269-测试试卷-天气学原理期中考试2(答案题解)

南京信息工程大学试卷答案题解 － 学年 第 学期 天气学原理课程试卷( 期中 卷)
本试卷共 2 页；考试时间 120 分钟；任课教师 ；出卷时间 年 月
学院 专业 年级 班
学号 姓名 得分
一、简答 (每小题 5 分，共20 分)
1、解释在不稳定大气中，冷锋上山（爬坡），此锋是加强还是减弱？其原因是什么？参考答案：从锋区中等温线变密角度可确定冷锋上山是锋生（加强）。

（2分）因为冷锋上山（爬坡），靠近其暖一侧上山（爬坡）上升运动较强，大量水蒸气凝结释放潜热，温度升高；而靠近其冷的一侧上升运动很弱或基本无上升运动，温度基本无变化。

这样锋区中等温线密集带变密，冷锋上山（爬坡）加强。

（3分）
2、什么是气压梯度力？请给出气压梯度力在p 坐标系和z 坐标系中的表达式。

参考答案：单位质量空气块所受到的净空气的压力称气压梯度力。

（2分）
Z 系：p 1G ∇-=ρ
（1分），P 系：φp G ∇= （2分）3、什么是地转偏向力？具有什么特点？
参考答案：由于坐标系的旋转导致物体没有受力却出现加速度，违反牛顿运动定律，从而引入，以使牛顿运动定律在旋转参考系中成立。

（1分）地转偏向力 与 相垂直，在纬圈平面内（1分）。

与风速 垂直，只改变气块运动方向，不改变其速度大小（1分）。

在北半球， 在水平速度的右侧，在南半球 在水平速度的左侧（1分）。

与相对速度成比例（1分）。

4、什么是行星涡度？与纬度有什么关系？
参考答案：也称地转涡度（1分），地球自转角速度Ω的两倍（2分）。

与纬度成正比（2分）。

二、 问答题 (每小题10分，共 40 分)
1、请分析为什么在北半球低压对应气旋性环流，并且气旋性环流对应低压。

参考答案：
气旋性环流对应低压：已知风逆时针转动是做闭合曲线运动，在图中A 点水平地转偏向力垂直运动方向指向右方（见图）；惯性离心力C 在大尺度系统运动中是小量指向外，即与水平地转偏向力方向相同；根据梯度风公式，梯度风是在水平气压梯度力G 、水平地转偏向力A 、与惯性离心力 C 三力平衡下0=++C A G 的运动，所以在A 点为了保证三力平衡下运动，水平气压梯度力G 指向A 与C 反方向。

因此垂直于运动方向左方为气压低。

同理B.C.D 各点水平气压梯度力方向均指向垂直于运动方向左方为气压低。

这样，风逆时针转动其中心为低压。

（5分，其中图示2分，解释3分）低压对应气旋性环流：已知系统为低压，在图中A 点气压梯度力方向由高压指向低压（见图）；惯性离心力C 在大尺度系统运动中是小量指向外，即与气压梯度力方向相同；根据梯度风公式，梯度风是在水平气压梯度力G 、水平地转偏向力A 、与惯性离心力 C 三力平衡下0=++C A G 的运动，所以在A 点为了保证三力平衡下运动，地转偏向力A 与C 同方向、与G 反方向。

因此运动方向垂直于A 指向其左方。

同理B.C.D 各点地转偏向力方向均指向A 的左方。

这样，低压中心风逆时针转动。

（5分，其中图示2分，解释3分）
2、请推导p 坐标系下涡度方程，并画图解释涡度倾侧项的意义
参考答案：见课本P112(5分)
3、锋生条件是什么？并用锋生，锋消公式讨论不稳定大气中，冷锋上山、下山是加强还是减弱？（注意讨论中包含物理解释）
参考答案：在锋生带（线）里，有一个狭窄的区域，其锋生作用最强烈，
即0>F ，0=∂∂n F ，022<∂∂n
F 。

另外锋生线必须是物质线。

（2分）n
r r F d ∂∂--=ω)(2（1分）不稳定大气冷锋上山（爬坡），0<-r r d （不稳定），
0,02>>∂∂F n ω锋生，即冷锋上山加强。

因为冷锋上山（爬坡），靠近其暖一侧上山（爬坡）上升运动较强，大量水蒸气凝结释放潜热，温度升高；而靠近其冷的一侧上升运动很弱或基本无上升运动，温度基本无变化。

这样锋区中等温线密集带变密，冷锋上山（爬坡）加强。

（4分）
不稳定大气冷锋下山，0<-r r d （不稳定），0,02>>∂∂F n
ω锋生，即冷锋下山加强。

因为冷锋下山，靠近其暖一侧基本无下沉运动，温度基本不变；而靠近其冷的一侧有下沉运动或下沉运动强，而下沉降温（把冷的质点带到下方）。

这样锋区中等温线密集带变密，冷锋下山加强。

（3分）
4、站在转动的地球上观测单位质量空气所受到力有哪些？根据所学知识，尝试解释在北半球，沿着水流的方向，河流的右岸往往比左岸陡峭的原因？
参考答案：气压梯度力、地转偏向力、地心引力、惯性离心力、摩擦力。

（5分）由于地球自西向东自传，在北半球水流方向为自西向东。

（2分）在旋转的地球上由于运动而受到地转偏向力的作用，它使得北半球运动物体有向右的分力，使得河流的右岸受到力的冲击，受到冲刷，因此沿着水流的方向，河流的右岸往往比左岸陡峭。

（3分）
3、图形题 (每小题10分，共 40分)
1、由梯度风风速率公式⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∂∂---=n P R f f R v T T
f ρ422说明高压中心附近等压线不应分析得很密，而在高压边缘等压线可分析得密集些。

参考答案：
北半球高压是反气旋0,0<∂∂<n p R T ，4
,422f R n p n p R f T T ρρ≤∂∂∂∂≥。

所以在反气旋中，在一定纬度上，气压梯度受反气旋曲率半径限制。

0>T R 越少，0>∂∂n
p 越小，反映反气旋即高压中心附近，水平气压梯度力要分析得稀些不能密集，而在反气旋即高压边缘，水平气压梯度力加大，等压线可分析得密集些。

2、某日某时地面图上有一暖式锢囚锋（如上右图所示）分别画出通过AA ',BB '和CC '的垂直剖面示意图（请标出锋附近及其周围等温线分布）
参考答案：
（注：该答案左图为冷式锢囚锋示意图，请参照课本上暖式锢囚锋示意图）
3、 单站高空风分析图中给出各层的热成风，请分析
（1）冷、暖平流层的层次；
（2）分析2km 高度上水平气压梯度力的方向；
（3）分析1.5-2km 间平均的温度梯度方向；
（4）判断测站上空是否有锋存在？若有试确定锋的类型，锋所在高度及锋线的走
向，并简述理由。

参考答案：
（1）0.5-3km风随高度顺转，有暖平流。

（2分）
（2）作图（2分）
（3）作图（2分）
（4）有锋存在是暖锋（1分），高度KM
5.1-，走向近于东—西向。

（1
0.2
分）
理由：KM
5.1-高
0.2
0.2
5.1-之间风随高度顺时针转快，测站上空KM
度有暖锋锋区，暖锋即将来临。

此气层间，热成风很大，平均等温线密，即存在等温线密集带东—西走向，对应地面暖锋近于平行。

（2分）
4、回答下列问题：（ 下左图为500hPa温压场形势，其中实线为等高线，虚线为等温
线，双实线为槽线，双虚线为脊线，D为地面气旋中心位置，等值线下标表示数值高低）
（1（在图中画出冷暖平流区和地面冷暖锋的大体位置
（2（指出500hPa槽前脊后相对涡度平流和地转涡度平流的性质（说明理由）
参考答案：
（4分）
(2)相对涡度平流：在槽线处为正相对涡度最大值，脊线处为负相对涡度最大值，槽前脊后，借助西南风，将正的相对涡度大值往小的地方输送，使得槽前脊后正的相对涡度增加，因此为正相对涡度平流。

（3分）
地转涡度平流：槽前脊后吹偏南风，v>0，因此0<-v β，因此为负地转涡度平流。

（3分）。