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动力气象学习题集难度分为：A-很难、B-较难、C-一般、D-容易一、填空1在大气行星边界层中，近地面层又称为(1)，上部摩擦层又称为(2)。 【知识点】：8.1 【参考分】：4 【难易度】：D【答案】：(1) 常值通量层(2) 埃克曼层2在埃克曼层中，风速随高度增加(1)，风向随高度增加(2)。 【知识点】：8.2 【参考分】：4【难易度】：C【答案】：(1) 增大(2) 顺转3定常情况下，埃克曼层中的三力平衡是指(1)、(2)、和(3)之间的平衡。 【知识点】：8.3 【参考分】：6【难易度】：D【答案】：(1) 水平气压梯度力(2) 科里奥利力(3) 湍流粘性应力4理查孙数是湍流运动发展的重要判据，其定义式为=(1)。 【知识点】：8.5 【参考分】：2【难易度】：B【答案】：(1) 5旋转层结大气中可能出现的四种基本波动是（1）、（2）、（3）和（4）。【知识点】：9.1 【参考分】：8【难易度】：D【答案】：(1) 声波(2) 重力波(3) 惯性波(4) 罗斯贝波6声波是由大气的（1）造成的，重力内波生成的必要条件是大气层结（2）。【知识点】：9.3【参考分】：4 【难易度】：C【答案】：(1) 可压缩性(2) 是稳定的7大气中两种存在两种最基本的动力学过程，即（1）过程和（2）过程。【知识点】：10.2【参考分】：4【难易度】：C【答案】：(1) 地转适应(2) 准地转演变8Rossby变形半径的表达式为(1)，当初始非地转扰动的水平尺度为(2)时，风场向气压场适应。【知识点】：10.3【参考分】：4【难易度】：B【答案】：(1) (2) 9正压适应过程的物理机制是（1），适应的速度主要依赖于（2）和（3）。【知识点】：10.3【参考分】：6【难易度】：A【答案】：(1) 重力惯性外波对初始非地转扰动能量的频散(2) 重力惯性外波的群速（3）初始非地转扰动的水平尺度和强度10第一、二类准地转运动出现的条件分别是（1）和（2）。【知识点】：11.1【参考分】：4【难易度】：A【答案】：(1) (2) 11根据准地转理论，平流过程总是对地转平衡和静力平衡起（1）作用，而叠置在准地转水平环流上的二级环流总是对地转平衡和静力平衡起（2）作用。【知识点】：11.3【参考分】：4【难易度】：B【答案】：(1) 破坏(2) 维持12根据准地转位势倾向方程，高空槽前为正涡度平流区，等压面位势高度会（1），槽区有冷平流，有利于槽（2）。【知识点】：11.3【参考分】：4【难易度】：C【答案】：(1) 降低(2) 加深13根据准地转位势倾向方程，高空槽脊系统的移动是由（1）平流造成的，而高空槽脊系统的发展是由（2）平流造成的。【知识点】：11.3【参考分】：4【难易度】：B【答案】：(1) 涡度(2) 温度14根据准地转方程，正涡度平流随高度增加，有利于产生（1）运动，冷平流有利于产生（2）运动。【知识点】：11.3【参考分】：4【难易度】：B【答案】：(1) 上升(2) 下沉15正压不稳定的必要条件为（1），正压不稳定扰动发展的能量来自（2）。【知识点】：12.3【参考分】：4【难易度】：A【答案】：(1) (2) 基本纬向气流的平均动能16正压不稳定是发生在具有（1）切变基流中的长波不稳定，斜压不稳定是发生在具有（2）切变基流中的长波不稳定。 【知识点】：12.312.4【参考分】：4【难易度】：C【答案】：(1) 水平(2) 垂直17斜压适应过程的物理机制是（1），适应的速度主要依赖于（2）和（3）。【知识点】：12.4【参考分】：6【难易度】：B【答案】：(1) 重力惯性内波对初始非地转扰动能量的频散(2) 重力惯性内波的群速(3) 初始非地转扰动的水平尺度和强度18根据准地转斜压两层模式的分析结果，影响斜压不稳定的主要因子是（1）、（2）、（3）和（4）。【知识点】：12.4【参考分】：8【难易度】：A【答案】：(1) 波长(2) 垂直风切变(3) 静力稳定度(4) 效应19正压不稳定扰动发展的能量来自（1），斜压不稳定扰动发展的能量来自（2）。【知识点】：12.312.4【参考分】：4【难易度】：B【答案】：(1) 基本纬向气流的平均动能(2) 有效位能的释放二、判断题20. 埃克曼层中风总有指向低压一侧的分量。( )【知识点】8.2【参考分】：2 【难易度】D【答案】：21. 低压区一定有水平辐合，高压区一定有水平辐散。( )【知识点】8.3【参考分】：2【难易度】A【答案】：22. 频散波的相速与群速一定不等。( )【知识点】9.1【参考分】：2【难易度】D【答案】： 23. Boussinesq近似只适用于大气浅层运动。( )【知识点】9.4【参考分】：2【难易度】D【答案】：25. 采用准地转近似不可能滤去所有快波。( )【知识点】9.7【参考分】：2【难易度】A【答案】：26. 若正压大气中，非地转扰动充满全球，此种情形无地转适应过程。( )【知识点】10.3【参考分】：2【难易度】A【答案】：27. 描写准地转涡旋运动的演变发展，可以不考虑水平辐合辐散的影响。( )【知识点】11.2【参考分】：2【难易度】A【答案】：28. 斜压大气中的准地转运动不可能是纯水平运动。 ( )【知识点】11.3【参考分】：2【难易度】C【答案】：29. 正压地转适应过程中,涡度与散度随时间变化很大,但位势涡度总是不变。( )【知识点】11.3【参考分】：2【难易度】B【答案】：30. 平流过程总是对地转平衡和静力平衡起破坏作用。( )【知识点】11.3【参考分】：2【难易度】C【答案】：31. 叠置在准地转水平环流上的二级环流总是对地转平衡和静力平衡起恢复和维持作用。( )【知识点】11.4【参考分】：2【难易度】B【答案】：32. 斜压不稳定是中纬度天气尺度扰动发展最主要的物理机制。( )【知识点】11.4【参考分】：2【难易度】C【答案】：33. 斜压不稳定波的增长率与铅直风切变有关,与波数无关。( )【知识点】12.4【参考分】：2【难易度】C【答案】：34. 只要大气是斜压的,就一定会产生斜压不稳定。 ( )【知识点】12.4【参考分】：2【难易度】C【答案】：三、名词解释35. 大气行星边界层【知识点】：8.1【参考分】：5 【难易度】：D【答案】：接近地球表面的厚度约为11.5km的一层大气称为大气行星边界层。边界层大气直接受到下垫面的热力作用和动力作用，具有强烈的湍流运动特征和不同于自由大气的运动规律。36. 旋转减弱【知识点】：8.3【参考分】：5【难易度】：B【答案】：在旋转大气中，由埃克曼层摩擦辐合强迫造成的二级环流大大加强了行星边界层与自由大气之间的动量交换，使得自由大气中的涡旋系统强度快速减弱，这种现象称为旋转减弱。37. 埃克曼抽吸【知识点】：8.3【参考分】：5【难易度】：B【答案】：由于湍流摩擦作用，埃克曼层中风有指向低压一侧的分量，在低压上空产生辐合上升运动，同理在高压上空产生辐散下沉运动，这种上升下沉运动在边界层顶达到最强，这种现象称为称为埃克曼抽吸。38. 波包迹【知识点】：9.1【参考分】：5【难易度】：C【答案】：在实际大气中，一个瞬变扰动可以看成是由许多不同振幅、不同频率的简谐波叠加而成的，这种合成波称为波群或波包。这种合成波列振幅的包络线称为波包迹，其传播的速度称为群速。39. 拉姆波【知识点】：9.3【参考分】：5【难易度】：A【答案】：受地球旋转作用影响，在静力平衡大气中只沿水平方向传播的特殊声波，称为拉姆波。与纯水平声波不同，拉姆波是一种水平尺度较大的频散快波。拉姆波属于外波型波动，其扰动气压随高度按指数减小，但扰动速度随高度几乎不改变。40. Boussinesq近似【知识点】：9.5【参考分】：5【难易度】：A【答案】：近似对于浅层运动，如果在运动方程中部分考虑密度扰动的影响，即只保留与重力相耦合的密度扰动项；连续方程中忽略密度扰动影响，简化为不可压缩形式；热力学能量方程保留密度扰动影响，只保留膨胀的作用，即取；这种近似叫作包辛内斯克近似。41. 准地转近似【知识点】：11.1【参考分】：5【难易度】：B【答案】：准地转近似是为了合理地描写中纬天气尺度的准地转运动而引入的一种动力学近似，其含义为除散度项外，方程中的水平速度和涡度都取为地转风和地转涡度。取准地转近似后得到的准地转方程组既突出了中纬度大尺度运动的的准地转性质，又保留了维持准地转平衡所必须的水平辐合辐散，而且很好地保持了运动的若干整体性质，因此能够更为合理地描写中纬大型天气演变过程。42. 正压不稳定【知识点】：12.3【参考分】：5【难易度】：C【答案】：发生在具有水平切变基本纬向气流中的长波不稳定称为正压不稳定，正压不稳定的必要条件是基本纬向气流的绝对涡度在区间内存在极值，扰动发展的能量来自基本纬向气流的平均动能。43. 斜压不稳定【知识点】：12.4【参考分】：5【难易度】：C【答案】：发生在具有垂直切变基本纬向气流中的长波不稳定称为斜压不稳定，长波的斜压不稳定与垂直风切变和波长有关，最不稳定波长约为。扰动发展的能量主要来自来自有效位能的释放，斜压不稳定是中纬度天气尺度扰动发生发展的主要物理机制。四、问答题44什么是大气行星边界层？大气行星边界层可分为几个层次？说明各层次的主要特点。【知识点】：8.1【参考分】：10【难易度】B：【答案】：接近地球表面的厚度约为11.5km的一层大气称为大气行星边界层。边界层大气直接受到下垫面的热力作用和动力作用，具有强烈的湍流运动特征和不同于自由大气的运动规律。大气行星边界层自下而上分为贴地层、近地面层和埃克曼层。贴地层中平均风速为零。在近地面层中风速随高度呈对数分布，湍流对动量、热量、水汽的铅直输送通量几乎不随高度改变，所以又称为常值通量层。埃克曼层中风随高度呈埃克曼螺线分布，湍流粘性应力和科里奥利力、水平气压梯度力几乎同等重要，而且这三个力基本上相平衡。45试从物理上说明埃克曼抽吸产生的原因和所起的作用。【知识点】：8.3【参考分】：10【难易度】：B【答案】： 由于湍流摩擦作用，埃克曼层中风有指向低压一侧的分量，在低压上空产生辐合上升运动，同理在高压上空产生辐散下沉运动，这种上升下沉运动在边界层顶达到最强，这种现象称为称为埃克曼抽吸。埃克曼抽吸效应与一般湍流扩散过程相比，是使地转涡旋衰减的更有效的机制。46什么是地转适应过程？什么是准地转演变过程？简述这两种过程的基本特征。【知识点】：10.2【参考分】：10【难易度】：D【答案】： 地转平衡态遭到破坏后，通过风场和气压场之间的相互调整和相互适应，重新建立起新的地转平衡态的过程，称作地转适应过程。准地转平衡态的缓慢变化（演变）过程，称作准地转演变过程。地转适应过程是一种快过程，位势运动显著，运动基本上是线性的；准地转演变过程是一种慢过程，运动具有准涡旋性质，运动是非线性的。47第一类和第二类准地转运动出现的条件是什么？各有何特点？【知识点】：11.1【参考分】：10【难易度】：C【答案】：第一类准地转运动出现的条件是，这类运动的水平尺度小于地球半径，相当于天气尺度运动。其铅直速度量级远比由连续方程分析出来的要小；水平散度比涡度小一个量级以上，运动具有显著的涡旋性质；运动的水平尺度、铅直尺度和静力稳定度是相互依赖的，层结是高度稳定的。第二类准地转运动出现的条件是或，其水平尺度与地球半径相当，这类准地转运动指的是中纬度行星尺度运动，其铅直速度的量级仅与水平速度尺度成正比，与水平尺度无关；水平散度与涡度的量级相同；涡度方程中散度与项基本相平衡，运动具有准定常性；静力稳定度与水平速度尺度无关。48由准地转方程诊断出地面低压中心上空有上升运动，试从物理上说明这是维持静力平衡和准地转平衡所必需的。【知识点】：11.3【参考分】：10【难易度】：B【答案】： 低压中心上空槽前为正相对涡地转平流，将使该地区气旋性涡度增加。由于地转风涡度与位势高度水平拉普拉斯成正比，要维持涡度变化是准地转的，则该地区位势高度应降低，这意味着等压涡面间厚度应减小，要维持准静力平衡，这时等压面间平均温度也应降低。因为地面低压中心地转温度平流很小，不能造成气柱中温度降低，所以绝热条件下气柱温度降低，只能依赖于绝热冷却作用，即依赖于上升运动。由此可见，当相对涡度地转平流随高度变化时，出现铅直运动是必然的，如果没有这种铅直运动，不仅上相对涡度发生变化时不能维持地转平衡，而且气层内有温度变化时也不能维持静力平衡。49在准地转环流上必叠加有二级环流，试说明这种二级环流产生的原因是什么？有何重要作用？【知识点】：11.3【参考分】：10【难易度】：B【答案】：斜压大气中不仅存在涡度平流，而且存在温度平流，这些平流过程总是对地转平衡和静力平衡起破坏作用。平衡被破坏后必然激发出水平辐合辐散和铅直运动，从而形成铅直面上的二级环流。这种叠加在准地转环流之上的二级环流通过水平辐合辐散对涡度场进行调整，通过铅直运动对温度场进行调整，由此建立起新的地转平衡和静力平衡。因此，这种叠加在准地转环流之上的二级环流是维持地转平衡和静力平衡所必须的，即总是对平流过程对地转平衡和静力平衡的破坏起补偿作用。50对于正压适应过程，适应结果与初始非地转扰动的水平尺度有何关系【知识点】：12.3【参考分】：10【难易度】：C【答案】：1初始非地转扰动的水平尺度越越大，完成适应所需的时间越长。2. 若初始非地转扰动的水平尺度远大于临界水平尺度，主要是风场向气压场适应，若初始非地转扰动的水平尺度远小于临界水平尺度，主要是气压场向风场适应。51斜压不稳定波具有哪些的结构特点？并说明这些结构特点对于斜压扰动的不稳定增长是十分有利的。【知识点】：12.4【参考分】：10【难易度】：B【答案】： 1流场扰动的振幅随高度增强，同时槽脊线随高度是向西倾斜的。2温度场扰动（）的位相落后于流场扰动的位相，即温度槽落后于流场槽（气压槽）。3在平均层上（第2层），槽前脊后有上升运动，槽后脊前有下沉运动，如果考虑到温度场扰动的特点，也可以说暖空气是上升的，冷空气是下沉的。以上斜压不稳定波结构特点使得槽区为冷平流，脊区为暖平流，有利于槽脊系统的发展。此外，暖空气上升，冷空气下沉有利于有效位能量释放，为扰动的增长提供能量来源。因此，斜压不稳定波的这种结构特点对于扰动的不稳定增长是极为有利的。52利用准地转两层斜压模式讨论斜压不稳定得到哪些主要结论？（试从斜压不稳定与波长、垂直风切变、静力稳定度、因子的关系加以说明）【知识点】：12.4【参考分】：10【难易度】：A【答案】： 长波的斜压不稳定主要决定于波长和垂直风切变，只有波长大于临界波长的波动才可能产生斜压不稳定，最不稳定波长约为，垂直风切变需要达到一定的强度才可能产生斜压不稳定，垂直风切变越强越有利于产生斜压不稳定。由于斜压不稳定波的临界波长随静力稳定度的增大而增大，因而静力稳定度对较短波长的波动具有稳定作用。此外效应对较长波长的波动具有很强的稳定作用。五、推导证明题*53浅水方程