动力气象学汇总

1、一、地球大气的动力学和热力学特征：答：特性一：受重力场作用，大气大尺度运动具有准水平的特征及静力平衡性质。特性二：大气是重力场中的旋转流体，在中高纬度大气的大尺度运动具有地转近似平衡性质。特性三：大气是层结流体，层结稳定度对大气的垂直运动具有重要作用特性四：大气中含有水汽，水汽所释放的潜热是大气运动发展的一种重要能量来源。特性五：大气的下边界是不均匀的，对 大气的运动也具有重要影响。二、大气运动遵循哪些规律？答：大气运动遵守流体力学定律。它包含有牛顿力学定律，质量守恒定律，气体实验定律，能量守恒定律，水汽守恒定律等。由牛顿力学定律推导岀运动方程 （有三个分量方程）、由质量守恒定律推导岀连续方程

2、、由气体实验定律得到状态方程、由能量守恒定律推导岀热力学能量方程、由水汽守恒定律推导岀水汽方程。这些方程基本上都是偏微分方程。这些方程构成了研究大气运动具体规律的基本岀发方程组。三、 何谓个别变化？何谓局地变化？何谓平流变化？何谓对流变化？及它们的数学表达式？答：1、个别变化df凤蜀呈、満度等的个剧愛祀. 在气象学中表 示牛别率气繼寓的气袒扬理量在送动过餐中随时 冋的哽化辛习演上称为牛刑愛化 .dt2、局地变化鲁表示物理量f的局地变化（率）例如.某 个觅点的2 4小时的温度变化，或3小时的气压甕 化*就称为温度的局地愛化，或气压的局地变 化。.称为局地变化算符。3、平流变化-K,-V,/称为物

3、理量F的平流变化（率； 式中仇三疳+庁表示是水平凤矢量d - c -S =瓦* +不/表示是水平捧度算符。帝丿称为f的水平梯度。4、对流变化-哼为温度的对流愛化（率厂又称温度的 垂直晶作用，它与平流变化的物理意义本慶上 是一样的，只是它是由垂直运动而引起的变化。（2.4）式亠（亠drdT-dTdtdidz四、大气运动受到那些力的作用？答：受到气压梯度力、地球引力（也称为地心引力）、摩擦力、惯性离心力和地转偏向 （科里奥利）力等作用。其中气压梯度力、地球引力、摩擦力是真实力，或称牛顿力。而惯性离心力和地转偏向力是视示力”是虚拟的力。五、科里奥利力有哪些重要特点:答:科里奥和力且有以下儿个董奚特点

4、=A与C才目垂直*所以在纬圏2、A与凤角讦湘垂直， 对于水平运多而言* 在寸匕半球电转懾向力使 运动向右倔*如图所示哀庭南丰埠地转懾旬 力侯运多面左傾+所以它对运 动气块不做功*它只能改变气块殆运毋右向 而不育奁改蛮其逵產丸小+3、地转偏向力的大小与相对速度 v大小程正比。对于水平运动的地转偏向力，它随地理纬度减小而减小六、根据牛顿力学原理大气运动方程表达式 答:根据牛顿力学原理大气运动方程为:= lvp2QxV+gF dt p(2. 35)等号左边是天气运动加速度，等号右边第一项是 气压择度力；第二项是科里奥利力；第三项是重 力；第四项是摩擦力。七、热力学能量方程的数学表达式及其物理意义答:

5、冋題？一 J餐九了冰邸乃帕們归醪卫扎址扮川；根据能量守恆定警可推导出撐力学能量方鶴其毀学表达式为: &聖-空璧Q（Z 52） dt dt式中K为干空气轴吒條常敕，J再定压比热=1004焦耳/干克开）,Q为由热传导和潜热释放而遥成的单程廣量的加馥辛” 它的物理意丈是；等号左边是单位质量气块地温度牛刑變化, 善号右边第一项是对单住质董气決对如热项7表示气块受到如热（冷却）点气温将升高（降低八第二项是单伎质量气块的气圧个别交化，表示气块受到加（降压，其气温将#离（降低）.八、何谓局地直角坐标系？（局地直角坐标系的取法及其特点？）答：所谓局地直角坐标系是指：这个直角坐标系的原点（或称0点）设在地球表面

6、某一地点，则其三个坐标轴（x,y,z）中x轴指向这个地点水平面上的东方；y轴指向这个地点水平面上的北方；z轴指向这个地点的天顶方向，与球坐标相同。因此这个坐标系的三个坐标轴的指向也随地点不同而不同。可以认为它是球坐标系中略去球面曲率影响后的简化形式，对于所研究的水平 范围不太大的气象问题，这种简化所产生的误差是比较小的。在这个坐标系中重力只岀现在z轴方向，使运动方程变得比较简单些。九、什么叫尺度分析？答：根据天气实践经验知：大气中出现有各种不同尺度的运动。不同尺度的运动，其动力学和热力学特征是不同的。所谓尺度分析方法，就是对不同类型运动，通过观测资料，给出各种尺度运动物理量的特征值（也被称为尺

7、度），特征值（尺度）的大小通常用数量级表示。用这样方法来估计出基本方程中各项数量级，找出主要因子，略去次要因子，使方程得以简化，以 利数学处理，也有利于揭示某种运动的本质特征。它是一种对物理方程进行分析和简化的有效方法。十、何谓零级简化？何谓一级简化？中高纬度地区，自由大气的大尺度水平运动方程的零级简化和一级简化的结果得到了什 么结论？答：所谓零级简化，通过比较方程中各项的数量级，只保留方程中数量级最大的各项，而其他各项都略去。所谓一级简化，通过比较方程中各项的数量级，除保留方程中数量级最大的各项外，还保留比最大项小一个量级的各项,而将更小的各项略去。零级简化结论：通过尺度分析理论，中高纬度地

8、区，自由大乞妁 大尺度水平运动方程零级简化为(3 34)pcy戎中f=2 Q sin 称为地转参款 上丸表示；中高 纬度地区*自由大气的大尺度水平运动中力的基 本箝征是：水平乞压梯度力与水平地转偏向力近 似平衡.一级简化结论：而一级简化方程为：cidudu1 ct) p十刼-F v-IVGtGixp dx”、rr.：；一(X35)CVCVCV1Cp-u - v = IUctdxdypdy它表示了：自由大气中的空气块的加建度，主要 是由水平气压梯度力与水平地转偏向力的撤小不 平衡所引起的。十一、大尺度空气运动在垂直方向的基本特征?答：通过尺度分析理论，大尺度的垂直运动方程 可简化方程为：A1 c

9、pu = Qp tL (1 37b)这就是气象学中的静力学方程。对于大尺度运动 它具有很高的赭确度。表示k尺度空气运动在 垂直方向的基本上特征是：垂直气压梯度力与重 力侏持平衡.这也是大尺度大气运动的重要特盍 之一.十二、大尺度系统的连续方程零级简化结论，一级简化结论。答零级简化结论：根据连续方程各项的数量级大小，连续方程一级简化结论：的零级简化方程为：和V rex cyr(3* 38)而级简化方程为：昂氏母碎刃3 = 0(X 39)或写成：E 氐k S或”护墜标系申的舷转凤公式为，1民11.f f dy1 c/V,=-CX(5. 25)(5. 24)其向董彩式为=(5. 27)十七、热成风与

10、温度场有何关系？答：(5.48)由此可得皓论二匕491为较低一层的融由等压坡度所十五、什么叫梯度风。答：梯度凤就是指：在惯牲离心力与气压桶度力及地转 偏向力这三力平街（称为桶度风平衡下的空气运动連 度，用符号或H表示。十六、何谓热成风及其数学表达式？答：气象学定丈地转风龍高度的改变量为熱成风， 其符号为 它的数学表达丸为：热成风与平均温度线（或厚度线平行，背热成 废，也就是等压风而立高温在右，低温在左*热咸风的大小与平 均温度（或厚度线）的捧度成正比，与纬度值成 反比同时也与5上值成正比伸P:十八、热成风与冷暖平流的关系？答：当两层等压面的地转风已知时，由热成风的定义式即可确定此两层间冷暖区的

11、分布及温度梯度的大小。因为在实际的自由大气中实际风接近地转风，可得如下结论：当地转风（或实际风）随高度增加而逆时针转时，则有冷平流。当地转风（或实际风）随高度增加而顺时针转时，则有暖平流。可根据某地的高空风随高度转变情况，来判断冷暖平流随高度变化，从而判断当地大气稳定度变化趋势。如高层冷平流较强或底层暖平流较强，则大气稳定度将趋向不稳定，为预报对流性天气提供依据。十九、练习题：已知在摩擦层内，某测站为西南风，试作图表示（水平气压梯度力），（水平地转偏向力），（摩擦力），（实际风），（地转风）和 地转偏差 的相互配置。提示：作图顺序如下： 根据已知条件先画出实际风（西南风）的矢量； 根据实际风画

12、出地转偏向力； 根据实际风画岀摩擦力； 根据地转偏向力和摩擦力的合力画岀气压梯度力； 根据气压梯度力画岀地转风； 根据地转风和实际风画岀地转偏差；（这个题靠运气吧,当时学会的已经还给老师了）二十、环流的物理含义 ？答：在流体中，任取一闭合物质曲线L （所谓物质曲线是指曲线上的流体物质不流出此曲线，曲线外的流体物质也不流入此曲线），此曲线上每一点的速度大小和方向可以是不同的（物质曲线的位置和形状随时间可以改变，但不会断裂），若对曲线上各点的流体速度在曲线 L方向上的分量作线积分，则此积分定义为速度环流，简称为环流C二一、什么叫涡度，以及相对涡度和绝对涡度的定义？ 答：涡度：.单柱面积上的坏流。它

13、的数学表达式知6.21）它是一个向量，它的方向按一种“右手规则”确定。可以证明涡度的数值等于流体旋转角速度的2倍.相对涡度和绝对涡度:在址球上观测到的涡度称为相对涡度。地球本身自转所产生的涡度称为地转涡度（或行星涡 度，也称为牵连涡度，地转涡度=2 Q ,相对涡 度加上电球自转涡度等于绝对涡度，即等于在襦甘丛坛歪中顶讪1和】百&漓应.二十 所讨 什么 答：二、气象上通常论的涡度是什么特征？他与天气系统有关系？由于大气基本上是水平运功 所法气象上適常if论 水平面上的旋转运动，即讨论指向垂直方向的相对涡度 分量,它的数学表达式为：dv cu它与天气图上气旋与反气旋有一定的对应柱，通常正相 对謁度对应于气旋或低區橹，负相对涡度对虑于反气旋 或高压聲挥所叽 气象理论上多用満度方程耒硼