中尺度气象学习题集

1、中尺度气象学习题集一、填空题1中尺度气象学主要包括以下学科：（1）、（2）、（3）和（4）。【答案】：（1）中尺度气象学包括中尺度天气学（2）中尺度动力学与数值模拟（3）中尺度天气的短期和甚短期预报（4）中尺度大气物理学。2.在Orlanski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（1）、（2）、（3）,对应的水平尺度为（4）、（5）、（6）o【答案】：（1）丫中尺度（2）B中尺度（3）a中尺度（4）220km（5）20200km(6)2002000km3.中尺度运动的基本特征有（1）、（2）、（3）、（4）。【答案】：（1）空间尺度小，生命期短（2）气象要素梯度大（3）非地转平

2、衡和非静力平衡及强的垂直运动（4）小概率和频谱宽、大振幅事件 話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（1）无辐散，而包辛内斯克近似的连续性方程形式为（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）效应；对于适用范围，滞弹性近似可应用于（4）对流运动，而包辛内斯克近似只能应用于（5）对流运动。【答案】：（1）质量（2）速度（3）压缩（4）深（5）浅5.对称不稳定，从物理上看，就是在垂直方向上为（1）和水平方向上为（2）的环境中，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）面斜率小于等（4）面斜率。（1）局地对流系统【答

3、案】：（1）对流稳定（2）惯性稳定（3）绝对动量（4）位温6.在CISK过程中，大尺度流场通过（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）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）提供了CISK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（WaveCISK）。【答案】：（1）摩擦边界层（2）凝结潜热（3）大气中的内波尤其是重力内波7.中纬度地区常见的中尺度对流系统有三类：（1）（普通单体雷暴和局地强风暴），（2）（如飑线）及近于圆形团状结构的（3）（MCC）。【答案】：（1）局地对流系统（

4、2）二维线状（带状）对流系统(3)中尺度对流复合体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)和强。【答案】：(1)位势不稳定(2)垂直风切变9中尺度天气现象分为二类，一类是(1)，如(2)、(3)等；另一类是，如(5)、(6)、(8)等。【答案】：(1)稳定性天气(2)局地低云浓雾(4)对流性天气雷暴大风(7)下击暴流(8)冰雹（3）强的垂直风切变10.中尺度天气系统，就其产生的基本原因可分为（1）和两类，其中地形性环流有，和等，强对流天气系统有（5），（6），（7）和（8）等。【答案】：（1）非均匀性质下垫面强迫（2）大气的内部过程（3）背风波（4）海陆

5、风环流（5）雷暴单体（6）飑线（7）中尺度对流复合体（8）龙卷11在有基本气流条件下，重力波发展的条件是（1）,它们表示了这样的物理意义，即（2）和（3）是有利于重力波发展的。【答案】：（1）Ri1/4（2）气压梯度（2）弱的静力稳定度（2）气压梯度12.中尺度大气运动遵循以下物理原理：（1）、（2）、（3）、（4）以及其它气体和气溶胶物资守恒。【答案】：（1）质量守恒（2）能量守恒（3）动量守恒（4）水物质守恒（了解）13.经典的对流发展的三要素是：（1）、和。【答案】：（1）水汽（2）不稳定（3）抬升机制14只有与（1）力联系的项中保留了密度扰动，而在（2）力项中，则略去了密度扰动的影响，

6、这样的近似称为对流近似。（2）气压梯度【答案】：（1） 重15.弹性流体方程组包含的四种重力波解，分别是一对（1）重力波，一对（2）重 力波；而弹性近似之后的中尺度运动方程组则滤去了（3）重力波，而保留了（3） 重力波。【答案】：（1）高频（2）低频（3）高频（4）低频二、简答题16.简述对流近似的含义。【答案】只有与重力联系的项中保留了密度扰动，而在气压梯度力项中，则略去了密度扰动 的影响，这样的近似称为对流近似。17.简述中尺度运动的基本特征。【答案】：（1）空间尺度小，生命期短（2）气象要素梯度大（3）非地转平衡和非静力平衡及强的垂直运动(4)小概率和频谱宽、大振幅事件(了解)18.写出

7、Orlanski对中尺度运动的分类标准。【答案】：Orlanski把中尺度运动分为 丫中尺度、B中尺度和、中尺度，对应的水平尺度分别为：220km、20200km、2002000km19.简述大气标高和扰动垂直尺度的区别。【答案】：大气标高描述的是基本热力学变量的垂直尺度，用表示，它表征的是基本热力学变量垂直方向变化达到本身量级的尺度，而常用H表示扰动的特征垂直尺度，它表征 的是扰动在垂直方向的伸展范围，一般情况下，显然H冬，对于浅对流运动来说，Hxmax和xvxmin的样本数Kmax和Kmin;珪;g第四步：根据因子的Kmax、Kmin的大小及其物理意义，选取适当的判别条件，确定极值剔除数；

8、珪姑第五步：确定极值剔除数的临界值Kc第六步：如果满足条件KKc,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,则将这S个样本剔除第二步：对新样本集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S1。再将这S1个样本从样本集B中取出，如此 重复下去，直至样本集B中样本不能剔除为止（K=0）。最后可共得10个因子及其判 别条件，34什么叫

9、雷暴？它的发展、成熟和消散阶段的主要标志是什么？【答案】：(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) 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)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0C层以上有冰晶出现。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)消散阶段：降水和阵风减弱，云从底部幵始消散，下沉气流也幵始逐步扩大。35.产生35.超级单体风暴的

10、一般天气尺度环境是什么？【答案】：一般产生超级单体风暴的天气尺度环境是：(1)强的不稳定层结；(2)强的云下层平均环境风；(3)强的环境风垂直切变；(4)风向随高度强烈顺转。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30s50km，垂直伸展能达整个对流层，有的还能穿入平流层几千米。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.简述飑线与锋面的异同点

11、。【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.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。39.什么叫MCC?他的物理特征是什么？【答案】：MCC是中尺度对流

12、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100000B.内部 50000开始A 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40.地形影响对流天气的主要作用是什么？【答案】：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。41.地形引起的云物理作用有哪些？【答案】：地形的作用在于当降水天气系统移进山区时，由于抬升和辐合作用，使对流云和高 层云得到充分发展，因而形成播种云。另外，天气系统内的低层云，由于山坡上持 续的抬升运动提供

13、了源源不断的水分而得到维持，当上层冰晶或雪粒落入山区低云， 对其播撒和冲刷，捕捉大量的小水滴，使两层云的造雨过程得到充分发展，形成地 形暴雨，所以当地形迎风破出现不同层次的降水云或不同种类的云同时出现的地区 要特别警惕出现强降水的可能。42.地形波主要有几类，造成差别的原因是什么，它对天气预报的启示是什么？【答案】：（1）气流过山引起的波动称为地形波。大气中的不连续面是形成地形波的主要物 理作用。许多观测事实表明，逆温层或至少是稳定层（600hpa）几乎是地形波产生 的必要条件（2）地形波气流分为四种类型，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

14、布不同形成的。（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。43 .什么叫热岛效应？它对天气通常有哪些影响。【答案】：（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）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。44 .什么叫下坡风？产生下坡风的机制中主要应考虑什么【答案】

15、：（1）自山上向山下吹得局地强风，称为下坡风。（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。45 .什么叫中小尺度分析，简述它的主要特点。【答案】：（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)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。46.中小尺度天气系统简述Shuman-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,用一定的滤波算子滤去n

16、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倍格局的波长的扰动场。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条件不稳定：0或绝对稳定：对流不稳定：48.简述常用的热力稳定度指数的表达式和判据。【答案】：(1)抬升指数：LI:LI=-.LI正值愈大，表示愈不稳定。(2)沙瓦特指数：SI:SI=,SI0表示不稳定，负值愈大，表示愈不稳定。【答案】：(3)简化沙氏指数：SSI:SSI二，正值越小，表示气层愈不稳定。(4)总指数：TT:TT=,TT越大，表示气层越不稳定。(5)A指数：A=()+,A值越大，层结越不稳定。(6)

17、K指数：K=()+-,K值越大，层结越不稳定。(7)里查森数：()/,当0.25-1易发生中纬度系统性对流；当-1易发生气团性雷暴; 当-2易发生热带性积雨云。(8)能量一一螺旋指数：EHI:EHI二，当EHI较大时，出现超级单体和龙卷风的可能 性较大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

18、量分 布。采用的计算公式为=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.按预报时效，简述天气预报的分类。【答案】：天气预报按时效分为长期（10d）、中期（310d）和短期（3d）预报，其中短期预报内含02h的临近预报和012h的甚短期预报。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02h和甚短期预报012h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.简述临近预报和甚短期预报的定义和预

19、报重点。【答案】：世界气象组织（WMO）定义为当时的天气检测和2h以内的简单外推预报为临近预 报。甚短期预报是指012h以内的天气预报，而临近预报只是VSRF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.简述领近，甚短期和短

20、期预报与作中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说都是重要的。首先要依靠常规的短期预报方法作未来1224h内中小尺度天气系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

21、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 推期的长短相当于该现象和系统生命期的1/41/10。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02h之内。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

22、预报能力一般随着预报对象的尺度减小而下降。根据预报实验表明，就目前的水平而言，全球数值模式对012h的预报准确率低于气候预报的正确率。中尺度模式要稍好些，但其08h的预报正确率也低于气候预报正确率。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 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。57.什么是相似离度，简述其定义。

23、【答案】：相似离度是用于衡量两个样本i与j之间相似程度的一个量。它的定义是其中式中式中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样本对j样本所 有因子之间的总平均差值；描述的是形相似，则表示值相似；a和B分别为它们对总相似程度的贡献系数，m为所计算的相似场的格点数（或测站数）。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

24、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.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24h降水量（）为标准来定义。对长江流域而言，50mm称为暴雨，进一步细分为四个等级：暴雨（为50.099.9mm）;大暴雨（为100.0199.9mm）;特大暴雨（为200.0399.9mm）和危害性暴雨（400.0mm）。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

25、”，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.简述用MOS法作暴雨预报的难点和修订技术。【答案】：MOS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MOS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

26、选好的预报因子；适当处理预报对象。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之上，层结不稳定度很大。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.简述冰雹预报的关注要点。【答案

27、】：=(1-)/冰雹预报的关注要点是：是否有强上升气流；0C和-20C层高度是否适宜于冰雹胚胎不断增大。-20C层高度常在7.5km(400hPa)附近或以下，0C层高度高度 在4km(600hPa)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(VIL)资料，判断雷暴云是否为冰雹云和出现冰雹的大小。65.什么叫CSI指标？【答案】：CSI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。CSI指标同时考虑漏报和空报两类错误，其数值在01之间。0表示完 全失败，1表示完

28、全正确。CSI=x/(x+y+z)其中x为成功的预报，y为漏报，z为空 报。66.试从表达式CSI=x/(x+y+z)推导出CSI=/1+(【答案】：步骤如下：注意到x+yz0,以及z+w0，及(x+y)/N=(强雷暴概率),(z+w)/N=(无强雷暴概 率)，(N=x+y+z+w)，x/(x+y)=(强雷暴探测概率)，w/(z+w)二(无强雷暴探测概率)，+=1,则有/ =1-=1- =/-./=1- =1-1 CSI=/（）=/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，