动力气象复习资料(名词解释和简答)

1、一、各章节重点内容第一章：地球大气的基本特征？第二章：描述大气运动的基本方程组包括哪些？根据P23（2.52）推导位温公式。根据球坐标运动方程组P28（2.78）,证明绝对角动量守恒P29（2.82）式。绝对坐标系、旋转坐标系、球坐标系和局地直角坐标系的区别，作图说明。第三章：掌握尺度分析的方法，能对简单的方程进行尺度分析。第四章：z坐标转化到p坐标所需要的数学物理条件，P坐标的优缺点？第五章：自由大气中根据力的平衡存在哪几种平衡？平衡的关系式是什么？正压大气与斜压大气的概念。推导热成风方程（p94-p95）,并利用热成风判断冷暖平流。第六章：自然坐标系中，推导涡度的表达式，并分析各项的意义P

2、111。根据z坐标系中的水平动量方程推导涡度方程，并简要解释各项的意义。根据位涡守恒原理解释形成过山槽的原因。第七章：有效位能的概念。内能、重力位能、动能、潜热能的表达式。第八章：大气中行星边界层的主要特征，公式推导及解释埃克曼抽吸？公式推导及解释旋转衰减作用？第九章：利用微扰动法和标准波型法分析大气波动特征，如重力外波、重力惯性外波？或者，根据布西内斯克近似方程组分析，重力内波或惯性内波？第十章：描述地转演变过程？地转适应过程和演变过程在哪些方面体现了区分？第一章：通过无量纲化方程组，利用摄动法推导第一类正压大气零级和一级方程组（P255-P257）。利用P260（11.45）推导位势倾向方

3、程并说明位势倾向方程中各项物理意义，或推导3方程及解释各项物理意义。第十二章：几个概念：惯性不稳定、正压不稳定、斜压不稳定、对称不稳定第十四章：CISK，热带大气动力学的基本特征名词解释（20分左右）简述题（20分左右）简单计算（10分左右）简单推导（10分左右）复杂推导、证明、解释等题（40分左右）二、名词解释要求(1)冷暖平流，(2)罗斯贝数，(3)梯度风，(4)地转风，(5)平面近似，(6)Ekman抽吸，旋转减弱，(8)惯性不稳定，(9)斜压不稳定，(10)CISK，(11)正压不稳定，尺度，(14)基别尔数，(15)里查森数，(16)热成风，(17)地转偏差，速度环流，(19)涡度，

4、(20)有效位能，(21)摄动法，(22)惯性稳定，(23)中尺度对称不稳定，(24)条件不稳定，(25)气压梯度力，(26)重力，(27)平衡流场，(28)Q矢量，(29)位势倾向，(30)质量守恒数学表达三、理解物理过程要求1地转偏差及其作用？2有效位能及其性质？3尺度，尺度分析法，尺度分析法的不确定性？4为什么说等压面图上等高线愈密集的地区水平气压梯度力愈大？p坐标建立的条件是什么？p坐标的优缺点是什么？6简述大气长波的形成机制？什么是微扰动法？斜压不稳定波的结构有哪些特点？简述科里奥利力随纬度的变化？大气中考虑哪几种能量？简述净力平衡大气中全球能量平衡过程？薄层近似？局地直角坐标系？与

5、一般直角坐标系的区别？热力学变量尺度及其特征？什么是。坐标系？位势涡度守衡及其过山槽的形成？标准波形法？重力惯性外波生成的物理机制是什么？为什么说当地转平衡遭到破坏后，就会激发出重力惯性外波？而在地转平衡条件下，不存在或者说滤去了重力惯性外波？什么是Boussinesq近似？什么是滞(非)弹性近似？采用Boussinesq近似或滞弹性近似为什么可以滤去声波？从物理上说明静力平衡近似可以滤去沿垂直方向传播的声波，但不能滤去沿水平方向传播的Lamb波。为什么说斜压准地转运动不可能是纯水平环流，即在准地转水平环流之上必迭置有二级环流？这一二级环流有何重要性？它与Ekman抽吸作用造成的二级环流在性质

6、上、作用上有何差别？用Q矢量表示的准地转方程有何优点？试讨论铅直运动与Q矢量的关系，为什么说Q矢量的方向总是指向上升区？、名词解释要求（1）冷暖平流：由温度的个别变化与局地变化的关系可知：dT=dT-.T-WdT；dT=0,=0,则有,dtdtdtdtdT-祝=-5存=dT当西0,即沿着水平速度方向温度是升高的，风由冷区吹向暖区，这时-U西0（即西0）,会引起局地温dsdsdt度降低，便说有冷平流。当9T0,即沿着水平速度方向温度是降低的，风由暖区吹向冷区，这时-如0（即西0）,会引起局地温dsdsdt度降低，便说有暖平流。气运动的类型（3）梯度风：（2）罗斯贝数：水平惯性力与水平科氏力的尺度

7、之比，即心=2，表示大气运动的准地转程度，也可用来判别大0fL大、中、小尺度）和特性（线性和非线性）。科氏力、惯性离心力和水平气压梯度力三力达成的平衡。此时的空气运动称为梯度风，即V2idp4）地转风：-+fv+d=0等压线为一族平行的直线（）时的平衡流场称为地转风场，或称为地转运动。在地转运动中，水平气压梯度力与科氏力相平衡。这时的空气作水平直线运动，称为地转风，表达式为：刃=-丄。9fp（5）平面近似：中高纬地区，对大尺度运动，L/a1,则f=f0+By，其中f=2sin0=C，0=2co%=c,00a当f处于系数地位不被微商时，取f=f0,当f处于对y求微商地位时，取吐=B=常数。dy这

8、种近似即所谓的平面近似（6）Ekman抽吸：在准地转涡旋流场中，由于湍流摩擦效应将会在艾克曼层中造成强迫的铅直环流，它叠加在准地转水平环流之上，称之为二级环流，由于二级环流是由行星边界层摩擦所驱动的，所以产生此种二级环流的机制称为Ekman抽吸或艾克曼泵。（7）旋转减弱：行星边界层的湍流摩擦通过ekman抽吸形成的二级环流可使准地转涡旋强度减弱，这种作用称之为旋转衰减作用。（8）惯性不稳定：在基本流场为西风且有水平切变的情况下，气块因南北位移离开原来位置后，若继续远离原来位置的趋势，则称其为惯性不稳定。（9）斜压不稳定：在具有铅直切变基流中产生的长波不稳定称为斜压不稳定。（10）CISK：天气

9、尺度扰动造成的湿空气的强烈辅合使积云得到发展，而有组织积云对流释放潜热为天气尺度的扰动发展提供能量，当积云尺度和天气尺度扰动之间的这种相互作用导致天气尺度扰动不稳定增长时，这一过程称为第二条件不稳定。缩写CISK.（11）正压不稳定：在具有水平切变气流中产生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及基本纬向气流的平均动能。（13）尺度：各物理场变量“具有代表意义的量值”称之为物理场变量的特征值，某一物理场变量的“尺度”正是指它的特征值。（14）基别尔数：局地惯性力与水平科氏力之比或惯性特征时间尺度与运动时间尺度之比，即=丄=“

10、（=丄fTTefQ为惯性运动周期），可用来判别大气运动的定常性和快慢性。（15）里查森数：:戏=巫也，是一个与大气层结稳定度和风的铅直切变有关的动力学参数。（P56,P175）U2（16）热成风：铅直方向上两等压面上地转风的矢量差。（17）地转偏差：实际风与地转风的矢量差，=y-K18）速度环流：流场中某一有向闭合物质曲线上的速度切向分量沿该闭合物质曲线的线积分，定义为速度环流，简称环流。以C代表环流，贝yc=0可应=0Vcosads,其中dF是和环线L方向一致的有向弧线，a是可与ds之间的夹角。（19）涡度：速度场的旋度。用刀表示。刀=v3x可。（在本书中一般将涡度的铅直分量简称为涡度。）（

11、20）有效位能：在大气现有状态下的全位能与经过绝热调整后达到层结稳定、等压面和等温面重合且呈水平分布状态（这一状态称为参考状态）时尚存的全位能之差，定义为有效位能。P142（21）摄动法：摄动法又称小参数展开法。利用摄动法求方程的渐进解，通常要将物理方程和定解条件无量纲化在无量纲方程中选择一个能反映问题物理特征的无量纲小参数作为摄动量，然后假设解可按参数展成幂级数，然后将这一形式级数带入无量纲方程后，可得各级近似方程，依据这些方程可确定幂级数的系数，对级数进行截断，便得到原方程的渐进解。（22）惯性稳定：当基本流场中的气流具有水平切变时，微团受迫产生相对于基本气流的水平位移，若基本气流对微团的

12、位移起抑制作用，即能使微团回到原来的平衡位置，则称惯性稳定。惯性稳定的判据为：f-西0。（p279）dy（23）中尺度对称不稳定：是指在具有风速切变的基本气流中，即使在铅直方向和水平方向分别是对流稳定和惯性稳定的，但是当空气作倾斜上升运动时，在浮力和旋转的共同作用下，仍然可能出现一种不稳定现象对称不稳定。因其具有中尺度特征，以及它在导致中尺度扰动不稳定增长中的重要作用，所以又称为中尺度对流不稳定。（24）条件不稳定：指大气层结对干空气块绝热上升运动而言是稳定的，对饱和湿空气块作假绝热上升运动是不稳定的。判断依据s0，e0,有下沉运动；Q矢量辐合区，VQ0，e0,有上升运动.）（P272）（29

13、）位势倾向：称妙（即型）为位势倾向。dtdt（30）质量守恒数学表达：即连续方程血+PJ可=0dt33三、理解物理过程要求1地转偏差及其作用？答：地转偏差是指实际风与地转风的矢量差。其作用有：地转偏差是天气系统的一个动力因子：有地转偏差时，空气微团才可能做穿越等压线运动，从而引起质量重新分布，造成气压场和风场的变化。所以地转偏差是天气系统演变的一个动力因子。地转偏差对大气运动动能的制造和转换起着重要作用，当有地转偏差时，若实际风偏于低压一侧，水平气压梯度力对空气微团做功，其动能将增加；若实际风偏于高压一侧，空气微团反抗水平气压梯度力做功，其动能将减小。因此，地转偏差对大气运动动能的制造和转换起

14、着重要作用。地转偏差对铅直运动有重要意义：大气水平散度=竝+凹=匚鸣+取f为常数时均+坞=0,故如+dxdydxdydxdydx如=如+如，即实际风水平散度主要由地转偏差决定。铅直运动与水平散度联系在一起，如水平散度为零，也就dydxdy无铅直运动，从而也就没有云雨天气现象出现了。2有效位能及其性质？答：有效位能是指大气现有状态下的全位能与经过绝热调整后达到层结稳定，等压面和等温面重合且呈水平分布状态(即参考状态)时尚存的全位能之差。有效位能性质：大气做绝热运动时，全球大气的有效位能与动能之和不会改变。有效位能完全决定于初始状态的质量分布。等压面、等温面呈水平分布状态且层结稳定时，有效位能等于

15、零。大气为斜压状态时，有效位能总是为正值。3尺度，尺度分析法，尺度分析法的不确定性？答：尺度：各物理场变量“具有代表意义的量值”称之为物理场变量的特征值，某一物理场变量的“尺度”正是指它的特征值。尺度分析法：依据表征某类运动系统的运动状态和热力状态个物理量的特征值，估计大气运动方程中各项量级大小的一种方法。不确定性：参数选择的不确定性；尺度分类由于有交叉而造成的不确定性；计算的不确定性。(其他答案：a.尺度只是物理场变量具有代表意义的特征值，并不是物理场变量的确切值，故尺度本身就具有不确定性。b.尺度的运算是按一定的规则和经验对运算结果的尺度经行大致的估计。c.大气尺度的分类并没有严格的确定的

16、界限，具有不确定性。)4为什么说等压面图上等高线愈密集的地区水平气压梯度力愈大？答：等压面上存在的高度形势有很好的对应关系，绝对形势图上等压面高度的高值区对应于等压面图上的高值区，等压面高度的低值区对应于等高面图上的低压区。因此，等压面图上的等高线越密集，则对应的等高面图上的等压线越密集，从而相同高度内气压的水平变化就越大，水平气压梯度力就越大，水平力也越大。5.p坐标建立的条件是什么？p坐标的优缺点是什么？答:条件：数学条件:p(x,yz,t)是连续的，且具有连续偏导数。当x,y,t固定时，p(x,y,zt)是z的单调函数，即亜牛0；dz物理条件:满足静力平衡条件，即dp=-pg0dzP坐标

17、系的优点：P坐标系中的大气运动方程组减少了一个场变量P,密度的影响隐含在等压位势变化之中，气压梯度力成为线性项，形式简单连续方程具有较简单的形式，成了一个诊断方程，大气运动方程组只由三个预报方程、两个诊断方程组成。日常气象业务工作采用的等压面分析法，便于利用P坐标系方程组经行诊断计算与分析。等压面相对于水平面的坡度很小，可以认为是准水平的，因此，它近似反映了等压面平均高度上的要素水平分布特征。缺点:难以给出正确的下边界条件对于小尺度运动不满足静力平衡条件，不能用P坐标系运动方程来描述它们的运动规律。简述大气长波的形成机制？（P211）答:正压水平无辐散涡度方程为dZ=烈,可知：当有dt南北运动时，因