高等天气学思考与作业题答案.doc

01、锋面、气旋和气团学说的主要观点是什么？02、大气环流的概念及大气环流研究的主要方法03、大气环流量的分解及大气环流输送量的分解，各项的物理意义04、经圈环流流函数的定义及计算05、定常波和瞬变波在大气环流中有何作用？06、给出时间平均和纬向平均的角动量方程，并解释各项的物理意义07、给出时间平均和纬向平均的水汽方程，并解释各项的物理意义08、准地转理论的推广与应用有哪几方面？09、半地转与准地转有何异同？10、中尺度不稳定目前有哪几种理论？各自的判据？11、热带大气主要有哪些波动？各自形成的条件和水平结构如何？12、给出现代高空锋面和对流层顶的模式图，并用位涡和绝对动量来确定高空锋区位置和动力特性13、给出锋生动力学表达式，并解释各项的物理意义14、给出锋面次级环流诊断方程，并解释其物理意义15、解释高空急流附近的次级环流16、气旋的发生发展可分为几种类型？有哪些特征17、气旋的爆发性发展如何定义的？其时空特征和发展与各类条件？18、热带大气运动有哪些基本特征和动力学特征？19、全球有哪些季风区？亚洲夏季风的成员有哪些？季风爆发的原因？20、印度季风爆发的原因主要有哪些？21、东亚季风是如何影响我国降水进程的？22、中低纬之间的相互作用主要有哪些？23、论述台风形成的两种理论和发生发展概念模型24、中小尺度系统发生发展的天气和环境条件有哪些？25、雷暴和强风暴有哪些主要特征？26、中尺度系统哪些基本特征？中尺度雨带哪些特征？有哪分类？27、描述飑线的结构和特征28、概述重力波与强对流的关系的一些事实29、中尺度天气系统怎样对大尺度产生反馈作用？30、概括中尺度对流复合体(MCC)的特征31、暴雨的形成的三个大尺度因子，物理条件？中美暴雨天气型对比。32、低空急流有哪些特征？如何影响在暴雨和强对流天气？33、概述平流层大气的温度场和风场特征34、平流层爆发性增温及可能原因35、各种尺度地形的一般作用有哪些？36、青藏高原和落基山的热力和动力作用？37、青藏高原对亚洲季风的影响体现在哪？38、概述阻塞高压形成的理论，39、厄尔尼诺和ENSO40、概述大气遥相关41、概述可预报性42、如何制作天气预报？01、锋面、气旋和气团学说的主要观点是什么？极锋理论：大气中最激烈的天气主要不是发生在冷暖气团中，而是发生在冷暖气团的交界面上。这个要素不连续的界面或过渡区就是锋面。锋面的产生可以由不同的动力过程引起，因而在大气中会出现不同类型的锋面，如地面锋、低空锋、高空锋以及其他不同类型的锋面。气旋模型是经典天气学的集中体现，它是一个以锋面为核心的三度空间模型，指出了气旋和锋面密不可分的联系，即锋面决定了气旋的三维结构和云雨的分布，同时也决定了气旋发生和发展的整个生命史。它确立了斜压性是中高纬度天气变化的机理这一核心思想。02、大气环流的概念及大气环流研究的主要方法大气环流是指大范围（水平尺度几千米以上）较长时间尺度（几天以上）的大气运动的基本状况。其变化不但影响着天气的类型和变化，而且影响着气候的生成。 大气环流的研究主要有四种方法：(1)观测资料的分析和统计。根据这种方法可以发现一些新的事实和概念，甚至规律。(2)理论研究。尤其是研究经过大大简化但又保留物理本质的某些物理模型，从而常可得到解析解。(3)数值模拟实验。主要用计算机从数值上模拟不同尺度天气现象和气候的形成。(4)实验室研究。主要用转盘实验研究大气环流的各种基本性质，可以更好地了解不同大气气流区和过渡区的特征，但是用这种方法对大气过程一般只能得到定性的了解。03、大气环流量的分解及大气环流输送量的分解，各项的物理意义(1) 物理量的分解：设物理量为A， 时间平均和偏差：(1.1) 其中 表示对时间平均值的偏差，称为距平 空间平均和偏差：在大气环流研究中，最常用的是对纬圈的平均 表示对某纬圈上所有经度上的观测值的平均。于是 (1.2) 表示对纬圈平均值的偏差，称为纬偏值。 时间和空间两方面的平均： (1.3)A 表示长期的纬圈平均值，称为纬向平均环流项。对高度场、风场而言，这种统计量主要可反映信风带或纬向平均气候带。A* 表示时间平均图上的纬偏值，称为常定涡旋项。主要反映大气活动中心、高空平均槽脊以及季风等特征。A* 表示瞬时的纬圈平均对其多年平均值的偏差，称为瞬变纬圈平均项。如果就逐日相对于多年月平均而言，这部分主要反映指数循环过程，就逐年、逐月平均相对于多年平均而言，可以反映年际和季节变化。A* 表示瞬时偏差，称为瞬变涡旋项。主要反映了天气尺度系统，如移动性气旋，反气旋、锋面、斜压扰动等系统。(2) 物理量通量的分解（输送量的分解）所谓通量是指天气运动所引起的某物理量的输送率。如对风的经向分量而言，物理量A的经向(向北输送)通量，用Av来表示，它的纬圈和时间平均可以分解为 其中： Av 为平均经向环流通量 A*v* 为常定涡旋的通量Av 为变经向环流的通量 A*v* 为瞬变涡旋的通量相应地式中右边第一项反映了Hadley，Ferrel环流等平均经向环流的输送作用；第二项反映大气活动中心，平均槽脊、海陆分布及地形的影响，第三项反映斜压不稳定作用。04、经圈环流流函数的定义及计算现定义纬圈中和等压面P上的流函数表示P等压面以下的平均总通量的负值。于是由此得到 （1.8）而 如果对连续性方程 作时间和纬圈平均，得 对上式积分：考虑下界边条件，v=0则（1.10）由(1.8)和(1.10)式可见，当f随高度增大时，v0，对应于偏北风；当f向北极方向递增时，v0，对应于上升运动。正值流函数表示正热力环流，负值流函数表示逆热力环流。变换(1.8)的形式有 表示在P和p+dp等压面之间的经向质量输送，可以用质量流df的流线来表示。尽管计算困难，但由于平均经向环流对大气中物理量的输送很重要，所以人们还是设法来作时间平均经向环流。05、定常波和瞬变波在大气环流中有何作用？定常波：把纬向平均环流偏差的时间平均定义为定常波，即。它表示时间平均图上的纬向偏差值，又称定常涡旋项，主要反映大气活动中心、高空平均槽脊以及季风等特征。定常波对大气环流的作用：定常波对热量、西风动量、位势高度有经向输送作用；(1) 热量以50N为中心有很强的向北输送，这与中纬度定常波槽脊随高度有明显的向西倾斜有关。向北的输送有两个最大值区，一个在对流层上部和平流层下部，一个在近地面附近。(2) 动量通量分布的特征在50N以南有向北的输送，50N以北有向南的输送。这种输送特征与定常波槽脊在副热带有西南东北倾斜，在中高纬有东南西北倾斜的特征有关。(3) 因为地转风对位能的经向输送沿纬圈的平均值为零，因此定常波对位能的输送代表的是非地转运动的作用。这种输送的主要特点是在中纬度有明显的向赤道输送 。瞬变波: 大气变量A对时间平均的偏差称为瞬变扰动，又称瞬变涡旋项，即 。其中又有 ，A表示瞬时的纬圈平均对其多年平均值的偏差，称为瞬变纬圈平均项或瞬变轴对称（纬向平均）环流。A*表示瞬时偏差，称为瞬变涡旋项或瞬变纬向波动。瞬变波的强度和特征取决于取样或平均时间间隔。瞬变波在大气环流中的作用：瞬变涡旋是由时间平均气流的不稳定产生的。它的主要作用是进行顺梯度的水平热输送，以此减少水平温度梯度（或斜压分量）。中纬度瞬变涡动动量的主要作用是增强时间平均气流的正压分量和补偿地面摩擦作用。自由大气中水平瞬变涡动通量的净局地作用是耗散性的。这不仅对纬向平均的时间平均气流是如此，对定常波也是如此。瞬变涡动的斜压过程（热通量）在瞬变涡动与时间平均气流的相互作用上超了正压过程（动量和涡度通量），但这并不意味着两者在瞬变扰动的内部动力学及气流的每日局地变化上也是如此。6、给出时间平均和纬向平均的角动量方程，并解释各项的物理意义。.上式说明可将角动量通量分解为三部分作用：平均运动的角动量通量，平均运动的相对角动量通量，瞬变涡旋运动的相对角动量通量。考虑到大气环流本身具有很强的纬向性，通常采用纬向平均的方程：上式中右端a2cos2jWv和a2cos2jWw是时间纬向平均运动的W角动量通量；uv和uw是平均经向(垂直)运动的相对角动量通量；u*v*和u*w*是常定涡旋的相对角动量通量，uv和uw是瞬变涡旋的相对角动量通量，gtpl是摩擦应力作用的动量通量。7.给出时间平均和纬