南京信息工程大学动力气象-复习题
南京信息工程大学动力气象-复习题
一、名词解释1. 位温：气压为p ，温度为T 的干气块，干绝热膨胀或压缩到1000hPa 时所具有的温度。
θ=T (1000/p )R/Cp ，如果干绝热，位温守恒（∂θ/∂t=0）。
2. 尺度分析法：依据表征某类大气运动系统各变量的特征值来估计大气运动方程中各项量级的大小，判别各个因子的相对重要性，然后舍去次要因子而保留主要因子，使得物理特征突出，从而达到简化方程的一种方法。
3. 梯度风：水平科氏力、惯性离心力和水平气压梯度力三力达到平衡，此时空气微团运动称为梯度风，4. 地转风：对于中纬度天气尺度的扰动，水平科氏力与水平气压梯度力接近平衡，这时空气微团作直线1V k =-。
地转风：在自由大气中，因气压场是平直的，空气仅受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用，当二力相等的空气运动称之为地转风。
5. 惯性风：当气压水平分布均匀时，科氏力、惯性离心力相平衡时的空气流动。
表达式为：iTV f R =-。
6. 斜压大气：大气密度的空间分布依赖于气压(p )和温度(T )的大气，即：ρ=ρ (p , T )。
实际大气都是斜压大气，和正压大气不同，斜压大气中等压面、等比容面（或等密度面）和等温面是彼此相交的。
7. 环流：流体中任取一闭合曲线L ，曲线上每一点的速度大小和方向是不一样的，如果对各点的流体速度在曲线L 方向上的分量作线积分，则此积分定义为速度环流，简称环流。
8. 埃克曼螺线：行星边界层内的风场是水平气压梯度力、科氏力和粘性摩擦力三着之间的平衡结果。
若以u 为横坐标，v 为纵坐标，给出各个高度上风矢量，并投影在同一个平面内，则风矢量的端点迹线为一螺旋。
称为埃克曼螺线。
9. 梯度风高度：当z H =π/γ，γ=(2k /f )1/2时，行星边界层风向第一次与地转风重合，但是风速比地转风稍大，在此高度之上风速在地转风速率附近摆动，则此高度可视为行星边界层顶，也表示埃克曼厚度。
()12K fDe ππ≡=梯度风高度：当z H =π/γ 时，边界层的风与地转风平行，但比地转风稍大，通常把这一高度视为行星边界层的顶部，也称为埃克曼厚度。
动力气象学期末考试题基本概念复习题.docx
一、名词解释范围（共计20分）（1）冷暖平流：由温度的个别变化与局地变化的关系:dT dT rr——=——+匕或dt St 33移项后，有： dt dtdt设齐0W0,则有 ^T = -y.vr = -v — dt ds时，即使为微团本身的温度保持不变，也会引起温度场的局地变化。
）GT c 丁 当一>0,即沿着水平速度方向温度是升鬲的，风由冷区吹向暖区，这时-V —<0 & ds（即—<0）,会引起局地温度降低，我们便说有冷平流。
dt当竺<0,即沿着水平速度方向温度是降低的，风由暖区吹向冷区，这时-V —>0 ds ds （U|j —>0）,会引起局地温度升高，我们便说有暖平流。
dt总Z 温度平流是通过水平气流引起温度的重新分布而使局地温度发住变化的。
（2） 罗斯贝数：水平惯性力与水平科氏力之比，即：R ｛）= —，表示大气运动的准地转程 办厶度，也可用来判别人气运动的类型（人、屮、小尺度）和特性（线性或非线性）。
（3） 梯度风：水平科氏力、离心力和水平气压梯度力三力达成的平衡。
此时的空气运动称 为梯度风，即 --- F JV — ------- - o R p 8n（4） 地转风：对于中纬度天气尺度的扰动，水平科氏力与水平气压梯度力接近平衡。
这时 一 1 一 的空气作水平肓线运动，称为地转风，表达式为：V =——Vpxk. fp（5） 0平面近似：中高纬地区，对大尺度运动，y/a<l.则/ =九+0『，其中具体做法：/不被微分时，令f = f.= const, f 在平流项屮被微分时，令dt dt dt（s 方向即水平速度的方向。
空气微团做水平运动 f = 2Qsin (pQ = const, [i - 2 cos %a -const实质：利用％纬度处某点的切平而代替该点附近的地球球而（即取局地切平而近似）,只考虑地球球面性最主要的彩响一科氏参数/随纬度的变化。
动力气象作业复习题
尺度分析作业1、何为Ro 数？大尺度大气运动的Ro 数为多大？大尺度大气运动的主要特征是什么？罗斯贝数的大小反映了科氏力的相对重要性 中纬度大尺度大气运动主要特征是准水平，准地转平衡，准静力平衡，准水平无辐散，准定常的涡旋运动。
2、正压大气和斜压大气概念密度的空间分布只依赖于气压，即ρ=ρ(p)，这种大气状态称作正压大气。
正压大气中等压面、等密度面和等温面重合在一起。
密度的空间分布不仅依赖于气压而且依赖于温度，即ρ=ρ(p,T)，这种状态称作斜压大气。
斜压大气中等压面与等密度面、等温面是交割的3、地转风概念定义：空气块直线运动，在水平气压梯度力和水平地转偏向力平衡的作用下，风沿等压线或等位势线吹，北半球背风而立，气压高的在右。
4图一：（1）正压状态下，高空为低压中心，由于动力作用引起的，（2）斜压状态下，高空为高压中心，由于热力作用引起的，图二：（1）正压状态下，高空为高压中心，由于动力作用引起的，（2）斜压状态下，高空为低压中心，由于热力作用引起的，5、何为斜压大气？请说明在天气图上如何分别根据温度场和风场结构判断斜压大气性的强弱？密度的空间分布不仅依赖于气压而且依赖于温度，即ρ=ρ(p,T)，这种状态称作斜压大气。
斜压大气中等压面与等密度面、等温面是交割的。
等温线越密，等温面与等压面夹角越大，斜压性越强；风速越大，风向与等压面夹角越大，斜压性越强。
6、何为热成风？请详细说明热成风是由于大气的斜压性所引起，并由此说明大气大尺度动力系统与热力系统在天气图上的主要表现特征，并举出实例。
热成风定义为铅直方向上两等压面上地转风的矢量差。
热成风沿气层的等厚度线（等平均温度线）吹，背风而立，厚度（平均温度）高的在右。
热成风与大气的斜压性相联系，与热力作用相关。
大气大尺度动力系统在天气图上的主要表现为从低层、到中层、直到高层属同样气压系统。
例如： 副热带高压：从低层、到中层、直到高层，都表现为高压，是正压系统，由动力作用引起；大气大尺度热力系统在天气图上的主要表现为低层和高层属不同气压系统。
(完整版)动力气象学期末考试题基本概念复习题
一、名词解释范围（共计20分）（1）冷暖平流：由温度的个别变化与局地变化的关系：33dT T V T dt t ∂=+⋅∇∂ 或 dT T T V T w dt t t∂∂=+⋅∇+∂∂ 移项后，有：T dT T V T w t dt t∂∂=-⋅∇-∂∂ 设0,0dT w dt==，则有 T T V T V t s∂∂=-⋅∇=-∂∂ （ s 方向即水平速度的方向。
空气微团做水平运动时，即使为微团本身的温度保持不变，也会引起温度场的局地变化。
） 当0T s∂>∂，即沿着水平速度方向温度是升高的，风由冷区吹向暖区，这时0T V s ∂-<∂（即0T t∂<∂），会引起局地温度降低，我们便说有冷平流。
当0T s∂<∂，即沿着水平速度方向温度是降低的，风由暖区吹向冷区，这时0T V s∂->∂（即0T t ∂>∂），会引起局地温度升高，我们便说有暖平流。
总之温度平流是通过水平气流引起温度的重新分布而使局地温度发生变化的。
（2）罗斯贝数：水平惯性力与水平科氏力之比，即：00U R f L=，表示大气运动的准地转程度，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）。
（3）梯度风：水平科氏力、离心力和水平气压梯度力三力达成的平衡。
此时的空气运动称为梯度风，即21V p fV R nρ∂+=-∂。
（4）地转风：对于中纬度天气尺度的扰动，水平科氏力与水平气压梯度力接近平衡。
这时的空气作水平直线运动，称为地转风，表达式为： 1g V p k f ρ=-∇⨯。
（5）β平面近似：中高纬地区，对大尺度运动，/1y a <，则0f f y β=+，其中002cos 2sin ,f const const aϕϕβ=Ω=== 具体做法：f 不被微分时，令0f f const ==。
f 在平流项中被微分时，令f const yβ∂==∂。
实质：利用0ϕ纬度处某点的切平面代替该点附近的地球球面（即取局地切平面近似），只考虑地球球面性最主要的影响—科氏参数f 随纬度的变化。
动力气象作业复习题
尺度分析作业1、何为Ro 数？大尺度大气运动的Ro 数为多大？大尺度大气运动的主要特征是什么？罗斯贝数的大小反映了科氏力的相对重要性 中纬度大尺度大气运动主要特征是准水平，准地转平衡，准静力平衡，准水平无辐散，准定常的涡旋运动。
2、正压大气和斜压大气概念密度的空间分布只依赖于气压，即ρ=ρ(p)，这种大气状态称作正压大气。
正压大气中等压面、等密度面和等温面重合在一起。
密度的空间分布不仅依赖于气压而且依赖于温度，即ρ=ρ(p,T)，这种状态称作斜压大气。
斜压大气中等压面与等密度面、等温面是交割的3、地转风概念定义：空气块直线运动，在水平气压梯度力和水平地转偏向力平衡的作用下，风沿等压线或等位势线吹，北半球背风而立，气压高的在右。
4图一：（1）正压状态下，高空为低压中心，由于动力作用引起的，（2）斜压状态下，高空为高压中心，由于热力作用引起的，图二：（1）正压状态下，高空为高压中心，由于动力作用引起的，（2）斜压状态下，高空为低压中心，由于热力作用引起的，5、何为斜压大气？请说明在天气图上如何分别根据温度场和风场结构判断斜压大气性的强弱？密度的空间分布不仅依赖于气压而且依赖于温度，即ρ=ρ(p,T)，这种状态称作斜压大气。
斜压大气中等压面与等密度面、等温面是交割的。
等温线越密，等温面与等压面夹角越大，斜压性越强；风速越大，风向与等压面夹角越大，斜压性越强。
6、何为热成风？请详细说明热成风是由于大气的斜压性所引起，并由此说明大气大尺度动力系统与热力系统在天气图上的主要表现特征，并举出实例。
热成风定义为铅直方向上两等压面上地转风的矢量差。
热成风沿气层的等厚度线（等平均温度线）吹，背风而立，厚度（平均温度）高的在右。
热成风与大气的斜压性相联系，与热力作用相关。
大气大尺度动力系统在天气图上的主要表现为从低层、到中层、直到高层属同样气压系统。
例如： 副热带高压：从低层、到中层、直到高层，都表现为高压，是正压系统，由动力作用引起；大气大尺度热力系统在天气图上的主要表现为低层和高层属不同气压系统。
南京信息工程大学天气学原理试题1_3与答案
一、名词解释： （20分）1、质量通量散度。
2、冷式锢囚锋。
3、气旋族。
4、大气活动中心。
5、热成风涡度平流。
二、填空：（36分）1、连续方程根据------------------原理求得，P 坐标中的连续方程------------------------。
2、固定点温度变化由-----------------------------------------------------------------------------------------------决定。
3、推导马格拉斯锋面坡度公式假设锋为---------------------------面，其动力学边界条件为---------------------------------------------------。
4、一型冷锋与二型冷锋区别是------------------------------------------------------------5、在中、高纬大尺度系统运动中，通常固定点涡度增加（减小）和该固定点等压面位势高度降低（升高）是一致的，这种一致性赖以存在的根据是------------------------------------------------------------------。
6、用ω方程诊断上升及下沉运动是由-----------------------------------------------------项决定。
7、控制大气环------------------------------------------------------------8．任一层风速可用T v A v +=表示，它能成立的条件是--------------------------------------------------------------------若v 为地面风速，则A 取---------------------（填：1,0,0-=<>）9．我国北方气旋活动，一般与-----------急流相对应，南方气旋活动一般与-----------急流相对应。
《动力气象学》问题讲解汇编
“动力气象学”问题讲解汇编徐文金(南京信息工程大学大气科学学院)本讲稿根据南京信息工程大学“动力气象学”学位考试大纲（以下简称为大纲）要求的内容，以问答形式编写，以便学习者能更好地掌握“动力气象学”中的重要问题和答案。
主要参考书为：动力气象学教程，吕美仲、候志明、周毅编著，气象出版社，2004年。
本讲稿的章节与公式编号与此参考书一致（除第五章外）。
第二章（大纲第一章） 描写大气运动的基本方程组问题2.1 大气运动遵守那些定律？并由这些定律推导出那些基本方程？大气运动遵守流体力学定律。
它包含有牛顿力学定律，质量守恒定律，气体实验定律，能量守恒定律，水汽守恒定律等。
由牛顿力学定律推导出运动方程（有三个分量方程）、由质量守恒定律推导出连续方程、由气体实验定律得到状态方程、由能量守恒定律推导出热力学能量方程、由水汽守恒定律推导出水汽方程。
这些方程基本上都是偏微分方程。
问题2.2何谓个别变化？何谓局地变化？何谓平流变化？及其它们之间的关系？ 表达个别物体或系统的变化称为个别变化，其数学符号为dtd ，也称为全导数。
表达某一固定地点某一物理量变化称为局地变化，其数学符号为t ∂∂，也称为偏导数。
表达由空气的水平运动（输送）所引起的局地某物理量的变化称为平流变化，它的数学符号为∇⋅-V ρ。
例如，用dt dT 表示个别空气微团温度的变化，用tT ∂∂表示局地空气微团温度的变化。
可以证明它们之间有如下的关系z T w T V dt dT t T ∂∂-∇⋅-=∂∂ρ （2.4） 式中V ρ为水平风矢量，W 为垂直速度。
（2.4）式等号右边第二项称为温度的平流变化（率），第三项称为温度的对流变化（率）或称为垂直输送项。
问题2.3何谓绝对坐标系？何谓相对坐标系？何谓绝对加速度？何谓相对加速度？何谓牵连速度？绝对坐标系也称为惯性坐标系，可以想象成是绝对静止的坐标系。
而相对坐标系则是非惯性坐标系，例如，在地球上人们是以跟随地球一起旋转的坐标系来观测大气运动的，这种旋转的坐标系就是相对坐标系。
《动力气象学》问题讲解汇编
“动力气象学”问题讲解汇编徐文金(南京信息工程大学大气科学学院)本讲稿根据南京信息工程大学“动力气象学”学位考试大纲（以下简称为大纲）要求的内容，以问答形式编写，以便学习者能更好地掌握“动力气象学”中的重要问题和答案。
主要参考书为：动力气象学教程，吕美仲、候志明、周毅编著，气象出版社，2004年。
本讲稿的章节与公式编号与此参考书一致（除第五章外）。
第二章（大纲第一章） 描写大气运动的基本方程组问题2.1 大气运动遵守那些定律？并由这些定律推导出那些基本方程？大气运动遵守流体力学定律。
它包含有牛顿力学定律，质量守恒定律，气体实验定律，能量守恒定律，水汽守恒定律等。
由牛顿力学定律推导出运动方程（有三个分量方程）、由质量守恒定律推导出连续方程、由气体实验定律得到状态方程、由能量守恒定律推导出热力学能量方程、由水汽守恒定律推导出水汽方程。
这些方程基本上都是偏微分方程。
问题2.2何谓个别变化？何谓局地变化？何谓平流变化？及其它们之间的关系？ 表达个别物体或系统的变化称为个别变化，其数学符号为dtd ，也称为全导数。
表达某一固定地点某一物理量变化称为局地变化，其数学符号为t ∂∂，也称为偏导数。
表达由空气的水平运动（输送）所引起的局地某物理量的变化称为平流变化，它的数学符号为∇⋅-V 。
例如，用dt dT 表示个别空气微团温度的变化，用tT ∂∂表示局地空气微团温度的变化。
可以证明它们之间有如下的关系z T w T V dt dT t T ∂∂-∇⋅-=∂∂ （2.4） 式中V 为水平风矢量，W 为垂直速度。
（2.4）式等号右边第二项称为温度的平流变化（率），第三项称为温度的对流变化（率）或称为垂直输送项。
问题2.3何谓绝对坐标系？何谓相对坐标系？何谓绝对加速度？何谓相对加速度？何谓牵连速度？绝对坐标系也称为惯性坐标系，可以想象成是绝对静止的坐标系。
而相对坐标系则是非惯性坐标系，例如，在地球上人们是以跟随地球一起旋转的坐标系来观测大气运动的，这种旋转的坐标系就是相对坐标系。
(整理)题库(动力气象)
动力气象学习题集难度分为：A-很难、B-较难、C-一般、D-容易一、填空1．在大气行星边界层中，近地面层又称为(1)，上部摩擦层又称为(2)。
【知识点】：8.1【参考分】：4【难易度】：D【答案】：(1) 常值通量层(2) 埃克曼层2．在埃克曼层中，风速随高度增加(1)，风向随高度增加(2)。
【知识点】：8.2【参考分】：4【难易度】：C【答案】：(1) 增大(2) 顺转3．定常情况下，埃克曼层中的三力平衡是指(1)、(2)、和(3)之间的平衡。
【知识点】：8.3【参考分】：6【难易度】：D【答案】：(1) 水平气压梯度力(2) 科里奥利力(3) 湍流粘性应力4．理查孙数是湍流运动发展的重要判据，其定义式为i R =(1)。
【知识点】：8.5【参考分】：2【难易度】：B【答案】： (1) 2ln z V zg ∂∂∂∂θ5．旋转层结大气中可能出现的四种基本波动是（1）、（2）、（3）和（4）。
【知识点】：9.1【参考分】：8【难易度】：D【答案】：(1) 声波(2) 重力波(3) 惯性波(4) 罗斯贝波6．声波是由大气的（1）造成的，重力内波生成的必要条件是大气层结（2）。
【知识点】：9.3【参考分】：4【难易度】：C【答案】：(1) 可压缩性(2) 是稳定的7．大气中两种存在两种最基本的动力学过程，即（1）过程和（2）过程。
【知识点】：10.2【参考分】：4【难易度】：C【答案】：(1) 地转适应(2) 准地转演变8．Rossby 变形半径的表达式为(1)，当初始非地转扰动的水平尺度为(2)时，风场向气压场适应。
【知识点】：10.3【参考分】：4【难易度】：B【答案】： (1) 000f c L = (2) 0L L >>9．正压适应过程的物理机制是（1），适应的速度主要依赖于（2）和（3）。
【知识点】：10.3【参考分】：6【难易度】：A【答案】：(1) 重力惯性外波对初始非地转扰动能量的频散(2) 重力惯性外波的群速（3）初始非地转扰动的水平尺度和强度10．第一、二类准地转运动出现的条件分别是（1）和（2）。
南京信息工程大学动力气象学优选文档
1 hP 0 L
f 0V
V H2
10-4 10-4 10-5 10-3 10-3 10-6 －－ms-2
w u w v w w w 1 p g ~ fu 2 w t x y z z
w T
VW L
W2 H
1 zP 0 H
G f 0V
W H2
10-7 10-7 10-8 101 101 10-3 10-9 －－ms-2
——非地转
d) 海洋情形：
f0~10 4s,V~10 1ms
要使R0得 fV0L~101
——准地转运动 L~104m
六、地转偏差
定义： VVVg
实际风与地转风之差
ddVt1hPfkV
fkVg fkVfkV
地转运V动：0dV0 dt
天气系统V不变0dV0 dt
地转偏差是天气系统变化的重要原因 。
大尺度为106m;中尺度为105m; 小尺度为104m
时间尺度： 大尺度为105s;中尺度为104s; 小尺度为103s
对方程组进行尺度分析：
二、运动方程的尺度分析
u u u v u w u 1 p ~ fw f v 2 u t x y z x
V T
10-4
V2 L
p y
fu
0
1
p z
g
0
水平方 1－ 0 41 向 － 0 3＝ 1精 － 0 1 ， 度 垂 ： 1直 － 0 311＝ 方 01－ 0 4向
1、水平方向上：
1hpfkV 0
水平气压梯度力＋水平科氏力＝0
－－地转平衡
地转平衡运动的特征： 动力学特征：
水平压力梯度力与科氏力相平衡 运动学特征：
准地转理论被广泛应用于大尺度大气运动
南京信息工程大学天气学原理试题1-3及其答案
南京信息工程大学天气学原理试题一一、名词解释：（20分）1．质量通量散度。
2．冷式锢囚锋。
3．气旋族。
4．大气活动中心。
5．热成风涡度平流。
二、填空：（36分）3．5．9．急流相18分）3．请写出位势倾向方程：500图右端各项的名称，并用此方程定性解释图中槽的变化（图中波长L<3000KM,，实线为hPaG,为地面高低压中心）（14分）上等高线，虚线为等温线，闭合D4．请用高空形势预报方程及地面形势预报方程物理解释上图中槽及温带气旋变化？（14分）南京信息工程大学天气学原理试题二一、填空:（25分）1．尺度分析含义是。
2．控制大气环流的基本因子有。
3．一型冷锋与二型冷锋区别是。
4．温度平流的拉普拉斯其含义是。
5．热成风涡度平流的含义是。
二、选择:（25分）（对打∨）1．惯性离心力表达式是()()r∧Ω∧Ω1()()r∧Ω∧Ω-2()R23Ω()R24Ω-（其中r为地球半径，R 为纬圈半径）。
2．高空等压面图上等高线密，则等压面坡度是()1大()2无变化()3小3．某站风随高度逆时针旋转，表示有可能()1冷锋通过()2暖锋将来临。
4．以速度相对固定坐标系运动的闭合高压中心有：5)大气三、在图中标出，无相对涡度平流及正、负相对涡度平流区。
四、下图为单站高空风分析图上的热成风1.冷平流及暖平流层次（2.3KM高度上的水平气压梯度力方向。
3.5—6KM高度上的平均温度梯度方向。
五、下图为地面天气图上的冷暖锋的分布，试沿附近及其周围等温线的分布示意图。
六、试从地形影响分析自西向东移动的高空槽，（10七、右端各项的名称，并用此方程物理解释图中槽的（图中波长南京信息工程大学天气学原理试题三一、名词解释：二、填空。
（32分）1．固定点温度变化由项决定。
2．一型冷锋与二型冷锋区别是。
3．若锋作为密度的一级不连续面，则锋附近气压分布特征是。
4．极锋锋区与副热带锋区的区别是。
5．用ω方程诊断上升及下沉运动由项决定。
动力气象学总复习
动力气象学总复习第一章绪论掌握动力气象学的性质，研究对象，研究内容以及基本假定动力气象学（性质）是由流体力学中分离出来（分支），是大气科学中一个独立的分支学科。
动力气象学定义：是应用物理学定律研究大气运动的动力过程、热力过程，以及它们之间的相互关系，从理论上探讨大气环流、天气系统演变和其它大气运动过程学科。
动力气象学研究对象：发生在旋转地球上并且密度随高度递减的空气流体运动的特殊规律。
动力气象学研究内容：根据地球大气的特点研究地球大气中各种运动的基本原理以及主要热力学和动力学过程。
主要研究内容有大气运动的基本方程、风场、气压坐标、环流与涡度、风与气压场的关系、大气中的波动、大气边界层、大气不稳定等等。
一、基本假设：大气视为“连续流体”，表征大气运动状态和热力状态的各种物理量(U, V, P, T, et al.) 看成是随时间和空间变化的连续函数；大气宏观运动时，可视为“理想气体”，气压、密度和温度之间满足理想其他的状态方程，大气是可“压缩流体”，动力过程和热力过程相互影响和相互制约；二、地球大气的动力学和热力学特性大气是“旋转流体”：90%的大气质量集中在10km以下的对流层；水平U, V远大于w（满足静力平衡）；Ω =7.29⨯10-5rad/s，中纬度大尺度满足地转平衡（科氏力与水平气压梯度力相当）。
大气是“层结流体”：大气密度随高度变化，阿基米德净力使不稳定层结大气中积云对流发展；阿基米德净力使稳定层结大气中产生重力内波。
大气中含有水份：水份的相变过程使大气得到（失去）热量。
大气下垫面的不均匀性：海陆分布和大地形的影响。
大气运动的多尺度性：（见尺度分析）第二章大气运动方程组控制大气运动的基本规律有质量守恒、动量守恒、能量守恒等等。
支配其运动状态和热力学状态的基本定律有：牛顿第二定律、质量守恒定律、热力学第一定律和状态方程等等。
本章要点：旋转坐标系；惯性离心力和科氏力；全导数和局地导数；预报和诊断方程；运动方程、连续方程；状态方程、热力学方程及其讨论；局地直角坐标系。
南京信息工程大学动力气象学资料
tM(KE)dM 0
〔2〕全位能与动能转换
t
MKdMMdMMDdM
t
MEdMMdMMQdM
dM 同时在两个方程中消失，且
正M负相反；是全位能和动能之间的转 换项。
dM M
0E,K EK; 0E,K KE.
且全位能变化多少，动能也要相 应变化多少。表达了二者之间的 转换关系，及转换机制。
Vh
KKp K(Vh
)
p
VhKpK
tK ( V h K ) p K V h D
如系统质量为M，则系统的动能方程为：
t
MKdMM(VK)dM
MVh
dM
DdM
M
KVd
KVd
KVnd 0
闭合系统的动能方程：
tM Kd M M V h dM M DdM
)
p
E t
(VhE)
p
(E)
E
(EV)
t
对闭合系统积分，得：
M d dd E t M M E td M M ( E V ) d M tM Ed
闭合系统全位能方程：
tM EdM M d M MQ dM
3、闭合系统中的能量守恒与转换：
〔1〕闭合系统中的动能方程＋全位 能方程：
tM (KE )dM M Q dM M DdM
说明： ①闭合系统：外界没有能量输入。 ②干绝热过程：没有潜热释放，且没 有太阳辐射。 ③水平稳定层结： “水平的”——等温面//等压面，正 压的； 此时全位能最小。
三、有效位能的计算
两种算法： 〔1〕算出初始状态的全位能和终态的全 位能：〔参见课本〕 有效位能＝初态全位能－终态全位能； 计算时比较简单，是由于终态不好确定 。 〔2)计算从终态到初态，气块反抗净浮 力所做的功。〔气块法〕
南京信息工程大学气象学考研真题
一．名词解释1.变压风2.锢囚锋3.气旋族4.沃克环流二．填空1．固定点温度由项决定。
2．锋生条件是。
3．南方气旋（江淮气旋）形成有两类。
4．控制大气环流基本因子有。
5．运动学公式中δδt 含义是，ððt含义是。
6．极锋锋区与副热带锋区，区别是。
7．用地面形势预报方程，作地面天气系统变化由项决定。
三．综合题1．地转风、梯度风以及热成风有何实用意义？2．以密度零级不连续面模拟锋面时，用锋面坡度公式，画图解释锋面附近气压分布特征。
3．用动力因子（涡度因子）及热力因子，画图解释处在斜压发展500hPa高空槽及温带气旋变化（变化包括移动及强度）。
4．画出500hPa温度槽（冷温度舌）落后疏散槽，并解释此槽的变化。
一．名词解释 1． 热成风 2． 地转偏差 3． 冷式锢囚锋 4． 季风5． 水汽通量散度 6． 对流不稳定 7． 副热带高压 8． 台风二．数学证明题1． 采用气块法，从质量守恒定律推导出大气运动的连续方程。
2． 假定锋面是一个物质面，锋面两侧的气压相等，推导出Margules 锋面坡度公式。
三．简单题1． 画图解释江淮气旋生成的两种物理过程。
2． 从运动学角度讨论影响锋生锋消的三大要素。
3． 简述南亚高压与西太平洋副热带高压的区别。
四．论述题1. 试分析说明锋面附近的位温场特征，以及锋面附近的风场、气压场和温度场等各种物理量场的分布特征。
2. 已知中纬度地区准地转位势倾向方程是试用该方程讨论中纬度高空500hPa 槽脊系统的强度变化以及移动趋势和方向。
3. 详细讨论台风发生、发展的必要条件。
()222222ξσσσ⎛⎫⎛⎫∂∂Φ∂∂Φ∂⎛⎫∇+=-⋅∇++-⋅∇- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭g g g P f f f R dQ f V f V p t p p C p p dt一．名词解释 1. 地转风 2. 温度平流 3. 斜压大气 4. 信风 5. 梯度风 6. 南亚高压 7. 冷锋 8. 绝对涡度二．数学证明题1. 采用气块法，推导出直角坐标系中的气压梯度的表达式。
动力气象学习题集1.docx
【难易度】：D
【答案】：
（1）牛顿第二定律
（2）质量守恒定律
（3）热力学能量守恒定律
（4）气体实验定律
3.
在旋转地球上，一个运动着的空气微团所受的基本作用力（1）、（2）、（3）和（4）。
【知识点】：2.2
【参考分】：8
【难易度】：D
【答案】:
(1)气压梯度力
(2)科里奥利力
(3)惯性离心力
37.
卩平面近似
【知识点】：3.3
【参考分】5
【难易度】:B
【答案】：
1.当/处于系数地位不被微商时，取/二办；
2.当/处于对求微商地位时，収$7〃）=0 =常数。
采用0平面近似后，用局地直角坐标系讨论大尺度运动将是方便的。虽然由于球面效应引起 的曲率项被忽略了，但球面效应引起的/随纬度的变化对大尺度运动的作用却部分保留下来To
四、问答题
46.
何谓卩平面近似？収卩平面近似有何意义？
【知识点】：3.3
【参考分】10
【难易度】：B
【答案】：
0平面近似的主要内容是：
1.当/处于系数地位不被微商吋，取于二办；
2.当/处于对y求微商地位时，取df/dy= （3=常数。
采用0平面近似后，用局地直角坐标系讨论大尺度运动将是方便的。虽然由于球面效应引起 的曲率项被忽略了，但球血效应引起的/随纬度的变化对大尺度运动的作用却部分保留下来 了。
【知识点】6.6
【参考分】2
【难易度】A
【答案】：X
32.
大气运动不可能在严格的地转平衡和静力平衡条件下进行。（）
【知识点】7.2
【参考分】2
【难易度】C
【答案】：V
南京信息工程大学《动力气象学》复习重点(上)
《动力气象学》复习重点Char1 大气运动的基本方程组1、旋转参考系〔1〕运动方程g F V p dt V d ++⨯Ω-∇-=21ρ〔2〕连续方程0=•∇+V dtd ρρ▽·V 为速度散度，代表气团体积的相对膨胀率。
体积增大时，〔▽·V>0〕，密度减小；体积减小时，〔▽·V<0〕，密度增大。
0=•∇+V dtd ρρ▽·(ρV )为质量散度，代表单位时间单位体积内流体质量的流入流出量。
流入时▽·(ρV )<0，密度增大；流出时▽·(ρV )>0，密度减小。
〔3〕热力学能量方程Q dta d p dt T d c v =+内能变化率+压缩功率=加热率 Q dtp d dt T d c p =-αα=1/ρQ 2、局地直角坐标系〔z 坐标系〕中的基本方程组111()0ln ,,x y z v p du p fv F dt x dv p fu F dt y dw p g F dt z d u v w dt x y z p RT dT d dT dP d c p Q c a Q Q dt dt dt dt dtρρρρρραθ∂⎧=-++⎪∂⎪∂⎪=--+⎪∂⎪∂⎪=--+⎪∂⎨⎪∂∂∂⎪+++=∂∂∂⎪⎪=⎪⎪+=-==⎪⎩ 运动方程、连续方程、能量方程是预报方程，状态方程是诊断方程。
3、p 坐标系中的基本方程组⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=∂Φ∂=-∂∂+∂∂+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂-∂Φ∂-=+∂Φ∂-=p RT pc Q S y T v x T u tT py u x u fu y dtdv fv x dt du p p ωω04、p 坐标系的优缺点优点：p 坐标系中的运动方程组不再出现密度ρ；连续方程形式简单，与不可压缩流体的连续方程形式相当；由于日常工作采用等压面分析法，用p 坐标系方程组可以方便的进行诊断分析。
南京信息工程大学天气学原理试题一
南京信息工程大学天气学原理试题一一、名词解释： （20分）1．质量通量散度。
2．冷式锢囚锋。
3．气旋族。
4．大气活动中心。
5．热成风涡度平流。
二、填空：（36分）1． 连续方程根据------------------原理求得，P 坐标中的连续方程------------------------。
2． 固定点温度变化由---------------------------------------------------------------------- -------------------------决定。
3． 推导马格拉斯锋面坡度公式假设锋为---------------------------面，其动力学边界条件为---------------------------------------------------。
4． 一型冷锋与二型冷锋区别是------------------------------------------------------------ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------。
5． 在中、高纬大尺度系统运动中，通常固定点涡度增加（减小）和该固定点等压面位势高度降低（升高）是一致的，这种一致性赖以存在的根据是------------------------------------------------------------------。
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一、名词解释1. 位温：气压为p，温度为T的干气块，干绝热膨胀或压缩到1000hPa 时所具有的温度。
=T(1000/p)R/Cp，如果干绝热，位温守恒（/t=0）。
2. 尺度分析法：依据表征某类大气运动系统各变量的特征值来估计大气运动方程中各项量级的大小，判别各个因子的相对重要性，然后舍去次要因子而保留主要因子，使得物理特征突出，从而达到简化方程的一种方法。
3. 梯度风：水平科氏力、惯性离心力和水平气压梯度力三力达到平衡，此时空气微团运动称为梯度风，表达式为：。
4. 地转风：对于中纬度天气尺度的扰动，水平科氏力与水平气压梯度力接近平衡，这时空气微团作直线运动，称为地转风，表达式为：。
地转风：在自由大气中，因气压场是平直的，空气仅受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用，当二力相等的空气运动称之为地转风。
5. 惯性风：当气压水平分布均匀时，科氏力、惯性离心力相平衡时的空气流动。
表达式为：。
6. 斜压大气：大气密度的空间分布依赖于气压(p)和温度(T)的大气，即：= (p, T)。
实际大气都是斜压大气，和正压大气不同，斜压大气中等压面、等比容面（或等密度面）和等温面是彼此相交的。
7. 环流：流体中任取一闭合曲线L，曲线上每一点的速度大小和方向是不一样的，如果对各点的流体速度在曲线L方向上的分量作线积分，则此积分定义为速度环流，简称环流。
8. 埃克曼螺线：行星边界层内的风场是水平气压梯度力、科氏力和粘性摩擦力三着之间的平衡结果。
若以u为横坐标，v为纵坐标，给出各个高度上风矢量，并投影在同一个平面内，则风矢量的端点迹线为一螺旋。
称为埃克曼螺线。
9. 梯度风高度：当z H=/，=(2k/f)1/2时，行星边界层风向第一次与地转风重合，但是风速比地转风稍大，在此高度之上风速在地转风速率附近摆动，则此高度可视为行星边界层顶，也表示埃克曼厚度。
梯度风高度：当z H=/时，边界层的风与地转风平行，但比地转风稍大，通常把这一高度视为行星边界层的顶部，也称为埃克曼厚度。
10. Ekman泵：在大气边界层中，大尺度大气运动主要是气压梯度力、科氏力和摩擦力三力的平衡。
在这三力的平衡下，大气质点的运动不再象自由大气那样沿着等压线流动，其流线与等压线成一交角并从高压流向低压。
这样，在低压的地方，大气质量有辐合，其上空的大气就会上升，并将边界层大气挤到自由大气中；而在高压的地方，大气质量有辐散，其上空的大气就下沉，进而就将自由大气的质量吸入边界层。
这种由于摩擦效应产生的边界层顶的上升或下沉运动，俗称为Ekman泵。
11. 微扰法（小扰动法）：大气运动方程组是非线性的，直接求解非常困难。
因此，通常采用微扰法（小扰动法）将方程组线性化，讨论简单的波动（线性波）问题。
12. 上下游效应：是指大范围的上、下游系统环流变化的联系。
上游某地区的长波系统发生变化某种显著的变化之后，接着以相当快的速度（通常比系统本身的移速甚至比平均西风风速都要快的速度）影响下游系统发生变化，这就是上游效应。
上游效应：C g >C>0，上游扰动的能量先于扰动本身到达下游，在下游产生新的扰动，或加强下游原有扰动的影响。
13. 滤波：根据波动形为的物理机制而采用一定的假设条件，以消除气象意义不大的波动（称为“噪音”）而保留有气象意义波动的方法。
14. 重力外波：是指处于大气上下边界的空气，受到垂直扰动后，偏离平衡位置以后，在重力作用下产生的波动，发生在边界面上，离扰动边界越远，波动越不显著。
快波，天气学意义不重要。
15. 重力内波：是指在大气内部，由于层结作用和大气内部的不连续面上，受到重力扰动，偏离平衡位置，在重力下产生的波动。
重力内波与中，小尺度天气系统关系密切。
16. 频率方程：波速c（或频率=kc）一般是基本气流，波数k（或波长L）及其他参数（如g, H, f, ）的函数，即c=c(u, k, g, h, f, ,…)，称为波速方程或频率方程（频率与波数之间的关系式）。
(二)简答题1. 什么叫二级环流? 什么是旋转减弱?答：二级环流：也称为次级环流，是由行星边界层的湍流摩擦效应产生的穿越行星大气边界层和自由大气环流的垂直环流圈，它是叠加在一级环流或称主要环流（自由大气中不计湍流摩擦的准地转涡旋环流）之上并受这一主环流系统物理约束的环流。
旋转减弱：自由大气在埃克曼泵的作用下，若无外部能量的供给，其涡度会随时间发生衰减，这种衰减就称为旋转减弱。
2. 什么是力管及其力管效应？答：由等压面和等比容面相交的所构成的管子，即力管。
力管的表达式为：。
力管可以产生新的环流或使原有的环流加强或者减弱的动力作用，这就是力管效应。
在某平面上单位面积内力管数目愈多，表示大气的斜压性愈强。
在等压面上的等温线愈密集（温度梯度越大），反映着铅直面内单位面积所含的力管数愈多，斜压性愈强，反之，在等压面上的等温线越稀疏，斜压性就愈弱。
3. 群速度与相速度有何区别? 何时二者一致?答：相速度为载波移到的速度，即群波中具有相同位相点的移到速度。
相速C的表达式为。
而群速是指波包移动的速度，即群波中具有相同振幅点的移动速度，表示波列（波群）能量传播的速度。
群速的表达式为：。
可见，当波速c与波长k无关时，4. 什么是罗斯贝波，它是怎样产生的？答：罗斯贝波是在准水平的大尺度运动中，由于β效应维持绝对涡度守恒而形成的波动。
它的传播速度与声波和重力波相比要慢很多，故为涡旋性慢波，同时由于它的水平尺度与地球半径相当，又称为行星波（大气长波）。
罗斯贝波是水平横波，单向波，慢波，对大尺度天气变化过程有重要意义。
5. 给出群速与波速的关系？什么是非频散波和频散波？大气波动中哪些是非频散波？哪些频散波？由上式可以看出，群速与相速大小的差值与k和有关，表示相速随波长的变化率。
非频散波：频率（ω）或波速（C）与波数（k）或者波长（L）无关，则C g=C，波能与波动一起移动，称波动没有发生频散或为非频散波，如声波、重力外波；反之，若频率与波数有关，则C g≠C，称为频数波，如重力波、惯性－重力波、长波。
6. 给出涡度的定义及其表达式？涡度与环流的关系？答：速度场的旋度为涡度，即为：，涡度与速度环流C的关系为：，可见，沿闭合回线L的速度环流是和涡度紧密相互联系的。
对上式取面积趋于0的极限后，，所以，涡度在法方向的分量就等于单位面积上的环流，因此可以认为涡度是对流体转动的微观度量。
涡度是点的坐标和时间的函数，它在直角坐标系中的投影为：铅直方向的涡度为：7. 叙述基别尔数（）、罗斯贝数（R0）的表达式及其物理意义。
基别尔数为局地惯性力与水平科氏力的尺度之比，即：，其大小反映运动变化过程的快慢程度。
即的量级表示运动地转平衡近似程度。
≡1/f0，当，u/t相对于fv可以略去。
R0为罗斯贝（Rossby）数，表示水平惯性力与科氏力的尺度之比，即：，表示大气运动的准地转程度，当，水平惯性力相对于科氏力可以略去；反之当，科氏力相对于水平惯性力可以略去。
大尺度运动中，，科氏力是不能忽略的；小尺度运动中，，科氏力可以忽略不计。
8. 声波和重力外波、重力内波的滤波条件是什么？排除声波的条件：(1) 大气是不可压缩的；(2) 大气是非弹性的或是包辛内斯克Boussinesq 近似的；(3) 大气是水平无辐散的；(4) 大气是静力平衡的；(5) 大气是准地转的。
排除重力外波的条件：(1) 假定大气上、下边界是刚体（固壁）边界，即上、下边界条件是齐次的；(2) 假定大气是水平无辐散的；(3) 假定大气是地转运动的；(4)假定大气作纯水平运动。
大尺度运动，可采用下列条件滤除重力内波：(1) 假定大气是中性层结；(2) 假定大气是水平无辐散的；(3) 假定大气是准地转运动；(4) 假定大气只作水平运动，或垂直运动状态与z或p无关。
三、证明题1．利用静力平衡方程（p=-gz）和状态方程（p=RT），证明均质大气高度H（H=RT/g）是等温大气中气压和密度减小到其e/1的高度。
（p H=p0e-1和H=0e-1）设等温大气温度为T0由状态方程，得到：p=RT0由静力平衡方程：p=-gz消去，得到：对上式两端从地面（z=0, p=p0）到高度z（p=p）进行垂直积分，则有：所以在z=H=RT/g高度上，有：p H=p0e-1，利用状态方程，得到：=0e-1H均质大气高度H确实为等温大气中气压和密度减小到其e/1的高度！2. 利用一维正压罗斯贝波的相速公式，导出其群速C g的表达式，并与相速相比较。
故正压罗斯贝波的群速C g大于相速C。
3. 证明干绝热条件下位温守恒（）由热力学方程：对状态方程（p=RT）求全导数，则：所以对于理想气体，干绝热条件下（），C p＝C v+R，C v为干空气定容比热，C p为干空气定压比热，=1/为比容。
对位温方程取对数微分，则有：4、有下列方程组：假设大气基本状态是静止的，即，试求：（1）将上述方程组线性化（2）求出该方程组所含波动的频率方程（3）分别求出该波动的相速与群速（4）分析该波动的性质答：（1）线性化后的方程组为：(a)(b)（2） (c)设的形式解为：代入（c）式，可得频率方程为：（3）（4）C=Cg，该波动为非频散波。
双向传播，为浅水波重力外波波速。
四、判断和选择1. 水平气压梯度力—当气压梯度存在时，作用于单位质量空气上的力，称为气压梯度力。
气压梯度力可分为垂直气压梯度力和水平气压梯度力两种。
水平气压梯度力使空气从高压区流向低压区，是大气水平运动的原动力。
2. 水平气压梯度是指垂直于等压线方向，单位距离内气压的改变量，是即有方向又有大小的矢量。
水平气压梯度的方向是从高压指向低压，单位距离内水平气压梯度愈大，等压线愈密。
3. 水平地转偏向力和惯性离心力是假想的力，只改变气流的方向，不改变物体运动的速度。
水平气压梯度力和摩擦力是实力，即改变气流的方向，也改变速度的大小。
4. 在北半球，风是顺着等压线吹的。
背风而立，低压在左手边，高压在右手边；南半球相反。
5. 旋衡运动可以是气旋式的，也可以是反气旋式的。
6. 实际大气中，低压区中的梯度风比高压区中的风速大。
梯度风遵守地转风的风压定律。
7. 风随高度有变化是因为水平方向上温度分布不均产生的。
热成风受温度梯度和气层厚度的影响。
随高度的增加，只要温度场不变，热成风的大小和方向就不变。
8. 埃克曼层空气质点的流动，主要受到气压梯度力、科里奥利力和湍流粘性力（摩擦力）的作用。
9. 在北半球对流层中，温度分布总是北冷南暖，因而无论低层吹什么风，随高度的增加都逐渐转为西风。
10. 位势涡度守恒的条件是无摩擦和干绝热。
11. 大气中有哪几类基本波动声波、重力波（重力内波，重力外波）、惯性（内）波和长波（罗斯贝波）。