中尺度气象学习题集

1、中尺度气象学习题集、填空题 1 1.中尺度气象学主要包括以下学科：（1 1 ）、（ 2 2）、（ 3 3）和（4 4）。【答案】：中尺度气象学包括中尺度天气学 中尺度动力学与数值模拟 中尺度天气的短期和甚短期预报中尺度大气物理学。2 2 .在 OrlanskiOrlanski 对中尺度运动进行的分类中，依照水平尺度由小到大分别为（2 2）、（ 3 3）,对应的水平尺度为（4 4 ）、（ 5 5 ）、（ 6 6 ）。【答案】：丫中尺度a中尺度2 2 20km20km2020200km200km1 1 )、(6(6)2002002000km2000km3 3 .中尺度运动的基本特征有（1 1 ）、

2、（ 2 2）、（ 3 3）、（ 4 4）。【答案】：空间尺度小，生命期短 气象要素梯度大 非地转平衡和非静力平衡及强的垂直运动 小概率和频谱宽、大振幅事件 S S4 4 .滞弹性近似与包辛内斯克近似的比较，滞弹性近似的连续性方程形式为 散，而包辛内斯克近似的连续性方程形式为 （2 2）无辐散；滞弹性近似中密度的变化不仅考虑热膨胀效应，而且也考虑（3 3）效应；对于适用范围，滞弹性近似可应用于等（4 4）面斜率。（1 1）无辐（4 4）对流运动，而包辛内斯克近似只能应用于（5 5）对流运动。【答案】：质量速度压缩5 5 .对称不稳定，从物理上看，就是在垂直方向上为（1 1）和水平方向上为 的环境

3、中,空气作倾斜上升运动时仍然可能发生的一种不稳定。其不稳定判据等（3 3）面斜率小于(1(1)局地对流系统【答案】：(1(1 )对流稳定(2(2)惯性稳定(3(3)绝对动量(4(4)位温6 6 .在 CISKCISK 过程中，大尺度流场通过(1)(1)的抽吸作用，对积云对流提供了必须的水汽辐合和上升运动，积云对流释放的(2)(2)又为驱动大尺度扰动提供了能量，于是小尺度积云对流与大尺度流场演变相互作用互为因果共同发展。如(3)(3)提供了 CISKCISK 过程中启动积云对流的上升运动，则称之为波型第二类条件不稳定(WaveWave CISKCISK)。【答案】：(1)(1)摩擦边界层(2)(

4、2)凝结潜热(3(3)大气中的内波尤其是重力内波7 7 . .中纬度地区常见的中尺度对流系统有三类：(1)(1)(普通单体雷暴和局地强风暴) (如飑线)及近于圆形团状结构的 (3)(3)( MCCMCC)。【答案】：(2(2)二维线状(带状)对流系统(7)(7)下击暴流(3)(3)中尺度对流复合体8 8 . .局地强风暴被认为是大气中最重要的中尺度环流，其环境场最重要的特征是强(1)(1)和强(2)(2)。【答案】：(1)(1)位势不稳定(2)(2)垂直风切变9.9.中尺度天气现象分为二类，一类是(1)(1)，如(2)(2)、(3)(3)等；另一类是，如(5)(5)、(6)(6)、(8)(8)

5、等。【答案】： (1)(1)稳定性天气 (2)(2)局地低云(3)(3)浓雾 (4)对流性天气 (5)雷暴 (6)大风(8)(8)冰雹(2(2)弱的静力稳定度1010 .中尺度天气系统，就其产生的基本原因可分为(1)(1)和两类，其中地形性环流 有，和等，强对流天气系统有(5)(5) , (6)(6),和(8)(8)等。【答案】：非均匀性质下垫面强迫 大气的内部过程 背风波 海陆风环流 雷暴单体 飑线 中尺度对流复合体 龙卷1111 .在有基本气流条件下，重力波发展的条件是(1),(1),它们表示了这样的物理意义, 即和是有利于重力波发展的。【答案】：(1)(1)Ri1/4Rixmaxxmax

6、 和 x x Kc,Kc,因子即可入选。最后，可得粗选入选因子;精选因子。因子初选后，由于数量较多，某些因子又具有相关性，因而不能将所 有因子作为预报因子，而必须对它们进行适当组合，找出使预报效果最好的一组最 佳因子。第一步：从粗选因子选取极值剔除数最大的因子作为第一个因子，假设极值剔除数 为 S,S,则将这 S S 个样本剔除 第二步：对新样本集 B B,重新计算其它因子的极值剔除数。选取极值剔除数最大的因子作为第二个因子，其剔除数为S1S1o再将这 S1S1 个样本从样本集 B B 中取出，如此 重复下去，直至样本集 B B 中样本不能剔除为止（K=0K=0）。最后可共得 1010 个因子

7、及其判 别条件,34.34. 什么叫雷暴？它的发展、成熟和消散阶段的主要标志是什么?【答案】：(1)(1)雷暴是指伴有强风骤雨，雷电的积云系统的统称。它是有强烈的大气对流引 起的中小尺度天气系统。它的生命周期分为发展、成熟和消散阶段。其主要特征如 下:(2)(2)发展阶段：积云幵始形成，云内为上升气流。云中主要成份是由水滴组成, 但没有闪电和雷声发生。(3)(3)成熟阶段：这一阶段上升气流特别强，云顶以达到对流层顶。在0 0C层以上有 冰晶出现。0 0C层以下有水滴。闪电和雷声越来越频繁。幵始出现降水，云中上升 气流不断的发展。但降水云中幵始出现下沉气流。(4)(4)消散阶段：降水和阵风减弱，

8、云从底部幵始消散，下沉气流也幵始逐步扩大。35.35. 产生 35.35.超级单体风暴的一般天气尺度环境是什么?【答案】：般产生超级单体风暴的天气尺度环境是：(1 1 )强的不稳定层结；(2)(2)强的云下层平 均环境风；(3 3)强的环境风垂直切变；(4 4)风向随高度强烈顺转。36.36. 什么叫多单体风暴？简述段单体风暴的主要特点。【答案】： 多单体风暴是指多个发展阶段不同的单体组成得强雷暴集合体。其特点是：多个不 同阶段的单体在风暴内横向排列，不断在雷暴集合体前侧发生，后部消亡，使风暴宛如一个整体向前运动。他的平均尺度约3030S50km50km，垂直伸展能达整个对流层, 有的还能穿入

9、平流层几千米。虽然组成风暴的每个单体生命周期不长，但通过单体 的连续更替，整个风暴可以存在很长的时间。37.37. 简述飑线与锋面的异同点。【答案】： 飑线与锋面都是冷暖空气的分界面。但飑线和冷锋有明显的区别，首先，锋面是气 团的分界面，而飑线则是同一气团中形成的中系统；其次，从要素变化的激烈程度 来看，飑线比锋面更为剧烈；再其次，飚线是中尺度系统，其长度一般只有二三百 千米，生命期约十几小时，而锋面是大尺度系统，其长度可延伸达千数千米，生命 期可达几天。因此，飑线既与锋面相像，但又不全像，故有假（伪）冷锋之称。38.38. 强雷暴发生、发展的有利因子有哪些?【答案】： 强雷暴发生、发展的有利

10、因子是逆温层，前倾槽，低层有辅合，高层有辐散，存在 高、低空急流，中小系统的配合等。39.39. 什么叫 MCCMCC?他的物理特征是什么?【答案】：MCCMCC 是中尺度对流复合体。 它的物理特征可从云团的云顶温度，冷云区面积和满足 此条件的时间等方面表述。尺度A.红外温度-32C的云罩面积必须100000B.内部-52C的冷云区面积必须 50000A和B的尺度条件首先满足符合A和B尺度定义的时间必须 6h开始持续期最大范围领近的冷云罩（红外温度 0.7结束A和B的定义不再满足地形影响对流天气的主要作用是抬升作用、辐合作用和云物理作用。使对流云和高由于山坡上持(2(2)地形波气流分为四种类型

11、，分别是片状气流、定常涡旋气流、波状气流和旋 子气流。这四种不同类型之间的差别是由风速垂直分布不同形成的。(3)(3)我国的实际天气分析表明，有些地方在地形背风面的降水比迎风面还要多, 而冰雹现象又往往产生在地形背风面， 这说明在地形背风面的中小尺度天气系统活 动对局地暴雨和强对流天气起着重要的作用。4343 . .什么叫热岛效应？它对天气通常有哪些影响。【答案】：(1(1)在一定范围内，当某区域的温度比周围其他区域的温度明显偏高时，我们称 该区域为一个热岛。因热岛存在对局部天气产生的影响称为热岛效应。(2(2)在城市中由于人类的活动频繁，而且大气污染严重，热岛效应非常明显。热 岛效应对天气影

12、响主要是造成恶劣的能见度、一定的降水和影响雷暴分布等。4444 . .什么叫下坡风？产生下坡风的机制中主要应考虑什么【答案】：(1(1)自山上向山下吹得局地强风，称为下坡风。(2(2)产生下坡风的机制中主要应考虑下坡风相对冷暖的原因和下坡气流产生的原 因。4545 . .什么叫中小尺度分析，简述它的主要特点。【答案】：(1(1)对中小尺度天气系统的描述分析，称为中小尺度天气分析。(2(2)它的主要特点是：分析中会使用大量的非常规观测资料或经过处理的常规资 料；分析方法和采用的参数都要考虑时空分辨率高，分析的要素和物理量变化大, 不满足地转平衡等约束关系，对一些强烈天气系统，静力平衡关系也不适用

13、。46.46.中小尺度天气系统简述 Shuman-ShapiroShuman-Shapiro 滤波方法的基本思路。【答案】：这种方法的基本思路是：选取适当的滤波系数S S,用一定的滤波算子滤去 n n 倍格局 的波动，再用原始场减去滤波后的平滑场， 就可以分离出 n n 倍格局的波长的扰动场。47.47. 简述用，和(空气饱和时的)的垂直分布表征大气层结稳定度的判据。【答案】： 判据如下: 绝对不稳定：0 0 条件不稳定：0 0 或 绝对稳定: 对流不稳定:48.48. 简述常用的热力稳定度指数的表达式和判据。【答案】： (1)(1)抬升指数：LILI: LI=-.LILI=-.LI 正值愈大

14、，表示愈不稳定。(2(2)沙瓦特指数：SI:SI=,SI0SI:SI=,SI0 表示不稳定，负值愈大，表示愈不稳定。【答案】：简化沙氏指数：SSISSI: SSI=SSI=正值越小，表示气层愈不稳定。里查森数：()/,()/,当 0.25-10.25-1 易发生中纬度系统性对流；当-1-1 易发生气团性雷暴;当-2-2 易发生热带性积雨云。(8(8)能量一一螺旋指数：EHI:EHI=EHI:EHI=当 EHIEHI 较大时，出现超级单体和龙卷风的可能 性较大49.49. 简述计算高分辨率不稳定能量方法的设计思路。【答案】： 通常，大气不稳定能量都是使用探空资料进行计算。但常规咼空探测资料对生命

15、使 仅几小时的强对流系统来说，其时间和空间分辨率都是不足的。在高分辨不稳定能 量的计算中，采用二次曲面拟合方法，由区域附近的高空观测站的探空资料算出某 地面测站上空的高空气象要素值，从而得到地面测站密度的高分辨的不稳定能量分 布。采用的计算公式为=g()=g() 式中为与间的不稳定能量，g 为重力加速速度，为与等压面间的厚度。50.50. 按预报时效，简述天气预报的分类。总指数:TTTT: TT=,TTTT=,TT 越大，表示气层越不稳定。A A 指数:A=()+,AA=()+,A值越大，层结越不稳定。K K 指数:K=()+-,KK=()+-,K 值越大，层结越不稳定。【答案】：天气预报按时

16、效分为长期（10d10d ）、中期（310d310d）和短期（v3dv3d ）预报，其中短 期预报内含 0 02h2h 的临近预报和 0 012h12h 的甚短期预报。51.51. 简述中小尺度天气预报的时效和预报对象。【答案】：中小尺度天气预报主要包括临近预报0 02h2h 和甚短期预报 0 012h12h 两种时效的预报。预报对象主要为各种中小尺度系统以及它们所伴随的天气现象，特别是各种对流风 暴以及它们所引起的雷暴、冰雹、暴雨、大风、下击暴流、风切变以及龙卷风等灾 害性天气现象。52.52. 简述临近预报和甚短期预报的定义和预报重点。【答案】： 世界气象组织（WMOWMO ）定义为当时的

17、天气检测和 2h2h 以内的简单外推预报为临近预报。甚短期预报是指 0 012h12h 以内的天气预报，而临近预报只是VSRFVSRF 中的一种特定 内容。由于预报时限的增加，需要考虑系统的发展变化，预报不能仅靠线形外推, 还需依赖于其它预报技术。 甚短期预报的内容，既有中小尺度天气的时空分布预报, 也包括详细地提供降水、温度、湿度、风、云和能见度等的具体预报，以便尽可能 满足军事气象保障和各类经济部门的特殊气象服务要求，但它的预报对象，重点还 是中尺度灾害天气，因而它与制作一般的短期天气预报相比，对观测、处理和传递 天气情报等有完全不同的新要求。53.53. 简述领近，甚短期和短期预报与作中

18、小尺度天气预报的关系。临近预报，甚短期预报和短期预报等三种时效的预报对于作中小尺度天气的预报来统发生的可能性和发生地区的笼统的预报。然后便要依靠甚短期预报和临近预报方 法来定时、定点、定量（定强度）地做出确切的天气预报。其中甚短期预报一般是 在事件发生前作出的，而临近预报通常是在事件已经在进展时做出的。54.54. 什么叫线性外推法和有效线性外推期。【答案】： 线形外推法是假定天气系统的发展将保持其过去的演变趋势，因而便可按其过去的 演变情况推论它未来的状态（位置和强度）的预报方法。有效线形外推期的长短取 决于不同的天气现象和天气系统。一般来说某种天气现象和天气系统的有效线形外推期的长短相当于

19、该现象和系统生命期的1/41/41/101/10。大尺度系统（如锋、台风等） 有较长的有效线形外推期。但中小尺度系统的有效线形外推期却是很短的，一般都 在 02h02h 之内。55.55. 什么叫数值预报法？简述其预报能力。【答案】： 数值预报法是根据流体力学和热力学原理作出的非线性天气预报方法。大尺度数值 天气预报模式已充分表现其对短期天气过程的预报能力，而且随着每次对模式作出 改进后，预报正确率都出现一定提高。然而大尺度数值模式对中小尺度运动及其物 理变化的考虑是粗糙的，而且由于测站密度、观测精度的不足造成初始条件的不确 定和较大误差。因此大尺度模式的预报能力一般随着预报对象的尺度减小而下

20、降。根据预报实验表明，就目前的水平而言，全球数值模式对0 012h12h 的预报准确率低于说都是重要的。首先要依靠常规的短期预报方法作未来121224h24h 内中小尺度天气系气候预报的正确率。中尺度模式要稍好些，但其0 08h8h 的预报正确率也低于气候预 报正确率。56.56. 正在发展的两种中尺度预报模式是什么？目前与中尺度模式分辨率相适应的观 测资料是什么?【答案】： 两种正在发展的中尺度数值预报模式分别是详细考虑各种物理过程的复杂的数值 模式和适用于各种特殊的简化的数值模式。雷达和卫星图像是目前可得到的唯一能 和中尺度模式分辨率相适应的观测资料。但是把雷达和卫星图像中所包含的有价值

21、的信息直接用于数值天气预报模式是一个正在研究的问题。57.57. 什么是相似离度，简述其定义。【答案】： 相似离度是用于衡量两个样本 i i 与 j j 之间相似程度的一个量。它的定义是 其中式中式中 H H 是任意物理因子；表示两样本间某物理因子的差值；表示 i i 样本对 j j 样本所有因子之间的总平均差值；描述的是形相似，贝y表示值相似;总相似程度的贡献系数，m m 为所计算的相似场的格点数（或测站数）。a和P分别为它们对58.58. 什么叫局地条件气候学？举例说明如何应用局地田间气候学作天气预报。【答案】： 在一定条件下，对长期重复出现的局地天气的统计研究，称为局地条件气候学。地 形

22、作用是产生局地天气的重要方面，它主要依赖于低层风和大气稳定度。在有利的 天气学的条件下，统计得出的气候学结果，对预报也有相当的帮助。例如湖泊影响 的雷暴，在一定条件下，易发生在某些地区；在临近高地处，在某些风向条件下, 由于地形强迫作用，冰雹、龙卷会经常发生在一定的地区等。由于播撒机制对锋面 降水地形增幅后的中尺度系统分布预报，都是应用局地条件气候学方法的实例。59.59. 简述长江流域暴雨标准。【答案】：暴雨”一般泛指降水强度很大的降水事件，在业务工作中通常以24h24h 降水量（）为标准来定义。对长江流域而言，50mm50mm 称为暴雨，进一步细分为四个等级：暴雨（为 50.050.099

23、.9mm99.9mm）；大暴雨（为 100.0100.0199.9mm199.9mm）；特大暴雨（为 200.0200.0399.9mm399.9mm） 和危害性暴雨（400.0mm400.0mm ）。60.60.简述暴雨预报中的 落区法”。【答案】： 暴雨落区法”即暴雨综合叠套法”，它是通过对暴雨成因分析，找到各种有利于暴 雨发生发展的有利因子，将其叠加在同一张天气图上，并分析出有利因子集中得最 多的地区，这个地区便是暴雨最可能发生的地区。这种预报暴雨的方法称为综合叠 套法”，或称为 围区法”，落区法”。61.61.简述用 MOSMOS 法作暴雨预报的难点和修订技术。【答案】：MOSMOS

24、预报制作暴雨预报面临的难点是暴雨属小概率事件，统计方法用于小概率事件 的预报其效果不佳；而且暴雨的发生往往是次天气尺度和中小尺度系统直接造成的, 而目前的数值预报产品，尚不能反映次天气尺度以下的天气系统。为此，我国在用MOSMOS 方法作暴雨预报时，常采用以下技术来克服和弥补上述缺陷：消空处理； 对天气形式分类；挑选好的预报因子；适当处理预报对象。62.62. 什么是强对流？简述强对流天气发生发展的典型形势特征。【答案】： 强对流天气一般是指伴随雷暴发生的大雹、强风、龙卷风等剧烈天气。强对流天气 发生发展的典型形势特征是高低层有高空急流和低空急流，在低层有暖湿舌伸展, 中层有干舌叠加在低层湿舌

25、之上，层结不稳定度很大。63.63. 如何预报雷暴大风?【答案】： 观测证明，雷暴大风通常是同强雷暴相联系的，尤其是下击暴流，它是超级单体强 对流风暴的产物。当天气形势为可能出现雷暴时，在预报工作实践中常用以下方法 预报大风：使用雷达资料；使用卫星云图资料；使用探空资料；使用经验 指标；使用诊断指标。64.64. 简述冰雹预报的关注要点。【答案】：=(1-)/=(1-)/冰雹预报的关注要点是：是否有强上升气流；0 0C和-20-20C层高度是否适宜于冰雹胚胎不断增大。-20-20C层高度常在 7.5km7.5km (400hPa400hPa)附近或以下，0 0C层高度高度 在 4km4km (

26、600hPa600hPa)左右；雹粒在通过冻结高度到地面这一气层时的融化作用(冻 结高度到地面的距离；这个距离内的平均气温；雹粒尺寸)；使用多普勒雷达垂 直累积液态含水量(VILVIL )资料，判断雷暴云是否为冰雹云和出现冰雹的大小。65.65.什么叫 CSICSI 指标?【答案】：CSICSI 指标即临界成功指数。它是对预报准确率或对一种预报方法和技术进行客观评估的指标。CSICSI 指标同时考虑漏报和空报两类错误，其数值在0 01 1 之间。0 0 表示完 全失败，1 1 表示完全正确。CSI=x/(x+y+z)CSI=x/(x+y+z)其中 x x 为成功的预报，y y 为漏报，z z

27、为空 报。66.66.试从表达式 CSI=x/(x+y+z)CSI=x/(x+y+z)推导出CSI=/1+(CSI=/1+(【答案】：步骤如下: 注意到 x+yx+yM0,0,以及 z+wz+w0，及(x+y)/N=(x+y)/N=(强雷暴概率),(z+w)/N=,(z+w)/N=(无强雷暴概 率)，(N=x+y+z+w(N=x+y+z+w ) ，x/(x+y)=x/(x+y)=(强雷暴探测概率)，w/(z+w)w/(z+w)二(无强雷暴探测概 率),+=1,+=1,则有 / / =1-=1=1-=1- - =/-./=/-./=1-=1- =1-1=1-1 CSI=/()CSI=/()=/1+=/1+ 67.简述甚短期和临近预报系统的基本特点。【答案】： 甚短期和临近预报系统的基本特点是：研究的对象主要是中小尺度系统，考虑的大 气物理过程复杂，涉及水相变化，对流传输，边界层效应，湍流和辐射平衡等。处 理的资料时空分辨率高，信息流量大；更新时效短；预报内容要求具体，预报产品 常需定地点、定时间、定要素核定强度；预报或警报的制作和发布要快速及时。68.68.位涡重要特性是什么？简述它们在天气分析中的意义。【答案】：（1 1）位涡具有两