天气学原理复习题答案整理

1、第一章1.站在转动的地球上观测单位质量空气所受到力有哪些？各作用力定义、表达式及意义如何？答：气压梯度力、地心引力、惯性离心力、地转偏向力及摩擦力。（1）气压梯度力：当气压分布不均匀时，单位质量气块所受到的的净压力，称为气压梯度力。表达式：为气压梯度，由气压分布不均匀造成。G的大小与成反比，与p的大小成正比G的方向垂直等压线，由高压指向低压（2）地心引力：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力。表达式：其中：G：万有引力常量，M：地球质量，a：空气块到地心的距离 大小：不变，常数方向：指向地心。（3）摩擦力：大气因具有粘性，当有相对运动时所受到的一种粘性力。指向速度的反方向。表达式： 其中：为

2、运动学粘滞系数，是比例常数，称为动力粘滞系数，为气块密度。大气为低粘性流体，一般只在行星边界层（摩擦层）考虑摩擦作用，自由大气中则忽略摩擦作用。（4）、视示力：由旋转坐标系的加速作用而假想的力（惯性离心力、地转偏向力）1. 惯性离心力：定义：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转动地球上观测它的运动，发现它是静止的，这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心力。表达式：。为地球自转角速度。大小：与纬度成反比，赤道最大，极地最小；方向：在纬圈平面内，垂直地轴指向外2.地转偏向力(科氏力）定义：观测者站在转动的地球上，观测单位质量空气块运动，发现

3、在北半球有一个向右偏的力，在南半球它向左偏。此力就称为地转偏向力（科里奥利力）。 表达式：地转偏向力的大小：（1）与相对速度|V|大小成正比（因角速度为常数）；当|V|=0时，A=0，只有在做相对运动时，A才存在。（2）与速度夹角也成正比。水平地转偏向力：大气中垂直运动一般也较小，气块主要受x方向和y方向地转偏向力，即：水平地转偏向力的影响。地转偏向力方向：与垂直地轴和速度方向垂直，只能改变气块的运动方向，不能改变其大小。在不考虑w和Az的情况下，在北半球，地转偏向力指向运动方向右侧，在南半球，地转偏向力指向运动方向左侧。3.重力：地心引力与惯性离心力的合力。表达式：大小：随纬度增大而增大，因

4、为惯性离心力大小与纬度成反比，重力大小与惯性力离心力成反比。方向：垂直地球表面指向内，原因是如果重力不与地球表面垂直，则在地表有分量，使气块移动至分量为零。所以重力垂直于地表。因地球为椭球体，重力与地面垂直，无指向赤道的分量。重力在赤道最小，极地最大。重力是垂直方向上的，而大气运动是准水平的； 科氏力始终垂直于速度方向，故只改变方向，不做功。所以，引起大气运动的最重要作用是：由于压力分布不均匀而产生的压力梯度力（热力作用引起的） 。2.地转偏向力与水平地转偏向力有何相同与不同？2.地转偏向力与水平地转偏向力有何相同与不同？（见题1）3.柯氏力是怎样产生的，与速度的关系如何，南北半球有何区别？（

5、见题1）4.惯性离心力是如何产生的，如无地球自转，此力存在否？（见题1）5.重力方向如何？与等高面是否垂直？海平面上重力如何？（见题1）6.解释 ddt, t,-V的含义？是场变量的全导数，是固定点上随时间的变化率。是场变量的局地倒数，是运动中随时间的变化率。是气块的全速度，是三维微分矢量算子，是场平流变化。7.大尺度系统运动遵循什么规律？中纬度大尺度运动具有准定常/准水平/准地转平衡/准静力平衡特点8.等位势面与等高面哪一个是水平面？为什么？等位势面。由于实际的重力加速度g是纬度和高度的函数，所以在不同纬度上物体改变相同的高度而位势却有不同的增量。因此，等位势面与等几何高度面不平行

6、。当物体在等位势面上移动时，位能不发生变化，不需要克服重力做功，等位势面处处与重力方向垂直，所以等位势面是水平面。故等高面不是水平面。9.解释由什么会引起固定点温度变化？由热力学能量方程的零级简化得，大尺度系统中的局地温度变化是由温度平流和非绝热作用造成的结果。在非绝热作用很小的情况下，温度变化主要是由温度平流引起的。10.“p”坐标系优越性表现在何处？（1）实际工作中，不观测空气密度“”，在等压面分析中，研究大气运动不需要非观测值空气密度“”，而在等高面分析中，研究大气运动需要空气密度。所以等压面分析能满足实际工作需要，而等高面分析不能满足实际工作需要。（2）等压面分析中计算地转风简单。，而

7、在等高面分析中计算地转风多一个变量，另外等压面分析中，上下两层地转风可以进行比较，仅决定于等高线的疏密确定地转风大小，而等高面分析上下两层地转风无法比较，涉及到的变化。（3） 等压面分析计算水平气压梯度力简单，而等高面分析计算水平气压梯度力 多一个“”。（4）等压面分析水平散度简单，取决于垂直运动分布，而等高面分析水平散度多密度变化，即 11.在北半球大尺度系统运动中，做逆（顺）时针旋转，为什么对应是低（高）压中心？顺时针旋转对应高压中心，逆时针旋转对应低压中心。证明：风顺时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的左侧，惯性离心力为小量，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向

8、速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最高，为高压； 风逆时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的右侧，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最低，为低压。 12.在北半球大尺度系统运动中，气压场有低（高）中心存在，周围风为什么是逆（顺）时针旋转？13.正压大气、斜压大气含义是什么？热成风为什么会发生在斜压大气中？正压大气：大气中密度的变化仅仅随气压而变化时，即，这种状态的大气称为正压大气斜压大气：大气中的密度分布不仅随气压而且还随温度而变时，即，这种状态的大气称为斜压大气。热成风定义：

9、热成风：地转风随高度的改变量或铅直方向上两等压面上地转风的矢量关系，以 表示。公式：。14.地转偏差重要性表现在何处？解释摩擦层和自由大气中地转偏差物理意义地转偏差定义：:实际风与地转风的矢量差称为地转偏差，地转偏差很小，但很重要： （1）引起的变化。地转偏差对大气运动的演变有极为重要的作用。地转偏差使空气微团穿越等压线引起质量的重新分布，造成风压场的变化，是天气系统演变的一个动力因子。 （2）可以引起辐散和辐合 地转偏差的辐散或辐合实际是水平风的辐散或辐合。15.在讨论地转偏差时，反映在自由大气中的低层和高层各以什么为主？16.解释处在高空槽前脊后这块区域高低层

10、辐合辐散情况（要求用地转偏差概念解释）17.说明在自由大气中某个气层中，当风随高度增加呈逆时针旋转，该气层有冷平流，当风随高度增加呈顺时针旋转，该气层有暖平流18.为什么可以看到有很强的低压发展（如台风和气旋），而高压不能发展很强19.地转偏差对水平速度散度及垂直运动有何作用第二章1.气团的概念及分类。锋，锋面，锋线，锋区含义是什么？1.定义：气象要素分布比较均匀的大范围的空气团。 2.尺度：水平方向数千公里，垂直范围可达几公里到十几公里，3.气团控制的天气：水平方向：天气现象基本相同，温湿分布均匀；垂直方向：气象要素分布相同（包括稳定度）1、锋： 冷暖气团相遇，存在一个狭窄的过渡带，此过渡带

11、随高度向冷区倾斜，称此过渡带为锋。2、锋面：在近地面层中过渡带宽约数十公里，在高层可达200-400公里。宽度与其水平长度相比(长达数百-数千公里)是很小的。人们常把它近似地看成一个面，即锋面。靠近暖气团一侧的界面叫锋的上界，靠近冷气团一侧的界面叫锋的下界。上界和下界的水平距离称为锋的宽度。3、锋区：温度水平梯度大而窄的区域，随高度向冷区倾斜，这样的温度密集带称为锋区。 4、锋线：锋面与地面的交线2.请写出冷锋、暖锋、锢囚锋、冷性锢囚锋、暖性锢囚锋定义(空间结构及等温线分布)冷锋（上图）：锋面在移动过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧运动暖锋（下图）：锋面在移动过程中，暖气团起主导作

12、用，推动锋面向冷气团一侧运动准静止锋（下图）：是冷暖气团势力相当，使锋面呈来回摆动，这种锋的移动速度很小，可近似看作静止锢囚锋（下图）：是冷锋追上暖锋，将地面空气挤至空中，地面完全为冷空气所占据，造成冷锋后面冷空气与暖锋前部的冷空气相接触的锋面。A冷式锢囚锋B暖式锢囚锋C中性锢囚锋暖式锢囚锋：锋前冷气团比锋后冷气团更冷，其间的锢囚锋称暖式锢囚锋。冷式锢囚锋：锋后冷气团比锋前冷气团更冷，其间的锢囚锋称冷式锢囚锋。中性锢囚锋：锋前后冷、暖气团无大差别，其间锢囚锋称为中性锢囚。3.锋在空间状态为什么会随高度往冷的方向倾斜？t0时刻，冷暖不均，冷>暖，p冷>p暖，水平气压梯度由冷指向暖，在

13、水平气压梯度力的作用下，空气由冷侧向暖侧运动。同时由于地球自转，地转偏向力A垂直速度偏向右。随着时间的推移，冷空气逐渐楔入暖气团下方，抬举暖气团的力逐渐减弱， 5.对锋面坡度公式进行讨论6.请用锋面坡度公式解释锋面附近气压分布特征气压场：锋区内等压线气旋式曲率比锋区外大得多，反气旋式曲率比锋区外小得多7.锋面附近要素场的特征是什么？锋面附近气压场、变压场、风场特征如何？（以密度零级和一级不连续不连续模拟锋面）以密度的零级不连续模拟锋面时，锋面附近风场气压场和变压场的特征锋面有坡度、气象要素有突变：温度、气压、风、锋面附近天气变化剧烈。温度场特征：水平方向：锋区内温度水平梯度大，两侧气团中温度水

14、平分布均匀。锢囚锋在高空图上有暖舌，暖舌两侧等温线密集。应用：根据锋区内等温线密集度确定锋区强度、地面锋线位置，等压面上冷暖平流确定锋的类型垂直方向 ：锋区内温度垂直梯度小，逆温、等温或递减率小，两侧气团内温度随高度递减。冷暖气团温差越大，锋面逆温越强或过渡区越窄，通过锋区时等温线弯折越厉害气压场特征：锋面两侧气压连续，密度不连续，气压梯度不连续：冷气团中气压梯度大于暖气团中气压梯度应用：等压线过锋面有气旋性弯曲，锋面处等压线有折角，指向高压风场特征：水平： 锋线附近风场具有气旋性切变，地面摩擦作用可使这种气旋式切变更加明显，并导致锋线附近强的风场辐合垂直：暖锋附近风向随高度顺转，冷锋附近风向

15、随高度逆转变压场特征：变压是指某一点的气压随时间变化的大小。冷锋、暖锋均是锋前变压代数值小于锋后变压代数值。暖锋前地面减压，冷锋后地面加压。冷锋前暖锋后，静止锋附近：变压不明显。 8.风随高度逆转快为什么可能有冷锋通过？同样，风随高度顺转快为什么表示可能有暖锋即将来临？风随高度顺转，暖平流最强且热成风最大高度为高空暖锋区；风随高度逆转，冷平流最强且热成风最大高度为高空冷锋区；热成风很大而无明显平流，可能是静止锋9.如何在单站高空风分析图上判断测站上空，有无锋、锋的性质及其走向？高空测风资料的应用（单站测风）：热成风方向大致代表锋的走向。根据风向随高度的转变确定锋的性质。原点与代表锋面的热成风的

16、垂线代表锋的移向和速度风随高度顺转，暖平流最强且热成风最大高度为高空暖锋区；风随高度逆转，冷平流最强且热成风最大高度为高空冷锋区；热成风很大而无明显平流，可能是静止锋。10.锋生函数，锋生条件是什么？并用锋生，锋消公式讨论稳定及不稳定大气中，冷锋上山、下山是加强还是减弱？（注意讨论中包含物理解释）11.锋面分析的基本原则？历史连续性原则结合高空锋区：锋随高度向冷区倾斜，地面锋线位于高空等压面上等温线相对密集区的偏暖一侧，据冷暖平流确定锋的性质分析地面天气图上各气象要素以确定锋的位置应用卫星云图；应用其他资料12.我国有几个锋生带？主要锋消区在何处？锋生时要素场的特点如何？锋生带概况：南方锋生带

17、：华南到长江流域、 北方锋生带：河西走廊到东北锋消概况：我国主要锋消区：青藏高原以东30-40ºN第三章1.写出地转风涡度在“Z”、“P”坐标系及自然坐标系中表达式；2.写出绕地轴及垂直轴绝对涡度表达式；3.涡度方程各项名称是什么？倾侧项含义是什么？4.在涡度方程讨论中，对于波长L3000KM及波长L3000KM的波动中要求会用相对涡度平流输送，地转涡度平流输送定性判断槽脊移动情况5绝对涡度、位势涡度守恒条件是什么？对位势涡度守恒原理要求会应用(气柱上山下山强度变化)绝对涡度守恒条件：正压大气，无水平辐合辐散。位势涡度守恒，在西风带中有向东运动， f不变， =常数上山，气柱变短，为了

18、保持位势涡度守恒，正涡度减小，有正变高，所以槽和低压减弱，脊和高压增强；下山，气柱伸长，为了保持位势涡度守恒，正涡度增大，有负变高，所以槽和低压增强，脊和高压减弱。物理解释：在青藏高原西风带中，上（下）山，气柱缩短（伸长），为了保证整层大气的不可压缩性，必伴有水平辐散（合），同时在水平地转偏向力作用下，反气旋（气旋）涡度生成，考虑准地转运动有等压面高度升高（降低），低值系统（高空槽、低中心）减弱（加强），高值系统（高空脊、高中心）加强（减弱）。 6.位势倾向方程及方程右端各项名称及物理意义是什么？7.用位势倾向方程解释高空槽及温带气旋变化。8.用方程解释地面气旋、反气旋及它们之间上升、下沉运动

19、情况9.动力因子、热力因子指的是什么？说明它们对天气系统各起什么作用？10.温带气旋发展分哪几个阶段？其温压场特征是什么？温带气旋生命史四个阶段：波动阶段、发展阶段、锢囚阶段、消亡阶段。温带气旋左（右）半部与反气旋右（左）半部之间上空对应500hpa槽（脊）线处附近，风随高度逆转（顺转），此气层间有冷（暖）平流（500 h Pa 处也有冷（暖）平流），降（增）温气柱收缩（膨胀），500hpa槽（脊）线处等压面高度降低（增高），槽（脊）线处有负（正）变高，槽（脊）加深。温带气旋左（右）半部与反气旋右（左）半部由于气柱收缩（膨胀），此之间等压面高度增高（降低），即有正（负）变高。温带气旋、反气旋变

20、高为零。结论：高空槽加深脊加强，地面气旋、反气旋前移。11.气旋再生、气旋族含义是什么？气旋再生：趋于消亡或已经消亡的气旋在一定的条件下又重新发展起来的过程。有三类：副冷锋加入后再生、气旋入海后再生、两个锢囚气旋合并加强。气旋族：在同一条锋系上出现的气旋序列12.北方气旋、南方气旋活动范围在什么地方？在我国境内它们各包括哪些气旋？南方气旋（25º-35ºN）：江淮气旋和东海气旋北方气旋（45º-55ºN）：蒙古气旋 东北气旋、黄河气旋 黄海气旋13.解释倒槽锋生型及静止锋波动产生锋面气旋。江淮气旋：静止锋上波动，倒槽锋生江淮气旋的倒槽锋生型：北支槽配合地

21、面冷锋和高压向东南移动。南支槽前西南风输送暖湿气流，暖平流作用下地面减压形成倒槽第四章1.控制大气环流的基本因子有哪些?太阳辐射、地球自转、地球表面不均匀(海陆和地形)和地面摩擦.2.地球自转对于大气环流的形成起到了什么作用?地球自转：由于辐射能收支不平衡造成南北温度差异出现直接热力环流圈，但由于地球自转产生柯氏力，使直接热力环流圈一分为三，形成著名的三圈经向环流。3.赤道和极地在近地层的温度差异为什么到了高层却出现赤道气压高,极地气压低的现象4.极锋锋区与副热带锋区两者有何不同?a.极锋：来自极地和高纬的低东北气流，一般比较干冷，与来自低纬的暖湿西南气流相遇形成的锋区。b.副热带锋区：在对流

22、层中上部哈德来环流中，来自赤道的暖湿气流与间接环流高空的较干冷北风气流之间形成的锋区。区别极锋副热带锋1.60°N30°N2.中低层高层3.低层-地面有锋或锋线低层-地面无锋或锋线5.地球表面海陆分布对大气环流的影响表现在哪几个方面?亚洲为什么成为世界上最显著最典型的季风区?6.信风与季风的含义是什么? 季风是一种与年循环相联系的现象，是大气环流季节变化的一种最典型表现。所谓典型：冬、夏盛行风向相反；夏季：地面低层从凉的海洋吹向热的大陆；冬季：从冷大陆吹向暖的海洋；夏季风必须潮湿，冬季风必须干燥。信风指的是在低空从副热带高压带吹向赤道低气压带的风。信风在赤道两边的低层大气中

23、，北半球吹东北风，南半球吹东南风。7.地形对大气环流的表现在哪些方面?8.图4.12a要求会画会解释9.极涡的定义?形成原因?10.低纬地区主要的风系和主要环流系统低层地面：东北（南）信风：北（南）半球Hadley环流圈中低层向南（北）的气流，在柯氏力作用下向右（左）偏而形成的一支稳定的风系。哈德莱环流圈（直接热力环流圈）0-30°S/N：赤道上空向北流动的气流，在柯氏力的作用下向右偏转，在30ºN左右转为西风，并在此处辐合，质量堆积，地面气压升高，并且冷却下沉，下沉气流辐散，其中向南的一支在柯氏力影响下右偏，转为东北风，此风系稳定，称为东北信风，在南半球为东南信风，两支信风在赤道汇合上升，从而构成直接环流圈，称为Hadley环流11.南亚高压的活动特征12.什么是赤道辐合带?赤道辐合带（热带辐合带）：赤道附近东北信风和东南信风汇合的地带13.急流的