的總和剖析結(jié)果，提出了一個比較仔細(xì)的尺度區(qū)分方案，即：天氣系統(tǒng)可粗分為大、中、小尺度三類，其中大尺度系統(tǒng)可再分為α、β兩類，中尺度和小1/30尺度系統(tǒng)那么可分別分為α、β、γ三類，相鄰兩類的空間尺度相差個數(shù)量級。按照這種區(qū)分，中尺度成了一個范圍很寬的尺度，即2～2000km。小至某些往常稱為小尺度的系統(tǒng)如雷暴單體等，大至某些往常稱為大尺度的系統(tǒng)如鋒、臺風(fēng)或颶風(fēng)等都能夠包括在中尺度的范圍內(nèi)。但其核心那么為20～200km的系統(tǒng)，即β中尺度系統(tǒng)。β中尺度系統(tǒng)擁有典型的中尺度特性，而α和γ中尺度系統(tǒng)那么分別兼有大尺度和小尺度的特性。Pielke〔1984〕提出，典型的中尺度也能夠定義為切合以下判據(jù)的一種特殊尺度：①其水平尺度足夠大，以至于能夠合用靜力平衡關(guān)系；②其水平尺度足夠小，致使地轉(zhuǎn)偏向力項(xiàng)有關(guān)于平流項(xiàng)隨和壓梯度力項(xiàng)時小項(xiàng)。、αβ、γ中尺度系統(tǒng)在性質(zhì)和對強(qiáng)天氣形成的作用方面有什么不同？按Orlanski的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)，中尺度系統(tǒng)的水平尺度在2×100～2×103km之間，時間尺度在幾十分鐘至幾天之間。這是一個很寬的范圍，因此中尺度系統(tǒng)不單區(qū)別大、小尺度系統(tǒng)，而且大小不同的中尺度系統(tǒng)之間也擁有性質(zhì)的差別。一半來說，水平尺度為20～200km的β中尺度系統(tǒng)是中尺度系統(tǒng)的核心，擁有典型的中尺度系統(tǒng)特性，而α和γ中尺度系統(tǒng)那么分別兼有大、小尺度系統(tǒng)的特性。由連續(xù)方程和尺度剖析可知，關(guān)于α、β、γ中尺度系統(tǒng)，垂2/30直速度的量級分別為10-1m/s、100m/s和101m/s，這都比大尺度垂直運(yùn)動大一到幾個量級。相應(yīng)地，中尺度的散度、渦度也要比大尺度的散度、渦度大一到幾個量級。好多天氣現(xiàn)象的強(qiáng)度都是與散度、渦度、垂直速度的強(qiáng)度相聯(lián)系的，比如在水汽條件相同的情況下，降水強(qiáng)度一般與垂直速度成正比。所以強(qiáng)降水經(jīng)常與中尺度運(yùn)動，特別是與β中尺度系統(tǒng)親密有關(guān)，因?yàn)樗鼈兗扔休^強(qiáng)的垂直運(yùn)動，又有較長的生命期，所以降水強(qiáng)度較大，總降水也較大。經(jīng)過對地轉(zhuǎn)偏向力和浮力的相對重要性以及質(zhì)量場和風(fēng)場的適應(yīng)過程等方面的議論可知，對中尺度系統(tǒng)的剖析和對大尺度系統(tǒng)的剖析方法應(yīng)有什么不同？經(jīng)過對地轉(zhuǎn)偏向力和浮力相對重要性的剖析可見，大尺度運(yùn)動是地轉(zhuǎn)和靜力平衡的運(yùn)動，小尺度運(yùn)動是非地轉(zhuǎn)、非靜力和湍流運(yùn)動，而中尺度運(yùn)動那么介于兩者之間。大的中尺度運(yùn)動可視為準(zhǔn)地轉(zhuǎn)和準(zhǔn)靜力平衡運(yùn)動，小的中尺度那么可視為非地轉(zhuǎn)和非靜力平衡運(yùn)動；而典型的中尺度運(yùn)動，那么可能是非地轉(zhuǎn)和準(zhǔn)靜力平衡的。這時形成的流場，即便在沒有摩擦作用的情況下〔在行星邊界層以上〕，也與梯度風(fēng)和地轉(zhuǎn)風(fēng)關(guān)系有本質(zhì)的不同。所以在中尺度剖析中，用地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)作為實(shí)際風(fēng)的近似已不適宜，而流體靜力近似一般仍能有效地表示氣壓的垂直散布?？墒且獜?qiáng)調(diào)指出，流體靜力假定的正確性同時與天氣系統(tǒng)的尺度和大氣的穩(wěn)3/30定度以及風(fēng)速大小有關(guān)。當(dāng)大氣比較穩(wěn)定，風(fēng)速較小時，流體靜力假定對較小尺度的系統(tǒng)也是合用的?？墒秋L(fēng)速增大，熱力穩(wěn)定度減小時那么流體靜力假定的正確性便減小，致使不合用。對大尺度運(yùn)動而言，一般是風(fēng)場適應(yīng)質(zhì)量場，而中尺度運(yùn)動中那么為質(zhì)量場適應(yīng)風(fēng)場。為什么一般不直接使用原始方程組議論中尺度運(yùn)動？根本方程組一般不直接用來議論中小尺度天氣問題，因?yàn)椋孩僭诜匠讨邪舜?、中、小尺度運(yùn)動以及聲波等氣象噪聲；②對不同尺度的運(yùn)動，方程中各項(xiàng)量級不同，能夠簡化；③方程中的非線性項(xiàng)表現(xiàn)了氣象要素場之間的相互作用，對中尺度天氣問題來說是重要的。但其中某些項(xiàng)，如氣壓梯度項(xiàng)，能夠經(jīng)過對密度的適合假定，而將其線性化，進(jìn)而是問題簡化。簡化方程式應(yīng)用了哪些規(guī)那么？簡化方程時，做了以下近似辦理：①大氣密度在水平方向變化很小，所以以ρ代替ρ，進(jìn)而使氣壓梯度力項(xiàng)線性化；②在垂直方向的運(yùn)動方程中，考慮了由密度擾動惹起的浮力；③假定大氣運(yùn)動是準(zhǔn)不可壓縮的，進(jìn)而略去了由于空氣壓縮性而產(chǎn)生的聲波。什么是Boussinesq布辛內(nèi)斯克近似？簡化方程時，做了以下近似辦理：①大氣密度在水平方向變化很小，所以以代替，進(jìn)而使氣壓梯度力項(xiàng)線性化；②在垂直方4/30向的運(yùn)動方程中，考慮了由密度擾動惹起的浮力；③假定大氣運(yùn)動是準(zhǔn)不可壓縮的，進(jìn)而略去了由于空氣壓縮性而產(chǎn)生的聲波。上述近似辦理稱為Boussinesq布西內(nèi)斯克近似或?qū)α骱喕?。在推到上述方程組時，假定流體運(yùn)動只限制在一薄層內(nèi)。因此這一簡化方程組一般合用于研究像積云對流、海陸風(fēng)環(huán)流、邊界層急流中的重力波活動等發(fā)生在淺層內(nèi)的中尺度運(yùn)動。Boussinesq布辛內(nèi)斯克近似與滯彈性近似的連續(xù)方程有什么區(qū)別？它們各合用于描繪什么運(yùn)動？在辦理深對流問題時，把連續(xù)方程中的項(xiàng)略去而在絕熱方程中仍保留該項(xiàng)，把這種近似辦理稱為滯彈性近似或隔音假定。和Boussinesq近似方程組相比，滯彈性近似的主要區(qū)別之一，就是在連續(xù)方程中考慮了項(xiàng)的作用，因此這種近似合用于研究深層運(yùn)動。滯彈性近似能夠看做是廣義的Boussinesq近似。Boussinesq近似、滯彈性近似和原始方程組主要區(qū)別在于對密度的辦理。它們也分別被稱為非彈性、滯彈性和全彈性方程組。它們在不同情況下被應(yīng)用來解決中尺度問題。第二章地形性中尺度環(huán)流地形波一般能夠分為哪些根本種類？它們發(fā)生的背景條件是什么？常有的地形波分為四種根本種類：①層狀氣流；②駐渦氣流；5/30③波動氣流；④轉(zhuǎn)子氣流。不同種類的出現(xiàn)，主要依靠于不同的風(fēng)型：在小風(fēng)的條件下，出現(xiàn)層狀氣流的情況。這是一種平滑的淺波，波動只發(fā)生在山脈上空的淺層內(nèi)，向上很快消失。這種波動往常稱為山脈波。當(dāng)山頂高度以上風(fēng)速較大時那么可能在山脈背風(fēng)坡形成半永遠(yuǎn)性的渦動，其上那么有氣流的平滑淺波。這種半永遠(yuǎn)性的渦動便叫做駐渦。當(dāng)風(fēng)速隨高度增大時，那么可在背風(fēng)坡出現(xiàn)波動氣流。這種波動稱為背風(fēng)波。背風(fēng)波能夠伸展到對流層上層和平流層。地面觀察和衛(wèi)星云圖上常可發(fā)現(xiàn)在山脈下風(fēng)方有波狀云存在，這種云往常是由背風(fēng)波造成的，而當(dāng)在垂直方向由風(fēng)速極大值出現(xiàn)時，那么會形成轉(zhuǎn)子氣流。駐渦和轉(zhuǎn)子時背風(fēng)波的特殊形式。背風(fēng)波有什么特點(diǎn)？按照觀察事實(shí)，背風(fēng)波的發(fā)生需要什么大氣條件？觀察說明，背風(fēng)波一般擁有以下一些特點(diǎn)：①波長：背風(fēng)波的波長可在1.8～70km之間，一般為5～20km左右。波長一般隨高度而變，高層較長，低層較短。波長還隨風(fēng)速而變，風(fēng)速越大，波長越長。②播幅：波幅指流線〔往常用等熵線代表〕的峰、谷之間的距離。背風(fēng)波的波幅可在幾百米至2km之間。一般在0.3～0.5km。波幅和波長無一定聯(lián)系。當(dāng)波長和山脈形狀配合時，振幅最大。6/30有的背風(fēng)波振幅很大，可達(dá)6km以上。大振幅的背風(fēng)波稱為水躍型背風(fēng)波。③垂直速度：背風(fēng)波的垂直速度一般為2～6m/s，最大可達(dá)15m/s。一般來說，波長為13km左右的背風(fēng)波，其垂直速度最大。背風(fēng)波往往出現(xiàn)在一定的大氣條件下。對給定的障礙物，背風(fēng)波的出現(xiàn)依靠兩個大氣特點(diǎn)，即：靜力穩(wěn)定度和風(fēng)。一般來說，當(dāng)背風(fēng)波發(fā)生時，最穩(wěn)定的高度正好是山頂?shù)母叨?。由此可見，空氣受山脈擾動的層是顯然穩(wěn)定的，起碼對強(qiáng)背風(fēng)波來說是如此。而且，背風(fēng)波最大的振幅一般出現(xiàn)在靜力穩(wěn)定度最大的層次。較強(qiáng)的風(fēng)垂直切變有利于形成背風(fēng)波。至于山脈背風(fēng)面的駐波一般出現(xiàn)在以下條件下：①氣流所越過的山脊時長山脊或山岳地帶，而不是孤立的山峰；②在山的迎風(fēng)側(cè)，低層大氣穩(wěn)定，到高層穩(wěn)定度減?。虎埏L(fēng)向在垂直山脊方向30°以內(nèi)，并且隨高度根本無變化；④山脊高度上的風(fēng)速要超過某一臨界值〔約為10m/s〕，風(fēng)速從山脊到對流層頂隨高度增大。按照Scorer理論，背風(fēng)波的發(fā)生需要什么條件？與觀察事實(shí)是否一致？根據(jù)Scorer兩層模式，產(chǎn)生背風(fēng)波需要l2向上足夠地減小，而且不連續(xù)。因此低層的高值l2有利于背風(fēng)波的形成。好多實(shí)例都考證了這一結(jié)論。7/30Scorer參數(shù)：其中是穩(wěn)定度參數(shù)，，為位溫，g為重力加快度，U為風(fēng)速，一般來說右端第二項(xiàng)遠(yuǎn)小于第一項(xiàng)，故：下坡風(fēng)的產(chǎn)生要求有怎樣的大氣條件？一般認(rèn)為下坡大風(fēng)的產(chǎn)生要求有穩(wěn)定的低層大氣以及上下層大氣的Scorer參數(shù)擁有一定的差值，并須擁有相應(yīng)的斜坡地形條件。下坡風(fēng)發(fā)生的有利天氣局勢往常是，高空為一深厚的冷槽，草簽有較強(qiáng)的冷平流。地面圖上山脈兩側(cè)往常有較大溫差和氣壓差。什么叫做尾流？什么叫做大氣渦街？大氣渦街的構(gòu)造有哪些特點(diǎn)？一般把處在有關(guān)于氣流運(yùn)動的實(shí)體背后的湍流區(qū)叫做尾流。在一定條件下，尾流中還會產(chǎn)生出一些列的渦旋，它們一個接一個地向下游流傳，這種在尾流中發(fā)生的渦旋列叫做渦街。大氣中存在的渦街現(xiàn)象稱為大氣渦街。渦街一般是由兩排近于平行的渦旋組成，一排中的渦旋位于另一排之上兩個相鄰渦旋的中點(diǎn)上。在同一排上的渦旋擁有近似的環(huán)流，而在另一排上的渦旋的環(huán)流那么正好相反。最初排出的渦旋，其直徑與障礙物的尺度相當(dāng)，隨著向下游移動，渦旋的直徑不斷增大。什么叫做城市熱島強(qiáng)度和極限風(fēng)速？它們與城市規(guī)模有8/30什么關(guān)系？城市熱島強(qiáng)度與天氣條件有何關(guān)系？對天氣和環(huán)境有何影響？在城市中，有大量建筑物以及頻繁的人類活動，因此熱傳導(dǎo)率和熱容高于郊區(qū)和鄉(xiāng)村，造成城郊之間的溫差，這種作用近似于大海熱島效應(yīng)，往常稱為城市熱島效應(yīng)。在出現(xiàn)熱島的時刻，如果風(fēng)速較小，熱島將隨流行氣流移向下風(fēng)方向。當(dāng)風(fēng)速大至一定值，由于在強(qiáng)通風(fēng)條件下，熱量很快被帶走已經(jīng)動力互換作用加大，因此使熱島強(qiáng)度減弱以至消失。這個使熱島現(xiàn)象消失的臨界風(fēng)速值，稱為極限風(fēng)速。極限風(fēng)速的大小一般來說與城市的規(guī)模成正比率。城市規(guī)模越大，城市熱島現(xiàn)象越顯著。城市熱島現(xiàn)象能夠惹起從郊區(qū)吹向城市的“鄉(xiāng)村風(fēng)〞，并在城市上空形成氣旋式的輻合上漲氣流，在幾百米的上空又從城市向郊區(qū)流出，形成城市熱島環(huán)流。城市熱島環(huán)流能夠使污染物在城市上空齊集，形成煙幕。城市熱島環(huán)流還能夠使城市及郊區(qū)的降水量等氣象要素的散布受到影響。海陸風(fēng)發(fā)生時間和強(qiáng)度演變以及風(fēng)向變化有什么規(guī)律？海陸風(fēng)風(fēng)向的變化受哪些因子的影響？海陸風(fēng)發(fā)生時間和強(qiáng)度演變往常有顯然規(guī)律。一般來說，中午12時前后，開始吹海風(fēng)，15時前后海風(fēng)最強(qiáng)；夜間03時前后，開始吹陸風(fēng)，清晨06時前后陸風(fēng)最強(qiáng)。海陸風(fēng)風(fēng)向隨時間9/30的變化也有顯然的規(guī)律性。在北半球一般隨時間順時針旋轉(zhuǎn)，南半球在相反，呈逆時針旋轉(zhuǎn)。海陸風(fēng)風(fēng)向的變化可能受多種因此影響，有時是復(fù)雜的。在不同情況下，海陸風(fēng)風(fēng)向有時能夠隨時間順時針旋轉(zhuǎn)，有時也可以隨時間逆時針旋轉(zhuǎn)，有時旋轉(zhuǎn)快，有時旋轉(zhuǎn)慢。根據(jù)海陸風(fēng)風(fēng)向旋轉(zhuǎn)率方程，海陸風(fēng)由中尺度氣壓梯度項(xiàng)、大尺度項(xiàng)、摩擦項(xiàng)及非線性項(xiàng)決定。海陸風(fēng)對天氣有什么影響？海陸風(fēng)的作用能夠造成溫度等各樣氣象要素的顯然變化。海陸風(fēng)發(fā)生時，其前沿會形成近似于鋒面的氣象要素不連續(xù)線，稱為海風(fēng)鋒或陸風(fēng)鋒。它們能夠起到觸發(fā)強(qiáng)對流天氣的觸發(fā)體制的作用。特別是兩條?！碴憽筹L(fēng)鋒相遇，或一條?！碴憽筹L(fēng)鋒與另一條不連續(xù)線相遇時，可能形成錮囚的局勢，這時候便能夠造成十分劇烈的災(zāi)害性天氣。海陸風(fēng)研究有哪些應(yīng)用方面？環(huán)境評估。山谷風(fēng)發(fā)生時間和強(qiáng)度演變有什么規(guī)律？白天風(fēng)由谷里向上坡上吹，叫做出谷風(fēng)或谷風(fēng)，夜間那么由山坡向谷里吹，叫做進(jìn)谷風(fēng)或山風(fēng)。斜坡風(fēng)形成的體制和海陸風(fēng)近似，都是由熱力惹起的。設(shè)斜坡上的空氣在除濕條件下時沉靜、無云的。白天，斜坡地面吸收10/30輻射熱量加熱地面，因此在斜坡鄰近的空氣比統(tǒng)一海拔高度的自由大氣溫度要高。結(jié)果，在較冷的自由大氣中的垂直氣壓梯度大于在山坡鄰近的較暖的空氣中的垂直氣壓梯度。這意味著在給定的斜坡加熱影響高度上，氣壓變得高于遠(yuǎn)離斜坡的點(diǎn)上的氣壓。這種水平氣壓梯度力使空氣走開斜坡流向氣壓較低出。而低層那么相反，平底氣壓高于坡上，因而致使上坡風(fēng)。這樣就組成上坡風(fēng)環(huán)流。夜間那么相反，地面冷卻致使高層指向斜坡的氣壓梯度，并且冷空氣從坡上留下來。在初始時刻3h后，坡風(fēng)速度約為9△T〔m/s〕〔其中△T時斜坡和自由大氣之間的溫差〕。11.山谷風(fēng)對天氣有什么影響？山谷風(fēng)對天氣的影響與海陸風(fēng)的影響相像，在山谷風(fēng)進(jìn)、退過程中能夠造成溫度等各樣氣象要素的變化，還能夠造成風(fēng)場的輻合或切變。這種風(fēng)場的輻合線或切變線往往會成為對流天氣的觸發(fā)體制。你所知道的地形對天氣的影響，除了本章提到的，還有哪些方面呢？請舉例說明。第三章重力波1)什么是重力波：重力波是普遍存在與大氣之中的根本波動之一，也是最簡單最根本的中尺度運(yùn)動之一，是因靜力穩(wěn)定大氣受到擾動而產(chǎn)生振蕩的流傳，是一種垂直橫波，質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的流傳方向相正11/30交。2)按重力波的發(fā)生高度，能夠?qū)⒅亓Σǚ譃?種：一是發(fā)生在大氣很高層〔20km以上〕的重力波，二是發(fā)生在很低層〔500m以下〕的重力波，這種波往常是開爾文-赫姆霍茨波〔K-H波〕，這類波波長很短，往常是中小尺度系統(tǒng)的聯(lián)系者；第三種是發(fā)生在500m之20km之間的大氣層，也就是大氣層主體中的重力波。3)觀察研究告訴我們：重力波經(jīng)常出現(xiàn)在有逆溫層或穩(wěn)定層存在，以及有顯然的風(fēng)速垂直切變的天氣背景下。一般來說，重力波形成在Ri＜0.5(有時Ri＜0.25)的氣層中，而且一般來說，Ri數(shù)愈小、重力波的振幅愈大。4)重力波的構(gòu)造有什么特點(diǎn)？對流層中，地面氣壓擾動場和流場最清楚，向上減弱，而位溫場那么沒有擾動，向上才漸漸顯然起來。氣壓場中心與散度場中心位相差為π/2,與渦度中心重合，即高壓中心與氣旋渦度中心重合，反氣旋渦度中心與低壓重合。在波動下半部，上漲氣流與輻合同相，比低壓中心落伍π/2，下沉氣流與輻散同相，比高壓中心落伍π/2。由上剖析可見，低壓擾動前部為輻散和下沉運(yùn)動區(qū)，后部為輻合和上漲運(yùn)動區(qū)，高壓擾動前后的情況那么相反。于是，高壓移向輻合區(qū)，低壓移向輻散區(qū)，擾動沿氣流方向流傳。5)重力波對天氣有什么影響？如果大氣是對流不穩(wěn)定的，那么在重力波波槽經(jīng)過之后，即在12/30上漲運(yùn)動區(qū)，對流應(yīng)該展開。最強(qiáng)的對流活動發(fā)生在氣塊最大位移處，即與波脊相一致。重力波出現(xiàn)于對流氣展開以前，它起著一種觸發(fā)體制的作用。當(dāng)在已經(jīng)產(chǎn)生的對流天氣區(qū)有重力波經(jīng)過時，對流強(qiáng)度會出現(xiàn)周期性變化。在波槽后，對流展開，最強(qiáng)對流活動出現(xiàn)在脊處，當(dāng)下一個波槽靠近時，對流強(qiáng)度減弱，此后當(dāng)另一個波脊靠近時，對流又從頭新加強(qiáng)。中尺度雨帶是和重力波相聯(lián)系的，在鋒面氣旋、登岸臺風(fēng)以及低空急流等很多系統(tǒng)中，都常有中尺度重力波活動，它們與暴雨有著親密的關(guān)系。6、7)風(fēng)的垂直切變對重力波的發(fā)生展開有什么影晌？用里査森數(shù)來鑒別重力波的發(fā)生展開的判據(jù)是什么？當(dāng)平均氣流的風(fēng)速垂直切變較大，造成切變不穩(wěn)準(zhǔn)時，波動能夠從這種動力不穩(wěn)定氣流中獲取能量而發(fā)生增長。特別是在急流鄰近，風(fēng)速有很強(qiáng)的垂直切變，容易惹起重力波，所以急流附近成為產(chǎn)生中尺度重力波的能源區(qū)。理論剖析說明，在這種情況下產(chǎn)生重力波的必要條件是Ri0.25風(fēng)速垂直切變對重力波有重要影響。當(dāng)風(fēng)速垂直切變較小時，即里査森數(shù)較大〔Ri＞1/4)，小擾動不隨時間指數(shù)增長，即根本氣流對小擾動是穩(wěn)定的，其能量變換過程與根本氣流為常數(shù)時的情況是樣的。但當(dāng)風(fēng)速垂直切變較大時，即里査森數(shù)較小〔Ri1/4)，小擾動隨時間指數(shù)增長，即重力波將會從根本氣流中獲取能量而發(fā)生不穩(wěn)定增長。13/308)高空急流鄰近什么地方有利于重力波的發(fā)生展開？為什么?在急流區(qū)內(nèi)，如果大氣層結(jié)穩(wěn)定，垂直風(fēng)切變大到足以使Ri1/4時，知足重力波的不穩(wěn)定條件，重力波便能從環(huán)境風(fēng)吸取能量而獲得展開。b除了這種切變不穩(wěn)定之外，地轉(zhuǎn)調(diào)整也是重力波展開的動力條件之一，當(dāng)大氣質(zhì)量和動量失衡，運(yùn)動處于非地轉(zhuǎn)狀態(tài)時，在地轉(zhuǎn)調(diào)整過程中，產(chǎn)生重力波或慣性重力波。尤其在上下空急流有大風(fēng)速中心流傳、鋒生隨和旋強(qiáng)烈展開的一些過程中，出現(xiàn)顯然的非地轉(zhuǎn)運(yùn)動，在地轉(zhuǎn)調(diào)整中，就會出現(xiàn)大振輻的中尺度重力波，在高空急流大風(fēng)速中心〔大風(fēng)核)下游的高空槽前急流出口區(qū)，重力波活動區(qū)的南界是地面暖鋒或準(zhǔn)靜止鋒，北界是高空急流軸線。在處于地轉(zhuǎn)平衡的直線急流大風(fēng)核區(qū)，氣塊在出口區(qū)內(nèi)減速運(yùn)動，出現(xiàn)指向高壓一側(cè)的橫向非地轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)在出現(xiàn)實(shí)際大風(fēng)核走開地轉(zhuǎn)急流核移向下游的情形下，氣塊在急流出口區(qū)加快，大氣質(zhì)量和動量失衡，出現(xiàn)氣流由反氣旋一側(cè)指向低壓的非地轉(zhuǎn)氣流。在這種呈強(qiáng)烈疏散的出口區(qū)內(nèi)，如果表示非地轉(zhuǎn)運(yùn)動特點(diǎn)的RiOL＞0.5,應(yīng)該剖析可能有大振幅中尺度重力波發(fā)生。9、10)什么是鋒，什么是鋒生、鋒消〔中尺度版〕：鋒往常指擁有強(qiáng)水平溫度梯度和較大靜力穩(wěn)定性以及較大14/30氣旋性渦度的狹長地帶。長度約為1000km，寬度約為100km；一般把鋒的形成〔加強(qiáng)〕叫做鋒生，鋒的消亡〔減弱〕稱為鋒消。11)什么是運(yùn)動學(xué)鋒生和熱力學(xué)鋒生？運(yùn)動學(xué)鋒生、熱力學(xué)鋒生〔個人理解〕：鋒生函數(shù)可分解為非絕熱加熱、垂直運(yùn)動、水平運(yùn)動輻合及水平變形場，第一項(xiàng)為熱力學(xué)鋒生，后三項(xiàng)為運(yùn)動學(xué)鋒生，各項(xiàng)作用如下，12、13)什么是急流、什么是中尺度高空急流急流是指一條強(qiáng)而窄的準(zhǔn)水平氣流帶。對流層上部存在的急流稱為高空急流，大尺度高空急流水平長度達(dá)上萬千米，常圍繞地球。沿狹長急流帶的軸線能夠有一個或多個風(fēng)速極大值中心，鑲嵌在大尺度急流上的這些強(qiáng)風(fēng)速段〔即風(fēng)速極大值中心〕往常稱為中尺度急流。14、15)在衛(wèi)星云圖上與高空急祿相對應(yīng)的典型云系是怎樣的？在衛(wèi)星云圖上與斜壓擾動有關(guān)的典型云型是怎樣的？云圖中與高空急流對應(yīng)的云系為葉狀云，云系位于急流軸右側(cè)，當(dāng)有斜壓擾動時，葉狀云系會演變?yōu)槎狐c(diǎn)云和渦旋云。16)在高空急流出口區(qū)和入口區(qū)鄰近會形成怎樣的次級環(huán)流？入口區(qū)為橫向的直接熱力環(huán)流，使大氣有效位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，因而使空氣向急流中心加快，出口區(qū)為間接熱力環(huán)流，使動能轉(zhuǎn)化為有效位能，使空氣產(chǎn)生減速。15/3017)髙空急流的入口區(qū)和出口區(qū)高、低空急流耦合方式有什么不同？高空急流中心的入口區(qū)和出口區(qū)都能夠有高、低空急流的耦合，但耦合方式不同，出口區(qū)低空急流軸與高空急流軸相交，而入口區(qū)低空急流和高空急流平行。入口區(qū)和出口區(qū)的次級環(huán)流與上下空急流之間相互聯(lián)系，出口區(qū)的低空急流是間接次級環(huán)流的組成局部，而入口區(qū)的低空急流那么與高空急流分別在兩個獨(dú)立的次級環(huán)流中。18)鋒生環(huán)流及高、低空急流耦合對強(qiáng)風(fēng)爆展開有什么作用？在有上下空急流耦合的情況下，特別是在高空急流出口區(qū)的上下空急流耦合經(jīng)常有利于強(qiáng)對流風(fēng)暴的發(fā)生和展開。在這種局勢下，低空急流造成暖濕空氣輸送，高空急流那么造成干冷空氣平流，進(jìn)而加大了大氣的潛在不穩(wěn)定，而且上下空急流耦合產(chǎn)生次級環(huán)流上漲支將觸發(fā)潛在不穩(wěn)定能量釋放。第四章中尺度孤立對流系統(tǒng)1、中緯度常有的中尺度對流系統(tǒng)按組織形式可分為哪些類型？答：中緯度常有的中尺度對流系統(tǒng)按組織形式可分為三類：孤立對流系統(tǒng)：包括普通單體風(fēng)暴、多單體風(fēng)暴、超級單體風(fēng)暴、龍卷風(fēng)及小颮線16/30帶狀對流系統(tǒng)：颮線、鋒面中尺度雨帶中尺度對流復(fù)合體〔MCC〕2、什么叫孤立對流系統(tǒng)？有哪些根本種類？答：所謂孤立對流系統(tǒng)是指以個別單體雷暴、小的雷暴單體群以及某些簡單的颮線等形式存在的范圍相對較小的對流系統(tǒng)。孤立對流系統(tǒng)有三種根本種類，即普通單體風(fēng)暴、多單體風(fēng)暴以及超級單體風(fēng)暴。3、什么是普通雷暴？普通雷暴的生命史包括哪些階段？每個階段的主要特點(diǎn)有哪些？以一般常有的閃電、雷鳴、陣風(fēng)、陣雨為根本天氣特點(diǎn)的雷暴稱為普通雷暴而伴以強(qiáng)風(fēng)、大雹、龍卷等強(qiáng)烈災(zāi)害性天氣現(xiàn)象的雷暴那么稱為強(qiáng)雷暴普通雷暴的生命史包括：塔狀積云、成熟、消散階段每個階段的主要特點(diǎn)的差別主要表現(xiàn)在云內(nèi)的垂直環(huán)流、溫度和物態(tài)等幾個方面在塔狀積云階段，云內(nèi)為一致的上漲運(yùn)動，云內(nèi)溫度高于云外，根本在0℃以上，物態(tài)主要為水滴。到成熟階段：上漲氣流變得更富強(qiáng)，上漲氣流最富強(qiáng)處的云頂出現(xiàn)上沖峰突，同時，降水開始發(fā)生，并由于降水質(zhì)點(diǎn)對空氣產(chǎn)生拖曳作用，在對流單體下部產(chǎn)生下沉氣流。雨滴蒸發(fā)使空氣17/30冷卻，下沉氣流受負(fù)浮力作用而被加快。當(dāng)下沉氣流抵達(dá)地面時，形成冷丘和水平外流，其前沿形成陣風(fēng)鋒。云體中上層的溫度達(dá)到0℃以下，云中物態(tài)有水滴、過冷水、雪花、冰晶以及霰和雹等固態(tài)降水物。到消散階段：云內(nèi)下沉氣流漸漸占有優(yōu)勢，最后下沉氣流完全替代了上漲氣流，云內(nèi)溫度低于環(huán)境，最后云體漸漸消散。4、什么是多單體風(fēng)暴？其內(nèi)部構(gòu)造有何特點(diǎn)？多單體風(fēng)暴是由一些處于不同展開階段的生命期短暫的對流單體組成的，是擁有統(tǒng)一環(huán)流的雷暴系統(tǒng)。在多單體風(fēng)暴中有一對顯然有組織的上漲和下沉氣流，這和普通的雷暴群不同。5、什么是超級單體風(fēng)暴？其雷達(dá)回波有什么特點(diǎn)？這些雷達(dá)回波分別與什么構(gòu)造特點(diǎn)相對應(yīng)？超級單體風(fēng)暴是指直徑達(dá)20~40KM以上，生命期達(dá)數(shù)小時以上，即比普通的成熟單體雷暴更巨大、更長久、天氣劇烈的單體強(qiáng)雷暴系統(tǒng)。在雷達(dá)觀察上超級單體有以下顯然特點(diǎn)1〕、在RHI上有穹窿〔無或弱回波區(qū)〕、前懸回波和回波墻等特點(diǎn)2〕、在PPI上有鉤狀回波穹窿是風(fēng)暴中強(qiáng)上漲氣流所在處，弱回波區(qū)鄰近的強(qiáng)回波柱18/30是強(qiáng)下沉氣流所在處。在弱回波區(qū)上方的向前伸展的強(qiáng)回波區(qū)稱為前懸回波，即風(fēng)暴云的砧部。它包含大量的雹胚，所以也稱為雹胚簾。6、什么是龍卷風(fēng)暴？其內(nèi)部氣流構(gòu)造有何特點(diǎn)？產(chǎn)生龍卷的強(qiáng)風(fēng)暴系統(tǒng)稱為龍卷風(fēng)暴。在這類超級單體風(fēng)暴中心上漲氣流最強(qiáng)處有一個上沖云頂〔或稱為穿透性云頂〕，云砧伸向前方。云底有一個旋轉(zhuǎn)的壁云，龍卷漏斗云由壁云向下伸至地面，風(fēng)暴云的前側(cè)和后側(cè)都有下沉氣流。7、什么是龍卷氣旋〔龍卷巢〕？龍卷一般發(fā)生在什么部位？超級單體風(fēng)暴鉤狀回波鄰近的中尺度氣旋是容易發(fā)生龍卷的地方，因此這種中氣旋也稱之為“龍卷氣旋〞或“龍卷巢〞。在龍卷氣旋中心鄰近形成的龍卷一般個體較大而且較為長久，并常呈圓錐形。離龍卷氣旋中心較遠(yuǎn)的龍卷一般較小，并常呈繩索狀，持續(xù)時間也較短。8、什么是龍卷族？龍卷族是怎么形成的？有時一個超級單體風(fēng)暴能夠依次形成幾個龍卷，造成龍卷簇。其原因是由于超級單體的中尺度氣旋在一定的條件下，可能出現(xiàn)頻頻錮囚和新生過程。9、龍卷內(nèi)部的構(gòu)造是怎樣的？龍卷內(nèi)部構(gòu)造近似于臺風(fēng)，中心為下沉氣流，四周為上漲氣流。19/3010、什么是吸管渦旋？龍卷本身并不是最小的渦旋，在有些龍卷中還會產(chǎn)生比它更小的渦旋，叫做吸管渦旋。11、吸管渦旋、龍卷、龍卷氣旋、氣旋等不同尺度的渦旋有什么聯(lián)系？在一個尺度較大的中尺度氣旋中，可能包含幾個龍卷氣旋每個龍卷氣旋之中又有可能有幾個龍卷，它們圍繞龍卷氣旋的中心軸旋轉(zhuǎn)，而每個龍卷周圍也可能有幾個吸管渦旋，圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)。12、什么是龍卷強(qiáng)度F等級？F等級是怎樣區(qū)分的？由龍卷地面最大風(fēng)力來表示龍卷強(qiáng)度為龍卷強(qiáng)度F等級。F=0時表示風(fēng)速為18~32m/s，損壞性較輕；F=1時表示風(fēng)速為33~49m/s，損壞性中等；F=2時表示風(fēng)速為50~69m/s，損壞性較大；F=3時表示風(fēng)速為70~92m/s，損壞性強(qiáng)烈；F=4時表示風(fēng)速為93~116m/s，擁有大難式或驚人的損壞性；F=5時表示風(fēng)速為117~142m/s，擁有大難式或驚人的損壞性。F0~F1的龍卷稱為弱龍卷，F(xiàn)2~F3的龍卷稱為強(qiáng)龍卷F4~F5的龍卷稱為超強(qiáng)龍卷。13、什么是下?lián)舯┝?？什么是下?lián)舯┝魅海?0/30對流風(fēng)爆展開成熟時，會產(chǎn)生很強(qiáng)的冷性下沉氣流，抵達(dá)地面時便形成風(fēng)速達(dá)17.9m/s以上的災(zāi)害性大風(fēng)，F(xiàn)ujita等把這種局地強(qiáng)烈下沉氣流外流氣流，稱為下?lián)舯┝鳌?4、按尺度大小下?lián)舯┝骺煞旨t哪些種類？Fujita將下?lián)舯┝鞣譃槲⒊叨?、中尺度和大尺度三種種類，并進(jìn)一步將他們細(xì)分為五種尺度，即?微尺度下?lián)舯┝?、ɑ微尺度下?lián)舯┝鳎?中尺度下?lián)舯┝鞅l(fā)帶、?中尺度下?lián)舯┝鞅l(fā)群以及ɑ中尺度下?lián)舯┝髯濉?5、下?lián)舯┝鞯臍鈮簣龊惋L(fēng)場構(gòu)造有何特點(diǎn)？在氣壓場上不同尺度的下?lián)舯┝鲗?yīng)不同尺度的高壓，直線風(fēng)與等壓線相交。直線風(fēng)的前沿為不同尺度的不連續(xù)線，分別稱為它們?yōu)殇h、颮鋒、下?lián)舯┝麂h和暴流帶鋒。這些不同尺度的鋒系推移過境時，能夠惹起當(dāng)?shù)赝话l(fā)性地面大風(fēng)。而且在它們推移過程中，還能夠不斷在其前方激發(fā)出新的對流。16、下?lián)舯┝魇窃鯓有纬傻?？下?lián)舯┝鞯男纬膳c對流風(fēng)暴云頂?shù)纳蠜_和崩塌相聯(lián)系。由衛(wèi)星云圖的剖析可知，當(dāng)對流風(fēng)爆展開到成熟階段時，能夠看到在云砧上有向上凸起的上沖云頂。這是由于風(fēng)暴云中的強(qiáng)上漲氣流攜帶的空氣質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入穩(wěn)定層結(jié)的結(jié)果。上漲氣流在上漲和上沖的過程中，從高層大氣獲得了水平動量。隨著上沖高度的增加，上升氣流的動能轉(zhuǎn)變成位能而被貯存起來。而當(dāng)云頂崩塌時，位能21/30又從頭轉(zhuǎn)變成下沉氣流的動能。云頂崩塌與風(fēng)暴云下方的颮鋒以及下?lián)舯┝麂h和暴流帶鋒的移動有關(guān)。颮鋒形成后向風(fēng)暴云前部的上漲區(qū)加快移動，漸漸遠(yuǎn)離風(fēng)暴云的母體，使維持上漲氣流的暖濕空氣的供給漸漸被颮鋒所切斷，造成上漲氣流削弱和消失，冷而重的云頂塌陷，產(chǎn)生下沉氣流。而下沉氣流從高空下沉過程中由于夾卷作用使高空動量大、濕度小的空氣進(jìn)入其中。高空動量下傳使下沉氣流增強(qiáng)，加上高空干空氣的進(jìn)入使下沉氣流變干，降水物在其中的蒸發(fā)增強(qiáng)，使下沉氣流變冷而進(jìn)一步加快，當(dāng)其抵達(dá)地面時，便可能造成下?lián)舯┝鳌?7、下?lián)舯┝髦本€風(fēng)的前沿的不連續(xù)線有哪些名稱？鋒、颮鋒、下?lián)舯┝麂h和暴流帶鋒.18、下?lián)舯┝鞯睦走_(dá)回波有什么特點(diǎn)？鉤狀回波和弓狀回波。下?lián)舯┝饕话愠霈F(xiàn)在回波鉤內(nèi)部或在其周圍。19、什么是顯著弓形回波？往常把擁有顯然雷達(dá)反射率因子特點(diǎn)的弓狀回波稱為顯著弓狀回波。這些雷達(dá)反射率銀子特點(diǎn)包括：A、在弓狀回波前沿〔入流一側(cè)〕，存在高反射率因子梯度區(qū)B、在弓狀回波入流一側(cè)，存在弱回波區(qū)〔早期階段〕C、回波頂位于弱回波區(qū)或高反射率因子梯度區(qū)之上22/30D、在弓狀回波的后側(cè)存在弱回波通道或后側(cè)入流缺口，表明存在強(qiáng)的后側(cè)入流急流20、什么是濕下?lián)舯┝?？有的下?lián)舯┝魇桥惆榇笥瓿霈F(xiàn)的，這種下?lián)舯┝鞣Q為濕下?lián)舯┝鳌?1、產(chǎn)生濕下?lián)舯┝鞯沫h(huán)境擁有怎樣的特點(diǎn)？產(chǎn)生濕下?lián)舯┝鞯沫h(huán)境特點(diǎn)是擁有較強(qiáng)的對流不穩(wěn)定以及弱的天氣尺度強(qiáng)迫。22、龍卷和下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)場有什么區(qū)別？龍卷風(fēng)是高度輻合的、旋轉(zhuǎn)性的災(zāi)害性強(qiáng)風(fēng)，一般只影響相對狹窄的地域下?lián)舯┝魇窍鄬椛⒌摹⒀刂本€或許曲線吹的災(zāi)害性強(qiáng)風(fēng)。23、與龍卷風(fēng)暴爆發(fā)相聯(lián)系的典型天氣局勢是怎樣的？龍卷風(fēng)暴一般是在干線、暖鋒以及干線和暖鋒形成的錮囚鋒等三種天氣尺度邊界上展開起來的。第五章中尺度帶狀對流系統(tǒng)1、什么是“颮〞？其天氣表現(xiàn)是怎么樣的？〔天原P407〕答：1〕、氣象學(xué)上指風(fēng)向突然改變，風(fēng)速急劇增大的天氣現(xiàn)象?！帮R〞出現(xiàn)時，氣溫下降，并可能有陣雨〔好搜百科〕；2〕、天氣現(xiàn)象“颮〞在?地面氣象觀察標(biāo)準(zhǔn)?中的定義為：突然發(fā)生的強(qiáng)風(fēng)，持續(xù)時間短促，出現(xiàn)時剎時風(fēng)速突增，風(fēng)向突變，23/30氣象要素隨之也有強(qiáng)烈變化，常陪伴雷雨出現(xiàn)。2、什么是“颮線〞？P116答：由很多雷暴單體〔其中包括假定干超級單體〕側(cè)向排列而形成強(qiáng)對流云帶叫做“颮線〞。颮線一般長約幾十至幾百千米，寬約幾十千米至200km〔如果把對流云帶后邊的層狀云區(qū)也包括在內(nèi)的話〕颮線上的單體經(jīng)常彼此不相擾亂。颮線上的對流云不斷新陳代謝，但作為整體，颮線可持幾小時至十幾小時。3、什么是“颮中〞系統(tǒng)？P117答：颮鋒〔颮線〕、颮線前低壓、雷暴高壓以及尾流低壓系統(tǒng)稱為颮中系統(tǒng)。4、不同階段的“颮中系統(tǒng)〞在空間氣壓場構(gòu)造上有何特點(diǎn)？在氣壓自記曲線上有何特點(diǎn)？P117-118答：颮中系統(tǒng)的全部系統(tǒng)一般只有在成熟階段才同時出現(xiàn)。在不同階段颮中系統(tǒng)的氣壓場空間構(gòu)造，一般能夠在氣壓自記曲線上獲得反應(yīng)。比如，在颮中系統(tǒng)初生階段，空間氣壓場上只有雷暴高壓，范圍較小，強(qiáng)度較弱。這個系統(tǒng)經(jīng)過測站時，氣壓自記紙上只出現(xiàn)一個“雷暴鼻〞。而在颮中系統(tǒng)成熟階段，空間氣壓場上同時存在雷暴高壓、颮線前低壓、尾流低壓等系統(tǒng)，范圍較大，強(qiáng)度較強(qiáng)。〔圖5.5〕5、在中緯度有哪兩類比較常有的颮線？它們的構(gòu)造有何特征？P119-12224/30答：在中緯度不同的條件下，有不同的颮線構(gòu)造。其中有兩類颮線比較常有。一類是擁有前導(dǎo)對流線和尾隨層狀云區(qū)以及擁有由前向后和由后向前兩支入流的颮線，另一類是后部成立型的颮線。后部成立型的颮線經(jīng)常發(fā)生在西風(fēng)帶高空槽前。它們往常由多單體風(fēng)暴和超級單體風(fēng)暴組成。這類颮線的南端由于風(fēng)的垂直切變形式有利于新對流的展開，因而使颮線不斷伸長。而在颮線的北端，老單體不斷衰亡，衍變成層狀云，并沿高空風(fēng)向東北方向延長而形成大片砧云。這種颮線的特點(diǎn)是砧狀云伸向颮線前方，而在颮線前方?jīng)]有層狀水區(qū)。高空槽前颮線的常有特點(diǎn)，中層上漲氣流的逆切變傾斜，低層暖濕空氣入流和中層干冷空氣〕的下沉氣流等。入侵以及颮線前方低濕球位溫〔w擁有前導(dǎo)對流線和尾隨層狀云區(qū)的颮線特點(diǎn)，這類颮線發(fā)生在風(fēng)垂直切變相對較小的環(huán)境中。它們的前方有一支由前向后的入流迎著颮鋒上漲，到高層分裂成向前和向后的兩支氣流，后來部中層那么還有一支由后向前的入流。在由前向后的氣流中，由于老單體的衰亡，形成寬廣的尾隨層狀云區(qū)，隨層狀云區(qū)下方仍有顯然降水。6、Bluestein〔1984〕根據(jù)美國俄克拉荷馬州11a40次颮線25/30總結(jié)出中緯度颮線有哪些種類？它們各有什么特點(diǎn)？P124-125答：有以下四種種類，1〕斷線型，這類颮線開端時只有少數(shù)單體松散的排列成線，然后每個單體都形成新單體并各自展開，又形成新單體，這些新老單體連結(jié)起來形成颮線。這類颮線一般出現(xiàn)在R〔查里森數(shù)〕數(shù)大，垂直切變較大的環(huán)境中。線上單體的相對旋轉(zhuǎn)較小。2〕后部擴(kuò)建型，這類颮線是經(jīng)過新單體在單體后部〔相對于單體運(yùn)動方向而言〕周期性的形成，并最后與老單體歸并而形成的。它常發(fā)生在R數(shù)不大、垂直切變很強(qiáng)的環(huán)境中。3〕碎塊型，這列颮線開始時是一些分別的單體，由于每個孤立的單體各自分裂幾次，沿著單體之間冷的外流邊界〔颮鋒〕便會有新對流展開，最后他們連接成一條颮線。4〕嵌入層狀云型，這是在廣闊的層狀云區(qū)中形成一條強(qiáng)對流帶的過程，這些近似于暖鋒雨帶或?qū)挼睦滗h雨帶。7、大氣中能夠觸發(fā)颮線的體制常有的有哪些？P125答：大氣中能夠觸發(fā)颮線的體制除鋒以外，還有海風(fēng)鋒，干線〔露點(diǎn)鋒〕、重力波、地形抬升、熱力抬升、低空急流、老的雷暴外流〔孤狀云線〕、中小尺度26/30系統(tǒng)以及大氣對稱不穩(wěn)定性等。8、熱帶颮線的構(gòu)造有何特點(diǎn)？P127答：和溫帶颮線相像，熱帶颮線系統(tǒng)也包含對流區(qū)和層狀區(qū)兩局部。其中對流區(qū)是由排列成帶的成熟的積雨云組成的。在對流云帶前方不斷有新對流云生成，而在對流云帶前方，老的對流云消亡，形成廣闊的尾隨層狀云區(qū)，展現(xiàn)出擁有