高等天气考试重点.docx

1什么是锋面，什么是锋面气旋，利用不同物理量说明冷锋的空间结果特征。（老师点评：理解）锋面定义：冷暖气团的交界面处，气象要素不连续的过渡区。锋面具有很强的温度梯度、静力稳定度、绝对涡度和风垂直切变。锋面气旋是指存在锋面的低压系统，主要活动在中高纬度，多见于温带地区，称为锋面气旋，或温带气旋。在北方中高纬度地区，一般气旋和锋面联系在一起，是我国常见的天气系统。不同物理量说明冷锋的空间结果特征a、位温(实线)和风速(虚) 、b 位涡 c、绝对动量 、b m-格点分布可以进一步地得到以下结论：1）整个锋区可以由（y，p）面中较大的m区来表示。2）锋区中具有较大的地转风涡度。3）锋区的边界可以由绝对动量梯度的不连续区来确定。可以利用绝对动量m这一个物理量，在沿着锋区方向近似地转平衡条件下，来表征两维锋区。1、锋面具有很强的温度梯度和绝对涡度2、锋面具大的静立稳定度，以及在沿着锋区方向近似地转平衡的条件下，完全可以用位涡来表征高空锋区。2、什么是赤道辐合带，赤道辐合带具有哪些特征。（P198199）（老师点评：答案中特征没有给全）定义：特征： ITCZ是热带环流中重要的行星尺度系统，在海洋上可以产生很长的热带云带。 ITCZ一般不在赤道上，位于离赤道一定纬度的地方； ITCZ在海洋上纬向位置的季节变化比陆地上要小。在北太平洋，ITCZ位于赤道与15N之间，910月位置最北。 ITCZ所有变量的分布对辐合带几乎是对称的，并且季节变化不明显。气压在辐合带槽线处最低，经向风吹向槽内。气流的稳定度很小，辐合带的暖心结构很明显，最暖层次在对流层上部，辐合带表现为明显的湿区。3、说明低纬度大气环流的动力学特征，及其与中纬度的差异。（P204208）（老师点评：如果要考的话，低纬和中纬之间的相互作用关系更值得考）（1）热带天气尺度热力学变量的相对变化比中纬度的准地转运动约小一个量级。但是热带行星尺度运动似乎是准地转的。（2）热带天气尺度运动是水平无辐散的，行星尺度系统是有辐散的。（3）热带地区存在着不同类型大尺度低频变化的流型或波动。（4）热平衡有明显的地理差异。（5）积云对流及其垂直输送的重要作用。4、什么是季风，说明季风形成的原因，及印度季风暴发的原因。（P217225）定义：季风是行星尺度的环流系统，是近地面层冬夏季盛行风向接近相反，且气候特征明显不同的现象。北半球季风区：亚洲，尤其是南亚和东亚以及非洲。南半球季风区：主要是澳大利亚。印度季风暴发的原因1）海陆热力差异。大尺度加热场包括：(a)地表面加热（净的短波和长波辐射、感热和潜热通量），传导入土壤中的热通量；(b)在大气中，有长波和短波辐射加热，干对流过程，深和浅对流，从地面向上的感热和潜热通量，大尺度凝结和由小尺度涡旋热通量产生的辐合。2）季风的爆发与低纬赤道西风的加强有关，尤其是与沿东非沿岸的跨赤道气流或索马里低空急流有关，而这又最终与南半球的寒潮过程和马斯克林高压的发展有关。3）季风的爆发可能与沙特阿拉伯热低压的发展有关。4）季风的爆发与一种爆发性涡旋有关。5）中纬度天气系统的影响6）大尺度非绝热加热的作用7）低频振荡的作用，主要是指1025天与3060天低频振荡。5 气旋发展的三种类型及其特点（老师点评：这个题具有代表性，还可以）第一类是经典的锋面波动发展成气旋的过程（天原）。其发生、发展特征可概括为：（1）锋区或最大斜压区位于近于平直的高空气流下（没有明显的涡度平流）开始发展；（2）最初没有高空冷槽存在，但当地面气旋发展时，槽加强。在气旋未达到最大强度之前，高空槽和低层气旋间的距离明显保持不变；（3）高空涡度平流数值最初很小，并且在整个发 展过程中一直保持较小，气旋加强的主要作用是温度平流；（4）对流层下部的斜压性开始时大，锢囚时小；（5）发展的最终结果是达到经典的锢囚气旋。第二类气旋发生发展的启动机制主要在高空。气旋发生发展时具有以下五个特点：（1）当高空槽（其前部有强涡度平流）在低层暖平流区（或近于没有冷平流）上扩展时，气旋开始发展，这时低层可以有也可以没有锋面存在；（2）当气旋加强时，高空槽与低层系统之间的距离迅速减小，气旋发展最盛时轴线近于垂直；（3）高空涡度平流量最初很大，接近气旋最强时，平流量减少。开始时温度平流量小，随低层气旋的加强而增强；（4）对流层下部斜压性开始较小，随风暴加强而增加；（5）发展的最终结果达到与经典锢囚相类似的热力结构。这类气旋与第一类经典气旋的发展模式不同，在发展时，低层不一定有锋面存在，高空涡度平流是气旋发展的主要因子。第三类是中间尺度温带气旋的发展。 这类气旋的水平尺度一般在10002000km，比上述气旋的尺度小。它具有以下一些特征：（1）在扰动形成的阶段，扰动与对流层上部高空槽没有关系。高空经常是纬向气流，扰动的振幅只在对流层下部明显，而第一类有明显的长波槽；（2）这类气旋通常形成在一条延续的锋面上，能接连发生，形成一系列气旋族。这种锋面不但地面明显，在850hPa上也有等温线密集区；（3）这类气旋主要出现在较低纬度，与湿润大气中的空气运动有密切关系。具有明显的对流不稳定区，因而常发生在雨季（如梅雨季节，华南和日本东南海上、美国东南海面上）。关于这类气旋的发展机制目前还不清楚。6 台风眼壁的定义及其中尺度特征（老师点评：台风问题复杂，不用花很多时间看）台风眼壁：台风眼外围的环状云雨区叫台风的云墙或眼壁。具有强烈的上升运动，云墙区的宽度一般有2030km；主要由一些高大的积雨云组成。云墙及其临近常常是台风风雨最激烈的地方。 特征：（1）径向流入限于1.5km以下，速度向内增加。最强的流入 可能位于地面层之上（约500米）；（2）流入空气在减速之前经过最强的眼壁降水区，所产生的辐合造成了最强降水区内的垂直运动；（3）最大垂直运动在500hPa以上，位于风最大值内几公里处。通过高动量空气的垂直输送，这些上升气流可增加风最大值之内的风速，以此使对称眼壁缩小。高度有组织的眼壁尺度上升气流可能由气流的速度旋转导致；（4）眼壁在大约6小时时间尺度内保持梯度风和热成风平衡；（5）雷达反射率最大值区的坡度向外倾斜，它比上升气流的 坡度小得多。（6）由眼壁上升气流激起的下沉运动，在沿眼壁内边缘宽1020km的半径带区，而不是在眼中心组织起来。7谈一谈本学期本门课程学习的心得（学到了什么、难点是什么、怎么学习等）（老师点评：考虑考虑）相似问题是：高等天气学课程收获（提示可从学到的知识、课堂收获、对以后研究的作用、相关科学问题等方面回答）。8.阐述为何半地转运动是大气峰生的重要动力学因子（老师点评：建议看看）提示：主要从半地转动力近似推导着手，导出半地转运动的方程，与准地转运动对比，多出的非地转平流项和垂直输送项，就是跨越锋面、共同引起锋生的作用项。参考答案：.半地转动量近似的推导假设：1）假设锋面沿x方向平行，x方向的水平特征长度为Lx，y方向的水平特征长度为Ly，且 Lx Ly； 2）沿x,y方向的特征速度为U、V，且 UV3）通过锋面附近的实测资料一般可知： Lx1000km；Ly200km；U20m/s4）定义特征时间尺度为跨越锋面的平流时间尺度：=Ly/V 半地转动量近似的推导过程：利用特征尺度对方程（1）、（2）左端项进行尺度分析因此方程可见简化为：此方程组即为半地转水平运动方程。因：由半地转方程：代入方程（6）中与准地转运动相比：多出了：项可见，半地转理论多出了跨越锋面的非地转平流项和垂直输送项的作用，这两者的共同作用可引起锋生。所以说半地转运动是大气锋生的重要动力学因子。9、高空急流区出入口风速分析（还需要考虑高低空急流的配合、产生的次级环流及其动力作用、地形影响）（这个题略复杂，可能会略过）提示：先高空急流的定义，及急流的一般特征，再画示意图分析出入口风速变化特征。参考答案：1高空急流的定义和一般特征高空急流简单地说是指发生在300hPa以上风速=30m/s的风速带。有副热带偏西风急流、极锋急流、热带东风急流，一般夏季副热带西风急流与极锋急流的最大中心在200hPa,热带东风急流的最大中心在150hPa。在急流区非地转偏差风很大。2.画出示意图具体分析出入口风速变化特征图3.19 200hPa 1月平均风速和风向（19661977年）。风速的单位：ms-1。AA和BB为剖面的位置，分别代表急流入口区和出口区由不考虑摩擦的水平运动方程 在AA线左侧，风沿x方向增加，du/dt0,v-vg0即在急流中心的后部有超地转风存在vag0,使气块左偏产生西风加速，在入口区的南侧右偏引起辐散，入口区的北侧，左偏引起辐合，产生左侧下沉，右侧上升的热力直接环流。在BB线右侧，风沿x方向减小，du/dt0,v-vg0 即在急流中心的前部有次地转风存在vag0）；3、对流层中间层相对湿度高有利于台风形成；4、低层绝对涡度（低层正涡度是与上升运动、积云对流和潜热释放密切相关的）；5、水平风的垂直切变，弱垂直切变有利于台风的发展；6、高空辐散场，当高空存在着辐散场时有利于台风的加强。18.高等天气学中的基本问题及其研究的内容（老师点评：基本问题，自己想想）l 准地转理论：描述和解释中纬度大尺度运动及热带大气的行星尺度运动及相关天气系统的结构和特征等。l 半地转理论或地转动量近似：用来研究锋面、急流、急流系统的次级环流等l 流体动力学不稳定理论及判据：研究大尺度流场对扰动的增长作用及扰动增长条件l 中尺度不稳定理论：主要研究对称不稳定和横波不稳定l 热带大气波动理论：研究热带大气中的大尺度和行星尺度波动19.Rossby数定义，混合Rossby重力波与Kelvin波的特征是什么？（老师点评：应该知道）l Rossby数：运动方程中的惯性加速度项与柯氏力引起的加速度项之比。l 混合Rossby重力波特征：相对于赤道是一个对称涡旋，而高低压中心分别在赤道两侧，风压场相对于高纬为近似地转，近赤道非地转分量大，风向相对于赤道呈Gauss分布（对称）。l Kelvin波：波的经向速度为0，纬向速度和位势高度关于赤道对称，纬向风与气压场的关系为 ， 在赤道上高低压环流左右两侧风场与等位势线相互垂直，为大尺度纯重力内波20高原的热力作用有哪些？（老师点评：看书。重点是低纬和中纬大气的相互作用、如何解释主要天气现象）l 高原的冷热源问题。一是高原是冷源还是热源；二是在冷源或热源的分量中是感热为主还是潜热为主。无论冬夏就整个高原平均而言，相对于大气，高原都是个热源，也即全年从高原地面都有不同形式的热量向大气输送 l 高原各月地气系统能量收支。大气从地面得到的有三种热量：地面有效辐射（LR1）；潜热（由降水凝结潜热而成（LP）；湍流感热（地面湍流引起的感热输送：SH）。另外大气得到（失去）的能量还有： SR：来自太阳的短波辐射；LR2：大气顶的向外长波辐射。以全年论，以湍流感热输送为最大，有效辐射次之，蒸发最小。在夏季的七、八月份，地面的蒸发潜热最大，但也比湍流感热小得多。其余的月份，从地面蒸发的潜热可忽略不计。在冬季则以地面有效辐射为最大，湍流感热输送次之。l 高原东西部加热性差异。在高原西部（半干旱地区）有极大的感热通量，因为很高，这种抬高的感热源可用于直接加热对流层中上部大气。与西部相比，高原东部的SH要小得多，但它在6月之前，仍超过LP。这表明在季风或雨季到来之前，高原上以感热加热为主。在夏季（7和8月），LP略大于SH。由于SH分量占优势，净加热E在高原西部是很大的，结果西部地区对整个高原净热平衡的贡献为主，而高原东部的贡献则要小得多。 对于高原东部，潜热的作用明显增大，但其值仍略小于SH。净加热Q1，LP和SH的贡献都很显著。对于Q2，LP的贡献超过LE，故Q2为正。可见，来自地面的感热通量是青藏高原热收支的主要因子，尤其是在1979年初夏高原西部。凝结加热对高原东部的热量收支是很重要的，特别在夏季雨季之后。l 高原周围风场和湿度场。风场：高原季风；低空气流流向高原的东部构成印缅槽，梅雨锋从低层到高层有水汽的吸入，最强上升运动在高原东部、阿萨姆-孟加拉湾、梅雨锋区。湿度场：东湿西干l 高原天气系统。高原上夏季的中低层主要有两种天气系统：高原高压，这是一种动力性暖高压；切