动力气象研修班复习

一、名词解释1.p平面近似？所谓的P平面近似是对f参数作高一级的近似，其主要内容是:⑴当f处于系数地位不被微商时，取f-f0二常数；⑵当f处于对y求微商时，取df/dy邙二常数采用P平面近似的好处是：用局地直角坐标系讨论大尺度运动将是方便的，而球面效应引起的f随纬度的变化对运动的作用被部分保留下来。在低纬度大气动力学研究中，取fo妥0,电Py,这称为赤道P平面近似。f平面近似？这是对地转参数f=2QsinQ采用的一种近似。在中纬度地区，若运动的经向水平尺度远小于地球半径时，可以取f-f0二常数，即把f作为常数处理，这种近似称为fo近似。这种近似完全没有考虑f随纬度的变化。正压大气？正压大气是指：当大气中密度分布仅仅随气压而变时，即P三p（P）,这种大气称为正压大气。所以正压大气中等压面也就是等密度面，由于p二pRT,因此正压大气中等压面也就是等温度面，等压面上分析不出等温线。由此，也没有热成风，也就是地转风随高度不发生变化。斜压大气？斜压大气是指：当大气中密度的分布不仅随气压而且还随温度而变时，即p

三p（PT）,这种大气称为斜压大气。所以斜压大气中等压面和等密度面（或等温面）

是相交的，等压面上具有温度梯度，即地转风随高度发生变化。在中高纬度大气中，通常是斜压大气。大气中斜压结构对于天气系统的发生、发展有着重要意义。地转偏差？g地转偏差是指：实际风与地转风之差,__常用符号D表示之。其数学式为：D=V-Vg地转运动：等压线为一族平行的直线时的平衡流场称为地转风场，或称为地转运动。7、罗斯贝7、罗斯贝水平惯性力与水平科氏力之比，即：Ro=卫，表示大气运动的准地转程度，0

也可用来判别大气运动的类型（大、中、小尺度）和特性（线性或非线性）。8.Rossby参

8.Rossby参由于地球呈球体之关系科氏参数向北之变量。以符号表示如下：P=d/dy（2Osin申）=2Qcos申/a，式中Q系地球之角速度，申为纬度，a为地球之平均半径邛即为罗斯贝参数。罗斯贝参数，通常多视为一常数。9全位能：即空气的内能和位能之和由于静力平衡大气中，铅直气柱所包含的位能与内能是成比例的，所以将气柱中的位能与内能合在一起定义为全位能p*更为方便。即有P*=①*+1*=J卩8pcTdzjdA全位能实际上是气柱的焓。A全位能有时也称为位能。10.有效位能？有效位能的定义：它是闭合系统中大气的全（部）位能与温度场按绝热过程重新调整后系统所具有的最小全位能的差。11.行星边界层在接近地球表面的一层大气中，强烈的风的铅直切边和下垫面非均匀增热，常会引起湍流的发展，这层大气称为行星边界层。大约离地（海）面（也称下垫面）1-1.5公里内的大气12.自由大气：摩擦层以上、空气运动不受地表摩擦影响的大气自由大气是水平方向上科氏力（科里奥利里）和气压梯度力的二力平衡dudtdvdt大气运动方程有哪几个？dudtdvdt1也+Fpdxx1生+Fp°yyd® d® 1dp布="?aZ一g+Fz运动方程的三个分量方程空+p（包+竺+竺）二odt dxdy dz 连续方程dT热力学能量方程c—以热力学能量方程pdtp=pRT状态方程2、何谓热成风？如何判断冷暖平流？热成风：一般把地转风随高度的变化称为热成风。或定义为铅直方向上两等压面上地转风的矢量差从下层地转风到上层地转风逆时针旋转为暖平流从下层地转风到上层地转风顺时针旋转为冷平流3•声波、重力内波、惯性重力外波、Rossy波生成的必要条件?答：声波生成的必要条件：流体的可压缩性重力内波生成的必要条件：大气层结稳定惯性重力外波生成的必要条件：自由面的垂直扰动在重力及水平科氏力共同作用下形成的波动Rossy波生成的必要条件：绝对涡度守恒，4、中纬度大尺度大气运动的主要特点？答：中纬度大尺度特征：准水平（WvvU）准地转平衡、准静力平衡准水平无辐散，缓慢变化的涡旋运动5、尺度分析、P坐标系的建立。尺度分析法是依据表征某类运动系统的运动状态和热力学状态各物理量的特征值，估计大气运动方程中各项量级大小的一种方法。它的目的是简化方程。P坐标系的建立大中尺度运动中具有静力平衡是建立P坐标系的物理基础;数学条件是场函数气压P（x,y,z,t）在铅直方向上是z的连续单调函数。6、地转偏差、内能、位能、全位能。地转偏差：动能产生的必要条件。静力平衡大气中铅直气柱所含的位能与内能成正比，内能约占70%，位能约占30%。于静力平衡大气中，穿越等压线的大气水平运动才能把全位能转换为动能或把动能转换为全位能。（全位能有时也简称为位能）7、 波的频散扰动能量相对于合成波列的传输现象称为频散现象当c二cg时为非频散波，如声波、重力外波当心cg时为频散波。如重力波、惯性-重力波、长波。8、 效应。答：由于科氏参数随纬度变化，当气块作南北运动时，牵连涡度发生变化;

为了保持绝对涡度守恒，这时相对涡度会发生相应的变化（系统发生变化）。这种效应称为B—攵应1、热力学分层、动力学分层，各有什么特征？热力学分层：分为四层分别是对流层、平流层、中间层和热层。动力学分层：分为四层分别是贴地层、近地面层、埃克曼层和自由大气层特征：贴地层：分子粘性应力很大而湍流黏性应力小；近地面层：湍流黏性应力和气压梯度力共同作用，且湍流对动量、热量、水汽的铅直输送通量不随高度变化；埃克曼层：湍流黏性力、科氏力和水平气压梯度力三力平衡；自由大气层：水平方向上科氏力（科里奥利里）和气压梯度力的二力平衡2、涡度方程Z坐标系中的铅直涡度方程的表达式及方程中各项物理意义？用z坐标系中的水平运动方程（不计摩擦时）作涡度运算，可得到z坐标系中的铅直涡度方程dtfu匹+v勻Idxdy丿1fdpdpdpdp、dtfu匹+v勻Idxdy丿1fdpdpdpdp、p2(dxdydydx丿6.65)dwdvdwdu'(dxdzdydz丿方程左边表示z坐标系中相对涡度的局地变化取决于右边几个项;右边第一项为相对涡度的平流作用。沿气流方向相对涡度减小，则有正涡度平流，反之，则有负涡度平流。它与温度平流的意义是类同的;右边第二项为相对涡度的铅直输送作用。第三项称为P效应项，是地球自转涡度铅直分量的平流（也称为牵连涡度平流）作用，当气块向北运动时，使局地相对涡度减小;向南运动时，使局地相对涡度增大;

第四项为水平散度作用项。在（f+Z）〉0条件下，当空气作辐散运动时，使局地相对涡度减小；作辐合运动时，使局地涡度增大；第五项称为涡管扭曲项。是涡度的水平分量转化为铅直分量的扭转效应。第六项是力管项。是大气的斜压性对涡度的作用。P坐标系中的铅直涡度方程的表达式及方程中各项物理意义？用P坐标系中的水平运动方程（不计摩擦时）作涡度运算，可得到P坐标系中的铅直涡度方程p=-udtIp=-udtIdx丿p©丿P'de'4丿P\dg(I-ep-k+fdy丿丿 dp ppdu'de丿dvdpIdx丿dpp-du、dx丿p6.72)此式也常简称为涡度方程。它在形式上以及物理含义上与“Z”坐标系涡度方程6.33）类似。方程左边表示P坐标系中相对涡度的局地变化;右边第一、二项为相对涡度的平流作用;第三项为相对涡度的垂直输送;第四项为水平散度作用，当空气作辐散运动时，使局地相对涡度减小;作辐合运动时，使局地涡度增大;第五项称为P效应项，为地球自转涡度铅直分量的平流作用，当气块向北运动时，使局地相对涡度减小;向南运动时，使局地相对涡度增大;第六项是涡度的水平分量转化为铅直分量的扭转效应。与“z”坐标系涡度方程不同的是没有力管项，力管作用隐含在散度项中。对大尺度（天气尺度）运动适用的涡度方程？用大尺度运动特征值，对涡度方程进行尺度分析和简化后可得：dC+fdC+f)dtJdudv、二一f——+——、dxdy丿6.68)此式表示大尺度运动中，大气的绝对涡度变化主要由水平的散度引起，水平辐合运动，即暨+空'jdx运动，即暨+空'jdxdy丿使绝对（相对）涡度减小。而如果大气是水平无辐散的，则有：底+f）=0 （6.69）dt此式表示在水平无辐散的大尺度运动中，绝对涡度是守恒的。（6.69）式又称为正压涡度方程3、讨论罗斯贝波（学位考试例题）•写出表达罗斯贝波的涡度方程及其线性化方程。•推导出罗斯贝波的频率方程，波的相速公式和群速公式；•综合讨论罗斯贝波可得那些结论？答：1•罗斯贝波是大气长波是由地转参数随纬度变化（即p效应）造成的。因此可用正压水平无辐散涡度方程，即绝对涡度守恒方程d匕+f）=0dtTOC\o"1-5"\h\z或 d^=-卩v （1）dt表示之。用微扰动法，设基本气流为均匀的西风，即令u=u+uv=『代人上式可得其线性方程为空+u岂-卩v，=0 （2）dt dx2.因扰动速度场是水平无辐散的，故可引进扰动流函数屮'，于是有

v,。屮'<v= dx将它代人（2）式后，便有化+uAV化+uAV聊+B\dt dx丿dx（4）取P平面近似（即令P=常数），设有波解为屮f=Aei(kx+ly-Q)代人（4）式中，可得频率方程为-Qu—①人2+J+Bk二0（5）（6）（7）（5）（6）（7）Q=ku—k2+£2罗斯贝波沿纬