动力气象试题解答讲解学习
动力气象课后习题标准答案doc
动力气象课后习题标准答案.doc 动力气象课后习题标准答案1. 什么是动力气象学？动力气象学是研究大气运动和气象现象的科学。
它主要涉及大气力学、热力学和动力学等方面的知识，通过数学模型和物理规律来描述和预测大气中的各种运动和现象。
2. 什么是大气力学？大气力学是研究大气运动的科学。
它主要研究大气中的气体运动、气压分布、风场形成和演变等现象，以及它们与天气和气候的关系。
3. 什么是热力学？热力学是研究能量转化和热力传递的科学。
在动力气象学中，热力学主要研究大气中的能量转化和热力传递过程，包括辐射、传导和对流等，以及它们对大气运动和气象现象的影响。
4. 什么是动力学？动力学是研究物体运动的科学。
在动力气象学中，动力学主要研究大气中的运动方程和运动规律，包括质量、动量和能量守恒定律等，以及它们对大气运动和气象现象的影响。
5. 什么是大气稳定度？大气稳定度是指大气中的气块上升或下沉时，受到的抵抗力和推动力之间的平衡状态。
当气块受到的抵抗力大于推动力时，大气稳定，气块下沉；当推动力大于抵抗力时，大气不稳定，气块上升。
6. 什么是大气边界层？大气边界层是指大气中与地表直接接触并受地表摩擦影响的一层大气。
它的高度一般在几百米到几千米之间，对大气中的能量和物质交换具有重要影响。
7. 什么是风？风是指大气中的气体运动。
它的产生和变化与大气压力差、地转偏向力和摩擦力等因素有关，是大气环流和气象现象的重要组成部分。
8. 什么是气压场？气压场是指大气中不同地点的气压分布。
它是由大气中的气块运动和密度变化等因素引起的，对大气运动和天气变化具有重要影响。
9. 什么是风场？风场是指大气中不同地点的风速和风向分布。
它是由大气压力差和地转偏向力等因素引起的，是描述大气运动和气象现象的重要参数。
10. 什么是气象现象？气象现象是指大气中的各种现象，如降水、云层、气温和湿度等的变化。
它们是由大气运动和能量交换等因素引起的，对天气和气候的形成和演变具有重要影响。
动力气象学第三章习题ALL
动力气象学第三章课后题答案1. 什么是运动的尺度?什么是尺度分析方法？大气任何一类运动系统中，表征大气运动状态和热力状态的各物理场变量，其空间分布是不均匀的，也存在时间变化，这种时空变化都存在一定的范围。
为此可以用各物理场变量具有代表意义的量值来表示该系统的基本特征，称之为物理场变量的特征值，这也就是物理场变量的尺度。
物理场变量的尺度，只是从量级大小这个意义上来表征系统物理属性特征的。
尺度分析法是依据表征某类运动系统的运动状态和热力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。
根据尺度分析的结果，结合物理上的考虑，略去方程中量级较小的项，便可得到简化方程，并可分析运动系统的某些基本性质。
2. 为什么常根据运动的水平尺度对大气运动进行分类？基于以下三方面的原因常根据运动的水平尺度对大气运动进行分类：（1）地球大气垂直厚度远小于水平长度；（2）具有气象意义的运动系统的场变量的在水平方向上的变动尺度差别很大，可达几个数量级，并且大气运动的特征与水平尺度有密切关系；（3）大气某些变量在垂直方向的尺度依赖于变量的水平尺度，比如速度的垂直尺度。
3. 根据尺度分析的结果，说明中纬度大尺度运动有哪些基本特征？中纬度大尺度运动的基本特征有：（1）在水平方向上，气压梯度力与科氏力基本是相平衡的，即运动的准地转性。
（2）在垂直方向上，满足静力平衡近似。
（3）运动准水平无辐散。
（4）温度的局地变化主要是由温度平流和铅直运动决定的。
（5）运动系统是缓慢变化的。
4. 如何将运动方程组进行无量纲化？利用尺度分析中物理量的特征尺度，引进无量纲变量，将运动学方程组进行无量纲化。
5. 地转近似的充分条件是什么？试从物理上对这些条件给予说明。
根据水平运动方程的无量纲化方程（3.54）可知，地转近似的充分条件如下，01,1,1i R R ε它表明准地转平衡运动应是缓慢变化的大尺度运动，同时大气层结应是高度稳定的。
6. 什么是中纬度β平面近似？取β平面近似的条件是什么？取β平面近似有什么好处？（1） 在中纬度地区，将f 展开成泰勒级数，则有f ＝f 0＋βy+(高次项)①当f 处于系数地位不被微商时，取f ≈ f 0;②当f 处于对求微商地位时，取df/dy=β=常数。
动力气象课后习题标准答案
1、大气运动方程组一般由几个方程组成？那些就是预报方程？哪些就是诊断方程？答：大气运动方程组一般由六个方程组成，分别就是三个运动方程、连续方程、热力学能量方程、状态方程；若就是湿空气还要加一个水汽方程。
运动方程、连续方程、热力学能量方程就是预报方程，状态方程就是诊断方程。
2、研究大气运动变化规律为什么选用旋转参考系？旋转参考系与惯性参考系中得运动方程有什么不同？答：地球以常值角速度Ω绕地轴旋转着，所以任何一个固定在地球上并与它一道运动得参考系，乃就是一个旋转参考系。
为了将牛顿第二定律应用于研究相对于旋转参考系得大气运动，不但要讨论作用于大气得真实力得性质，而且要讨论绝对加速度与相对加速度之间得关系。
相对于惯性参考系中得运动方程而言，旋转参考系中得运动方程加入了视示力（科里奥利力、惯性离心力）。
3、惯性离心力与科里奥利力有哪些异同点？答：都就是在旋转参考系中得视示力；惯性离心力恒存在，而大气相对于地球有运动时才会产生科里奥利力。
4、重力位势与重力位能这两个概念有何差异？答：重力位势：重力位势表示移动单位质量空气微团从海平面（Z=0）到Z 高度，克服重力所做得功。
重力位能：重力位能可简称为位能。
重力场中距海平面z 高度上单位质量空气微团所具有得位能为Φ=gz，引进重力位势后，g等重力位势面（等Φ面）相垂直，方向为高值等重力位势面指向低等重力位势面，其大小由等重力位势面得疏密程度来确定。
所以，重力位势得空间分布完全刻划出了重力场得特征。
5、试阐述速度散度得物理意义？速度散度与运动得参考系有没有关系？答：速度散度代表物质体积元得体积在运动中得相对膨胀率。
因，故速度散度与运动得参考系没有关系。
8、计算45°N跟随地球一起旋转得空气微团得牵引速度。
答：由速度公式可知，牵引速度为：大小为；方向为向东。
19、证明相对加速度可写成4 20、对于均质流体（p=常数）证明有以下能量方程21、假设运动就是水平得，对于均质流体，证明水平运动方程可以改写为。
成信工动力气象学期末试题及答案
系名____________班级____________姓名____________学号____________密封线内不答题成都信息工程学院考试试卷课程名称： 20 —20 学年第 学期动力气象学使用班级：大气20 级试题一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 得分一、名词题( 每小题3分，共30分)1、大气长波2、群速度3、上游效应4、地转偏差5、K-H不稳定6、赤道β平面近似7、Ekman数8、Richardson数9、有效动能（APE）10、浅水波二、判断题(判断下列题目是否正确，如果正确请在题号前打“√”，错误请打“×”。
每小题2分，共10分)1、北半球大气边界层中，风偏向低压一侧，风向随高度向右偏转。
2、潜热的释放并不影响湿静能。
3、对于频散波，群速度与相速度是一致的。
4、中性层结大气中，不存在重力内波。
5、实际大气中，有效位能绝大部分转换成为了动能。
三、填空题(在空白处填写入正确的内容。
每小题1分，共20分)1、非地转扰动的水平尺度远大于( )时,风场适应( )。
2、低纬对流层、平流层中向西传播的热带波动有( )和( )。
系名____________班级____________姓名____________学号____________密封线内不答题3、北半球大尺度运动一般是惯性稳定的,其( )几乎总为正值。
大气长波正压不稳定的必要条件是基本气流的( )在区间内应改变符号。
4、边界层顶的垂直速度与地转风( )成正比。
若采用包辛内斯克近似来滤波,可滤去( )。
5、K-H不稳定可用来研究（ ）尺度天气系统的发展问题。
与中高纬度不同的是，在热带地区（ ）可作为天气系统发展的重要能源。
6、平均纬向有效位能通过哈德莱环流圈直接转换为( )。
( )大气长波既有上游效应又有下游效应。
7、重力内波模型可用来研究( )尺度天气系统；( )层结可滤除重力内波。
8、正压大气中罗斯贝波是由( )守恒控制的一种大尺度涡旋性波动,( )是它得以传播的主要机制。
动力气象学 线性动力稳定性理论(6.5)--习题答案
1. 假定对流层顶高度为H ，对流层中的温度随高度线性递减(TT =TT 0−γγγγ)，对流层顶以上温度随高度不变，大气满足静力平衡条件，试求单位截面积自海平面延伸至大气上界整个气柱中的内能、位能、全位能。
解：大气温度的垂直分布为：00,0,T z z H T T H z Hγγ−≤≤ = −>由静力方程和状态方程，可以得到：000,,R g H H Hp T p p p T p T p p γ<< = <因为0*0p vc I Tdp g=∫，0*0p R Tdp g Φ=∫，***P I =+Φ，所以：0*000H H R g p p v H p c p I T dp T dp g p γ=+∫∫ ()00vH HH H c g T p T p T p gg R γ−+ + 00v H H c R T p T p g R g γγ+ +**00H H v R RR I T p T p c g R g γγΦ==+ +***00pH H c R P I T p T p g R g γγ =+Φ=+ +2. 试证明全位能平衡方程有以下形式，其中pp 00=1000ℎPPPP 。
/*00pR c p M M Ep d dM c dM t p dtθωα ∂=+ ∂∫∫解：全位能平衡方程为：*MME dM Q dM tωα∂=+∂∫∫热力学能量方程为：ln 1p d Q dt c Tθ=因为：00pR c p T p θ=所以：111000pR c p p d Q T dt c Tθ =即：1000pR c p p d Q c dtθ =所以全位能平衡方程为：/*00pR c p M M E p d dM c dM tp dtθωα∂=+ ∂∫∫3. 利用上题证明有效位能平衡方程有以下形式：*1p Rc M M A pdM Q dM t p ωα ∂ =+− ∂ ∫∫其中，pp̅为大气参考状态（有效位能为零）时的气压，试讨论方程右端两项的物理意义。
《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。
(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）。
动力气象学第二章习题答案
动力气象学第二章习题答案动力气象学第二章习题答案动力气象学是研究大气运动的科学，它探讨了大气中的力学过程和气象现象之间的相互关系。
在学习动力气象学的过程中，习题是检验我们对知识理解和应用的重要方式。
下面是对动力气象学第二章习题的详细解答。
问题1：什么是大气的垂直平衡？答：大气的垂直平衡是指在垂直方向上，大气中的各种力量之间达到平衡状态。
这种平衡是由重力、压强梯度力、离心力和科里奥利力等因素共同作用所形成的。
当这些力量之间的平衡达到一定状态时，大气就呈现出稳定或不稳定的状态。
问题2：什么是静力平衡？答：静力平衡是指在水平方向上，大气中的压强梯度力与离心力之间达到平衡状态。
在静力平衡下，气体分子受到重力的作用而向下运动，同时受到压强梯度力的作用而向上运动，最终形成一个平衡状态。
问题3：为什么大气的垂直平衡是稳定的？答：大气的垂直平衡是稳定的，因为当大气中出现扰动时，系统会自动调整以恢复平衡状态。
例如，当大气中某一区域的压强较高时，周围的气体会受到压强梯度力的作用而向该区域流动，从而减小压强差。
这种调整过程会持续进行，直到压强差减小到一定程度，大气再次达到平衡状态。
问题4：什么是大气的不稳定？答：大气的不稳定是指当大气中出现扰动时，系统无法自动调整以恢复平衡状态。
在不稳定的情况下，扰动会导致气体产生剧烈的运动，从而形成对流现象和气象灾害。
例如，当大气中某一区域的温度较高时，周围的气体会受到浮力的作用而向上升腾，形成对流运动。
问题5：什么是绝热过程？答：绝热过程是指在没有热量交换的情况下，气体的温度和压强发生变化。
在绝热过程中，气体的内部能量发生改变，但没有热量的输入或输出。
绝热过程可以用来描述大气中的垂直运动和气象现象，例如对流运动和气旋的形成。
问题6：什么是绝热抬升？答：绝热抬升是指当气体上升时，由于没有热量的输入或输出，气体的温度和压强发生变化。
在绝热抬升过程中，气体上升时受到外界压强的减小而膨胀，从而导致温度的降低。
成都信息工程学院动力气象作业任务答案解析
第一章大气边界层2.假定在近地层中，雷诺应力Tzx为常数，混合长错误!未找到引用源。
,并且在下边界z=0处，错误!未找到引用源。
，试求风随高度的分布。
解：∵错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
∴错误!未找到引用源。
∴错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
∴错误!未找到引用源。
…………①对①式积分错误!未找到引用源。
3.已知由于湍流摩擦引起的边界层顶部的垂直速度为错误!未找到引用源。
（1）试推出正压大气中，由于湍流摩擦引起的二级环流对天气尺度涡旋的旋转减弱时间错误!未找到引用源。
的公式。
（2）若湍流系数k=8m2/s，f=10-4s-1，涡旋顶部w=0的高度为10km，试计算错误!未找到引用源。
为多少？解：（1）正压大气的涡度方程简化形式：错误!未找到引用源。
设错误!未找到引用源。
∴错误!未找到引用源。
…………①当z=H时错误!未找到引用源。
对①积分∵f为常数∴错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
∴错误!未找到引用源。
∴错误!未找到引用源。
∴错误!未找到引用源。
（2）∵k=8m2/s f=10-4s-1H=10km∴错误!未找到引用源。
6.在某地测定平均风速随高度的分布，得到如下结果，假定风速分布对数规律，试计算z0，u及T0（去卡曼常数为0.40）。
高度（m）7 2 0.30 0.04平均风速（m/s） 3.92 3.30 2.40 1.41解：引入对数坐标系令错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
得出右表：则通过错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
带入前两组值错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
∴错误!未找到引用源。
（m）错误!未找到引用源。
（m/s）错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
15.在定常、均匀的气流中，铅直方向处于静力平衡的空气质点受到水平气压梯度力、水平地转偏向力和水平摩擦力的作用，假定后者与风速矢方向相反、大小成比例，试求风压场之间的关系，并作图说明。
成都信息工程学院 动力气象作业答案剖析
第一章大气边界层2.假定在近地层中，雷诺应力Tzx为常数，混合长,并且在下边界z=0处，，试求风随高度的分布。
解：∵∴∴∴…………①对①式积分3.已知由于湍流摩擦引起的边界层顶部的垂直速度为（1）试推出正压大气中，由于湍流摩擦引起的二级环流对天气尺度涡旋的旋转减弱时间的公式。
（2）若湍流系数k=8m2/s，f=10-4s-1，涡旋顶部w=0的高度为10km，试计算为多少？解：（1）正压大气的涡度方程简化形式：设∴…………①当z=H时对①积分∵f为常数∴∴∴∴ （2）∵k=8m 2/sf=10-4s -1H=10km∴z 0，u 及T 0（去卡曼常数为0.40）。
解：引入对数坐标系 令得出右表：则通过带入前两组值∴（m ）（m/s ）15.在定常、均匀的气流中，铅直方向处于静力平衡的空气质点受到水平气压梯度力、水平地转偏向力和水平摩擦力的作用，假定后者与风速矢方向相反、大小成比例，试求风压场之间的关系，并作图说明。
解：∵定常均匀的流场满足静力平衡即：xy∴第二章 大气能量学1.推出Ekman 层中动能消耗公式。
解：Ekman 层中G 与不平衡，存在，大尺度运动中，空气微团做准水平运动，所以用p 坐标。
f dtVd +∧-Φ-∇= ① 对①两边同点乘V ，得D dtkd -Φ∇⋅-=⋅+Φ∇⋅-= ②y x vF uF yp v x p u dt k d ++∂∂+∂∂-=)(1ρ 摩擦耗散项：vF uF Dx +=- ③在Ekman 层中，湍流粘性力耗散动能所以，zT F zT F zyy zxx ∂∂=∂∂=ρρ11 ④⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂∂=∂∂∂∂=-=∂∂=∂∂∂∂=-=zvk z v z u l v w T z uk z u z u l u w T zzy zzx ρρρρρρ22'''''' 代入④式所以，)()(zvk z F z uk z F z y z x∂∂=∂∂=∂∂=∂∂=对于单位截面积气柱，从地面到边界层顶的动能耗散为D ∆湍流摩擦力dz dz v d vk dz u d uk dz z v k z v z u k zu B Bh h z z D ρρ⎰⎰+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂+∂∂∂∂=∆022220)()()( ⑤ 在Ekman 层中，设0=gV ，风速与x 轴平行，三力平衡⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂∂+-∂∂-=∂∂++∂∂-=22221010z v k fu y p zuk fv x p z z ρρ 且⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=∂∂--=∂∂-g g fu ypfv x pρρ11得：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=∂∂-=∂∂)(2222g z z u u f zvk fv z uk ⑥ 将⑥代入⑤中， ⎰-=∆B h g D dz v fu 0ρ ⑦令const u g=，利用Ekman 层中的风俗分布表达式：⎪⎩⎪⎨⎧=-=--rze v v rz e u u rzg rzg sin )cos 1( ⑧ 将⑧代入⑦中，⎰--=∆Bh rz g D rzdz e fu 02sin ρ因为rh B π=所以)1(22+-=∆-ππρe h u f Bg D动能消耗将⑧代入，得⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=+=-⎰πρρπ2)1(121)(212222e h u dzv u K B g h D B2.简述发展槽在实际大气能量转换中的作用。
动力气象试题解答讲解学习
动力气象试题解答一、名词解释1.科里奥利力科里奥利力是一种视示力，它只是在物体相对于地球有运动时才出现。
单位质量空气微团所受的科里奥利力为 2 V3 o 2 V3始终与和V3相垂直，而与赤道平面垂直，所以2 V3必通过运动微团所在的纬圈平面内。
在北半球，科里奥利力指向速度的右方，科里奥利力对空气微团不作功，它不能改变空气微团的运动速度大小，只能改变其运动方向。
2 .尺度分析法尺度分析法是一种对物理方程进行分析和简化的有效方法。
尺度分析法是依据表征某类运动系统的运动状态和热力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。
根据尺度分析的结果，结合物理上考虑，略去方程中量级较小的项，便可得到简化方程，并可分析运动系统的某些根本性质。
3 .罗斯贝数罗斯贝数的定义式为R o U f o L，它代表水平惯性力与水平科里奥利力的尺度之比。
罗斯贝数的大小主要决定于运动的水平尺度。
对于中纬大尺度运动，R o1，科里奥利力不能忽略不计，对于小尺度运动，R o1，科里奥利力可忽略不计。
4. Richardson 数理查德孙(Richardson )数的定义式为Ri N2D2. U2，它代表垂直惯性力2 2 2与水平科里奥利力的尺度之比。
由于i-ln—2z N2~斗Ri，理查V z 2V/ z 2U2德孙数又是一个与大气层结稳定度和风的铅直切变有关的动力学参数。
层结愈不稳定，风的铅直切变愈强，那么愈有利于湍流和对流运动的开展，所以Ri可用于判断对流或扰动开展的条件。
5 .地转风等压线为一族平行的直线〔| R T | 〕时的平衡流场称为地转风场，或称为地转运动。
在地转运动中，水平气压梯度力与科里奥利力相平衡。
地转风的方向与等压线相平行，在北半球〔f > 0〕，高压在速度方向右侧，低压在速度方向左侧；地转风大小与水平气压梯度成正比，与密率和纬度的正弦成反比。
地转风关系的重要性在于揭示了大尺度运动中风场和水平气压场之间的根本关系。
动力气象课后习题答案
1、大气运动方程组一般由几个方程组成？那些是预报方程？哪些是诊断方程？答：大气运动方程组一般由六个方程组成，分别是三个运动方程、连续方程、热力学能量方程、状态方程；若是湿空气还要加一个水汽方程。
运动方程、连续方程、热力学能量方程是预报方程，状态方程是诊断方程。
2、研究大气运动变化规律为什么选用旋转参考系？旋转参考系与惯性参考系中的运动方程有什么不同？答：地球以常值角速度Ω绕地轴旋转着，所以任何一个固定在地球上并与它一道运动的参考系，乃是一个旋转参考系。
为了将牛顿第二定律应用于研究相对于旋转参考系的大气运动，不但要讨论作用于大气的真实力的性质，而且要讨论绝对加速度与相对加速度之间的关系。
相对于惯性参考系中的运动方程而言，旋转参考系中的运动方程加入了视示力（科里奥利力、惯性离心力）。
3、惯性离心力与科里奥利力有哪些异同点？答：都是在旋转参考系中的视示力；惯性离心力恒存在，而大气相对于地球有运动时才会产生科里奥利力。
4、重力位势与重力位能这两个概念有何差异？答：重力位势：重力位势表示移动单位质量空气微团从海平面（Z=0）到 Z 高度，克服重力所做的功。
重力位能：重力位能可简称为位能。
重力场中距海平面 z 高度上单位质量空气微团所具有的位能为Φ=gz，引进重力位势后， g等重力位势面（等Φ面）相垂直，方向为高值等重力位势面指向低等重力位势面，其大小由等重力位势面的疏密程度来确定。
所以，重力位势的空间分布完全刻划出了重力场的特征。
5、试阐述速度散度的物理意义？速度散度与运动的参考系有没有关系？答：速度散度代表物质体积元的体积在运动中的相对膨胀率。
因，故速度散度与运动的参考系没有关系。
8、计算 45° N跟随地球一起旋转的空气微团的牵引速度。
答：由速度公式可知，牵引速度为：大小为；方向为向东。
19、证明相对加速度可写成20、对于均质流体（p=常数）证明有以下能量方程4 21、假设运动是水平的，对于均质流体，证明水平运动方程可以改写为。
《新编动力气象学》习题答案
=
2p f
u02
+
v02
cos(
ft
+
tan -1
u0 v0
)
8
15
(1) u = u0 cos ft + v0 sin ft, v = v0 cos ft - u0 sin ft (2) V = u2 + v2 (3) (x - a)2 + ( y - b)2 = u02 + v02
f (4) r = u02 + v02 = 68568(m)
10
(1) u = -2x, v = 2 y , w = 2zt 1+t 1+t
(2) 不是 (3)ìíîzx=y1=1
ìx = e-2t (4)ïí y = (1+ t)2
ïîz = e2t (1+ t)-2
11
3
(1) 不存在势函数，存在流函数y＝ 1 y2 - y + tx 2
ì ïx ï
ur
ur ur
(2) Ñ ´V a = Ñ ´V + 2W
10 d ( rv ) = 0 dt rd
11
(1) w0 = 0.2(m × s-1) , 爬坡 (2) ¶p = 0.0501(N × m-2 × s-1) = 5.5(hPa / 3hr)
¶t (3) w = -0.731´10-2 (m × s-1),下坡
¶t
+
u
¶v ¶x
+
v
¶v ¶y
=
-
1 r
¶p ¶y
ï ï-(u î
¶w ¶x
+
v
¶w ) ¶y
动力气象学第四章习题ALL
第四章P坐标，铅直坐标变换习题答案1、试说明静力平衡人气中气压场与温度场之间的关系、等压面高度与温度的关系。
？答：〔1〕气压场与温度场之间的关系如下：在铅直方向，等压面之间的厚度完全决定于两等压面之间的温度铅直分布。
〔2〕等压面的高度与平均温成正比，平均温度越高等压面越高，反之等压面高度愈低。
2、什么是等高面图，什么是等压面图？采用等压面图分析气压形势的依据是什么？答：〔1〕在一张待制的地图〔称天气底图〕上，填写各测站上空某一确定高度上探测到气压值，并按一定的气压间隔〔如间隔2。
5hpa或间隔5hpa〕分析等压线，便得到一张等高面气压形势图，即等高面图，实际天气预报业务工作中只分析海平面〔z=0〕气压形势图，并俗称地面图。
〔2〕等压面分析是以一个确定的等压面作为分析对彖。
将不同高度的等高面与空间一确定的等压面相截，相截的曲线就是等压面上高度相等的连线等高线，将各等高线投影在天气底图上，这就是该等压面的绝对形势图，通常称等压面图。
〔3〕采用等压面分析气压形势的依据是：大气在相当程度上满足静力平衡，在此平衡根底上，气压和高度之间存在确定的函数关系，所以等压面上存在的高度形势与等高面上描绘的气压形势有很好的对应关系。
3、如何理解等压面图上分析的等高线也是等压线？如何理解等压面图上分析的等温线，也是等位温线、等密度线、等饱和比湿线。
答：〔1〕人气在相当程度上满足静力平衡，在此平衡根底上，气压和高度之间存在确定的函数关系，所以等压面上存在的高度形势与等高面上描绘的气压形势有很好的对应关系。
〔2〕位温公式的定义，〔3〕状态方程〔4〕饱和比湿的定义4、为什么说等压面图上等高线愈密集地区水平气压梯度力愈大。
等压面上存在的高度形势与等高面上描绘的气压形势有很好的对应关系。
等压面图上等高线越密集说明在相同的高度内气压变化的就越人，也就是说气压梯度就越人。
5、分别说明建立p坐标系和0坐标系的物理条件。
答：(1)我们知道,对于大、中尺度运动，大气具有静力平衡性质，= 一％VO,气压户髓离度单惆递牍，因此我们说静力平窝是建立〃坐标泵的密理根底。
《新编动力气象学》(下)(典型题分析)
CL dp ， CL =
cP RT 。注意：第（3） cv
个关系仅是数量上的近似关系。 5 利用埃克曼公式，对于行星边界层中的单位截面积气柱，假定空气密度 ρ 为常数，试求： （1）气压梯度力作功（或湍流摩擦耗损，两者在数量上相等） ； （2）平均运动动能； （3）平均运动动能与扰动动能之间的转移率。 6 上题若假定空气密度 ρ = ρ 0 e
r
试求风速随高度的分布。 3 已知由于湍流摩擦引起的边界层顶部的垂直速度为：
k 2 w(hB ) = z ζ g 2f
（1） 试推出正压大气中， 由于湍流摩擦引起的二级环流对天气尺度涡旋的旋转减弱时间τ e 的公式。 涡旋顶部 w = 的高度为 10 千米， 试计算τ e 为多少？ （2） 若湍流系数 k = 8 米 2·秒-1， f = 10-4 秒-1， 4 试证在均质、正压流体中与地转涡旋相结合的二级径向环流其强度不随高度而变。 5 假定在 60°N 处空气微团的速度为 40 千米·小时 1，如实际风偏向低压，且与地转风成 15°角，又 知实际风比地转风大 5%，试求空气微团移动速率的变化，并求地转偏差及与等压线的夹角。 6 在某地测定平均风速随高度的分布，得到如下结果，假定风速分布满足对数规律，试计算 z0 ， u* 及 T0 （取卡曼常数为 0.40） 。
uv ∂K = − ∫ M (V h ⋅∇Φ) dM + D ∂t u v uv = ∫ M [ −∇ ⋅ (ΦV h ) + (Φ∇ ⋅ V h )]dM + D uv = ∫ M (Φ∇ ⋅ V h )dM + D u v u v u v’ u v u v’ 设Φ＝Φ＋Φ' ， V h＝V h＋V h，代入上式， Q ∇ ⋅V h = 0 , Φ' = 0 , Vh= 0 , 则： u v' ' ∂K = ∫ M (Φ ∇ ⋅ V h )dM + D ∂t ∂K Q D < 0 ∴ 系统维持要求 > 0, ∂t u v ' u v ' ' ∇ ⋅ V h > 0(扰动位势与扰动散度正相关）。 即要求∫ M (Φ ∇ ⋅ V h ) dM > 0,∴Φ' u v' u v' 因此，若Φ ' > 0(高压），要求∇ ⋅ V h > 0(辐散）；若Φ ' < 0(低压），要求∇ ⋅ V h < 0( 辐合）
动力气象学 引论(1.3)--习题答案
各项的量级：
∂w
W
～
～100 m /
s2
∂t τ
u
∂w
+ v ∂w
UW
～
δp
在 p 坐标中，有
=
−ρ g ，故上式可写为：
δz
dd m =d − 1 d d ( xdy p) dt g dt
= − 1 [d x yd d (d pd ) + yd d p dd ( x) d +d x p d ( y)]
g
dt
dt
dt
= − 1 [dxddy ω + dydpdud + dx dp v] g
垂直运动方程中，典型的龙卷的平流加速度与重力、气压梯度力量级相同，因此，静力 平衡不成立。
)2
=
V02 f2
7. 由质量守恒推导 P 坐标系的连续方程。
解：设一空气微团质量为 δ m ，体积为δV = δ xδ yδ z ，则= δ m ρ= δV ρδ xδ yδ z ，由质
量守恒定律= 可得： 1 d (d m) = 1 d (ρdxddy z) 0 ，
d m dt
ρdV dt
即 1 d ρ + 1 dd x + 1d d y +d 1 d z = 0 ρ dt d x dt dy d dt z dt
−Ω2 R = − cosjΩ2Rk + sinjΩ2Rj
故
= d a Vd a
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
动力气象试题解答一、名词解释1. 科里奥利力科里奥利力是一种视示力，它只是在物体相对于地球有运动时才出现。
单位质量空气微团所受的科里奥利力为32V 。
32V 始终与 和3V 相垂直，而 与赤道平面垂直，所以32V 必通过运动微团所在的纬圈平面内。
在北半球，科里奥利力指向速度的右方，科里奥利力对空气微团不作功，它不能改变空气微团的运动速度大小，只能改变其运动方向。
2．尺度分析法尺度分析法是一种对物理方程进行分析和简化的有效方法。
尺度分析法是依据表征某类运动系统的运动状态和热力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。
根据尺度分析的结果，结合物理上考虑，略去方程中量级较小的项，便可得到简化方程，并可分析运动系统的某些基本性质。
3．罗斯贝数罗斯贝数的定义式为 L f U R 00 ，它代表水平惯性力与水平科里奥利力的尺度之比。
罗斯贝数的大小主要决定于运动的水平尺度。
对于中纬大尺度运动，10 R ，科里奥利力不能忽略不计，对于小尺度运动，10 R ，科里奥利力可忽略不计。
4. Richardson 数理查德孙（Richardson ）数的定义式为222U D N Ri ，它代表垂直惯性力与水平科里奥利力的尺度之比。
由于 Ri UD N z V N z V z g 222222~ln ，理查德孙数又是一个与大气层结稳定度和风的铅直切变有关的动力学参数。
层结愈不稳定，风的铅直切变愈强，则愈有利于湍流和对流运动的发展，所以Ri 可用于判断对流或扰动发展的条件。
5．地转风等压线为一族平行的直线（ ||T R ）时的平衡流场称为地转风场，或称为地转运动。
在地转运动中，水平气压梯度力与科里奥利力相平衡。
地转风的方向与等压线相平行，在北半球（f ＞0），高压在速度方向右侧，低压在速度方向左侧；地转风大小与水平气压梯度成正比，与密率和纬度的正弦成反比。
地转风关系的重要性在于揭示了大尺度运动中风场和水平气压场之间的基本关系。
6. 梯度风最一般的平衡流场称为梯度风场。
在梯度风运动中，水平气压梯度力、科里奥利力、惯性离心力相平衡。
地转风是 ||T R 时梯度风的一个特例。
7．热成风热成风定义为铅直方向上两等压面上地转风的矢量差。
热成风方向与等平均温度线（即等厚度线）平行，在北半球暖区在热成风方向右侧，冷区在热成风方向左侧；热成风大小与平均温度梯度成正比，与纬度的正弦成反比。
热成风关系的重要性就在于具体地揭示了静力平衡大尺度运动中风场、气压场、温度场之间的关系。
8．地转偏差实际风与地转风的矢量差定义为地转偏差。
地转偏差用'V 表示，则g V V V '。
地转偏差和水平加速度方向相垂直，在北半球指向水平加速度的左侧，地转偏差的大小和水平加速度成正比，和纬度的正弦成反比。
地转偏差虽然很小，但对大气运动的演变却起着极为重要的作用。
9. 埃克曼抽吸由于湍流摩擦作用，埃克曼层中风有指向低压一侧的分量，在低压上空产生辐合上升运动，同理在高压上空产生辐散下沉运动，这种上升下沉运动在边界层顶达到最强，这种现象称为称为埃克曼抽吸。
10．二级环流由于湍流摩擦作用，埃克曼层中风有指向低压一侧的分量，在低压上空产生辐合上升运动，同理在高压上空产生辐散下沉运动，这种由水平辐合辐散和垂直运动形成的铅直环流迭加在准地转水平环流之上，称之为二级环流。
行星边界层的湍流摩擦通过二级环流可以直接影响自由大气中的运动，使准地转涡旋强度减弱。
11．旋转减弱在旋转大气中，由埃克曼层摩擦辐合强迫造成的二级环流大大加强了行星边界层与自由大气之间的动量交换，使得自由大气中的涡旋系统强度快速减弱，这种现象称为旋转减弱。
12. 位势涡度位势涡度简称位涡，位涡是一个同时描写大气热力状态和运动状态的综合物理量，在某种意义上可以理解为涡旋强度与其有效厚度之比的度量。
在绝热无摩擦条件下，位涡具有守恒性质。
13．有效位能大气现有状态下的全位能与经过绝热调整后达到层结稳定、等压面等温面重合且呈水平分布状态（这一状态称为参考状态）时尚存的全位能之差，定义为有效位能。
大气的斜压性越强，层结越不稳定时，有效位能越充沛。
14. 正压大气密度的空间分布只依赖于气压的大气状态称作正压大气。
正压大气中等压面、等密度、等温面重合在一起。
在静力平衡条件下，正压大气中各等压面相互平行，因而某一等压面在空间的倾斜状态可以代表所有等压面的倾斜状态。
15. 斜压大气密度的空间分布不仅依赖于气压而且依赖于温度的大气状态称作斜压大气。
斜压大气中等压面与等温面、等密度面是交割的。
实际大气经常处于斜压状态。
大气的斜压性对地球大气的运动具有重要影响。
16. 正压不稳定发生在具有水平切变基本纬向气流中的长波不稳定称为正压不稳定，正压不稳定的必要条件是基本纬向气流的绝对涡度在区间内存在极值，扰动发展的能量来自基本纬向气流的平均动能。
15. 斜压不稳定)发生在具有垂直切变基本纬向气流中的长波不稳定称为斜压不稳定，长波的斜压不稳定与垂直风切变和波长有关，最不稳定波长约为km 50004000 。
扰动发展的能量主要来自来自有效位能的释放，斜压不稳定是中纬度天气尺度扰动发生发展的主要物理机制。
16. 对称不稳定所谓对称不稳定，是指在具有风速切变的基本气流中，即使在铅直方向和水平方向分别是对流稳定和惯性稳定的，但是当空气作倾斜上升运动时，在浮力和旋转的共同作用下，仍然可能出现的一种不稳定现象。
由于在早期的研究中，认为这是一种由对称环状涡旋中的经向扰动所引起的不稳定现象，故称为对称不稳定。
后来，Emanuel等进一步论证了对称不稳定的中尺度特征，以及它在导致中尺度扰动不稳定增长中的重要作用，因此又称为中尺度对称不稳定。
17. 惯性不稳定在基本流场为西风且有水平切变的情况下，气块因受到南北扰动离开原来位置后，在科里奥利力作用下产生的不稳定称为惯性不稳定。
出现惯性不稳定性的判据为基本流场的绝对涡度为负值。
18. 大气行星边界层接近地球表面的厚度约为1－1.5km的一层大气称为大气行星边界层。
边界层大气直接受到下垫面的热力作用和动力作用，具有强烈的湍流运动特征和不同于自由大气的运动规律。
19. 开尔文环流定理根据绝对环流定理，绝对环流的加速度等于环线包围力管的代数和。
对于正压大气，由于比容、密度仅是气压的函数，力管项等于零，因此，正压大气中绝对环流守恒。
这一结论称为Kelvin环流定理。
20. 拉姆波受地球旋转作用影响，在静力平衡大气中只沿水平方向传播的特殊声波，称为拉姆波。
与纯水平声波不同，拉姆波是一种水平尺度较大的频散快波。
拉姆波属于外波型波动，其扰动气压随高度按指数减小，但扰动速度随高度几乎不改变。
21.波包迹在实际大气中，一个瞬变扰动可以看成是由许多不同振幅、不同频率的简谐波叠加而成的，这种合成波称为波群或波包。
这种合成波列振幅的包络线称为波包迹，其传播的速度称为群速。
22. 平面近似 在中纬度地区，若运动的经向水平尺度远小于地球半径时 1 a L ，可以取0~f f ，即把f 作为常数处理，这种近似称为“0f ”近似。
取“0f ”近似相当于完全没有考虑地球球面性所引起的f 随纬度的变化。
高一级近似是所谓的 平面近似，其主要内容是：1．当f 处于系数地位不被微商时，取0~f f ； 2．当f 处于对y 求微商地位时，取常数 dy df 。
采用 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f 随纬度的变化对大尺度运动的作用却部分保留下来了。
23. Boussinesq 近似包辛内斯克近似但针对密度的一种热力学近似，适用于浅层运动，其含义为在运动方程中部分考虑密度扰动的影响，即只保留与重力相耦合的密度扰动项；连续方程中忽略密度扰动影响，简化为不可压缩形式；热力学能量方程保留密度扰动影响，只保留膨胀的作用，即取 ；这种近似叫作包辛内斯克近似。
取包辛内斯克近似后的方程组即可有效地滤去声波，又很好地保留了产生重力内波声波的物理机制。
24. 准地转近似准地转近似是为了合理地描写中纬天气尺度的准地转运动而引入的一种动力学近似，其含义为除散度项外，方程中的水平速度和涡度都取为地转风和地转涡度。
取准地转近似后得到的准地转方程组既突出了中纬度大尺度运动的的准地转性质，又保留了维持准地转平衡所必须的水平辐合辐散，而且很好地保持了运动的若干整体性质，因此能够更为合理地描写中纬大型天气演变过程。
25. 薄层近似大气中90﹪以上的质量集中在离地表的一薄层中，其有效厚度约为几十公里，远比地球平均半径小，因此可取a z a r ~。
其中a 是地球半径，z 是离地表的铅直高度。
球坐标系的运动方程中，当r 处于系数地位时用a 来代替r ，当r 处于系数地位时用z 来代替r ，这一近似郭晓岚称之为薄层近似。
26. 自然坐标系自然坐标系中三个坐标s 、n 、z 的方向分别用单位矢量t 、n 、k 表示。
在空间任一点上，t 都与该点水平气流方向相一致，n 是t 的法向量，并指向水平气流的左侧，k 的方向铅直向上。
采用自然坐标系讨论平衡流场的一般性质非常方便。
27. 局地直角坐标系局地直角坐标系兼具笛卡尔坐标系和球坐标系的特点，它保持了球坐标系的标架，但忽略了球面曲率的影响；局地直角坐标系与笛卡尔坐标系方程组的形式相同，但笛卡尔坐标系中坐标轴的方向在空间中固定不变，而局地直角坐标系中坐标轴的方向随地而异。
如果我们的研究范围仅限于中低纬大气的大尺度运动，那么局地直角坐标系中的基本方程组已相当精确。
28. Taylor-Proudman 定理若流体是均质（或正压）不可压缩的流体，且运动是定常缓慢的，则运动速度3V 只是在与 相垂直的平面内才可能有差异，故运动是二维的，这就是Taylor-Proudman 定理。
二、 问答题（1）何谓 平面近似？取 平面近似有何意义？ 答：在中纬度地区，若运动的经向水平尺度远小于地球半径时 1 a L ，可以取0~f f ，即把f 作为常数处理，这种近似称为“0f ”近似。
取“0f ”近似相当于完全没有考虑地球球面性所引起的f 随纬度的变化。
高一级近似是所谓的 平面近似，其主要内容是：2．当f 处于系数地位不被微商时，取0~f f ； 2．当f 处于对y 求微商地位时，取常数 dy df 。
采用 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f 随纬度的变化对大尺度运动的作用却部分保留下来了。
（2）何谓地转偏差？它对大气运动的演变发展有何重要作用?答： 为了量度实际风偏离地转风的程度，我们将实际风与地转风的矢量差定义为地转偏差。
地转偏差用'V 表示，则g V V V '。