南京大学 天气学原理 期末复习提纲

复习思考题

1.大尺度大气运动的基本特征

1.准静力平衡

只有当运动的水平尺度非常小(L<102m)和运动非常强烈(V>50m/s)的情况下，才不成立。即一般大、中、小尺度都满足。

2.准定常状态

在零级简化中，时间偏导数项(∂/∂t)可略去。

但若要作预报，则需保留，如取一级简化。

3.准水平运动

运动方程的零级和一级简化中不出现含有w 的项，故大尺度运动是准水平的。但垂直运动对天气形成有重要作用，常需将对流项保留。

4.准地转平衡

零级简化表现为地转平衡。

2.尺度分析的概念、地转风的定义

尺度分析法是依据表征某类运动系统各场变量的特征值，来估计大气运动方程中各项量级大小的一种方法。

满足水平气压梯度力与科氏力平衡的大气运动称为地转风

3.涡度定义、绝对涡度的表达式，自然坐标中涡度的表达式及意义

气象中的涡度是指速度旋度的垂直分量，在z 坐标系中即为 ζ为相对涡度，f 为地转涡度，ζ+ f 为绝对涡度。 自然坐标中的涡度表达式 曲率项 ：由流线(或等高线)弯曲造成的涡度，风速愈大，曲率愈小，涡度愈大；当流线为气旋性弯曲时ζ>0，当流线为反气旋性弯曲时ζ<0。

切变项 ：当有气旋式切变时ζ>0，当有反气旋式切变时ζ<0，

4.涡度方程及各项的物理意义

在p 坐标系下铅直涡度方程 v u k V x y ζ∂∂=⋅∇⨯=

-∂∂V V R n ζ∂=

-∂V V R n ζ∂=-

∂V V R n

ζ∂=-

∂

1）相对涡度的平流

2）相对涡度的的铅直输送

3）水平散度作用

4）β效应项

5）倾斜项

6）摩擦项

5.简化的涡度方程式

6.控制大气环流的基本因子有哪些？其作用是什么？

大气环流是指大范围的大气运动状态。

太阳辐射在地表加热不均匀，使空气质点运动，形成经圈环流；

地球自转使气流发生偏转，将单圈环流修正成三圈环流，产生纬向气流和高低压气

压带；

地面摩擦构成角动量输送的一环，对大气环流的形成和维持起重要作用；

()()()u v V f f t x y ζζζ∂∂∂+⋅∇+=-++∂∂∂()()V f f t p

ζωζζ∂∂+⋅∇+=+∂∂

地表不均匀使纬向气流发生断裂，造成大气环流经度间的差异和季节差异，形成闭合的高低压中心和高空槽脊，形成季风。

7.什么是三圈环流？

Hadley环流理论

自赤道向两极形成了辐射梯度，净辐射梯度分布引起了地球上高、低纬度间的大气热量收支不平衡，形成了向极的温度梯度。在这种温度梯度下，为保持静力平衡，对流层高层必然出现向极地的气压梯度，低层出现向低纬的气压梯度。气压梯度力的作用将使赤道和极地间构成一个大的理想的直接热力环流圈。

大气是在自转的地球上运动着，地球自转产生的地转偏转力迫使运动空气的方向偏离气压梯度力方向。在北半球，气流向右偏转，结果使直接热力环流圈中自极地低空流向赤道的气流偏转成东风，而不能迳直到达赤道；自赤道高空流向极地的气流，随纬度增高，偏转程度增大，逐渐变成与纬圈相平行的西风。

纬向风带的出现，阻碍了低纬的高空大气继续北流，使大气在那里堆积产生辐合，加上辐射冷却而下沉。下沉后的空气再在低层分别流向南方和北方。低层向南的气流受地转偏向力的作用，东风分量逐渐转变为低纬地面层的偏东北风，即“东北信风”。同样，在南半球地面层有流向赤道的气流为“东南信风”。两支信风在赤道地区汇合上升，再在高空流向高纬度。这样在低纬度地区，南北半球各有一个环流圈，这个环流圈称为Hadley环流。东北信风和东南信风之间的汇合地带叫“赤道辐合带”。

另一支由30 N处下沉后在低层向北流，受地转偏向力的作用到中纬度地面层转为偏西南风。而在北极地区辐射冷却下沉的冷气流，到地面层向南流的过程中也向右偏转逐渐转变为高纬度地面层的偏东北风，这支冷而干的东北风与来自中纬度的暖而湿的西南风在中高纬地区相遇汇合，这个汇合地带叫“极锋辐合带”。在极锋辐合带地区暖湿的西南气流由于密度小位于冷而干的东北气流之上，爬升到高空又分别流向南方和北方。高空向北的一支向右偏，逐渐转变为西南风，流向极地后降温下沉，补偿极地近地面层向南流的空气。这样在高纬地区形成了一个直接热力环流圈，叫“极地环流”。

极锋上空向南流的一支与向北流的低纬空气相遇汇合后下沉，再在地面层分别向南和向北形成辐散地带，称为副热带高压带。因此，中纬度地区，在“Hadley环流”和“极地环流”之间又形成了一个间接热力反环流圈，即“Ferrel环流”

8.冬、夏大气环流的平均特征

1、平均气压场（海平面）

冬季，北半球的主要活动中心是两个低压和几个高压。

低压：一个是阿留申低压，与高空东亚大槽相对应；另一个是冰岛低压，与北美大槽相对应。

高压：西伯利亚高压、北美高压、太平洋高压和大西洋高压。前两个为冷高压，后两个为副热带高压。

夏季与冬季的最突出的差别是冬季大陆上的两个冷高压在夏季变成了两个热低压：亚洲低压和北美低压。

阿留申低压和冰岛低压在夏季虽仍存在，但比冬季弱得多。

副热带高压夏季显著北移，海上的两个副热带高压变得非常强大。

2、对流层中层平均环流（500hpa）

主要槽脊系统（冬三、夏四）。

东亚大槽北美大槽欧洲浅槽

东亚大槽东移北美大槽欧洲西岸乌拉尔山以东

3、平均风场

纬向风速特征：

①对流层内，无论冬夏，低纬地区为深厚东风。

②中高纬为西风控制，西风的南北宽度随高度增大而增大，强弱随高度增强，200hPa达最大，称为西风急流。

平均经向风速特征：

①无论冬夏，对流层中层是一个弱的风速中心，冬夏风向相反；高层150—200hPa有相反的风速中心。

②经向风速比纬向风速小得多，说明大气运动基本是纬向运动，但也存在南北向的交换。

4、平均纬向垂直环流圈

Walker环流，空气在赤道西太平洋印尼岛辐合上升，一支向动流，在动太平洋下沉辐散，然后又向西流向西太平洋，低层西风，高层东风，为热力正环环流圈。

5、ENSO

三大涛动：

南方涛动（SO）：东南太平洋与西太平洋、印度洋气压变化呈相反的变化趋势。

北太平洋涛动（NPO）：阿留申低压与夏威夷高压之间气压变化呈相反趋势。

北大西洋涛动（NAO）：冰岛低压与亚速尔高压之间气压呈相反变化趋势。