动力气象试题解答
动力气象学作业题
动力气象学作业题动力气象学一、单选题1、1939年___引进β平面近似，创建了著名的长波理论。
A、A.V.皮耶克尼斯B、B.恰尼C、C.菲利普斯D、D.罗斯贝答案:D2、大气是层结流体，大气的密度分布随高度变化，通常来说，___中容易产生积云对流。
A、A.不稳定层结B、B.稳定层结C、C.中性层结D、D.分层层结答案:A2、罗斯贝数是一无量纲参数，有一定的物理意义，它代表水平惯性力相对科氏力的量级，当它的大小接近0.1时，代表中纬度的___。
A、A.小尺度运动B、B.中尺度运动C、C.大尺度运动D、D.微尺度运动答案:C3、可用于判断对流或扰动发展的无量纲参数是___。
A、A.罗斯贝数B、B.基别尔数C、C.无量纲厚度参数D、D.理查森数答案:D3、在北半球，满足风压定律的高压是下列___项。
A、A.高压在运动方向右侧，高压伴随有反气旋式环流B、B.高压在运动方向左侧，高压伴随有反气旋式环流C、C.高压在运动方向右侧，高压伴随有气旋式环流D、D.高压在运动方向左侧，高压伴随有气旋式环流答案:A4、全位能是指内能和___之和。
A、A.动能B、B.潜热能C、C.位能D、D.显热能答案:C4、在___条件下，全球大气的内能、位能、动能的总和是守恒的。
A、A.绝热B、B.无摩擦C、C.绝热无摩擦D、D.定常答案:C5、取布西内斯克近似的优点是，滤去了大气中的___。
A、A.声波B、B.兰姆波C、C.重力外波D、D.重力惯性外波答案:A6、重力内波产生的条件之一是___.A、A.不稳定层结B、B.中性层结C、C.稳定层结D、D.对流层结答案:C1、大气相对运动方程是根据___定律得到。
A、A.牛顿第二定律B、B.质量守恒定律C、C.气体试验定律D、D.热力学能量守恒定律答案:A2、分析流体运动有两种方法，一种是___，一种是欧拉方法。
A、A.拉格朗日法B、B.小尺度方法C、C.尺度分析D、D.气团方法答案:A3、按照水平尺度划分，龙卷属于___。
动力气象复习题
、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uru 1 r 衡，这时空气微团作直线运动，称为地转风，表达式为： Vg f p 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： V i fR T 。
6. 旋衡风：在小尺度运动中，惯性离心力和水平气压梯度力相平衡时的空气流1动。
表达式为： V c ( RT p ) 2n 7. 正压大气：大气密度的空间分布仅依赖于气压 (p)的大气，即： = (p)，正压 大气中地转风不随高度变化，没有热成风。
气微团运动称为梯度风，表达式为： V 2fV 1p 。
n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。
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。
环流定理：沿任意闭合回线的速度环流随时间的变化率，等于沿同一回线的 加速度环流。
简单地说，环流的加速度等于加速度的环流。
动力气象-复习题20
动力气象学习题集一、名词解释1. 地转平衡：2. f 平面近似：3. 地转偏差：4. 尺度分析法：5. 梯度风：6. 地转风：7. 正压大气：8. 斜压大气：9. 大气行星边界层：10. 旋转减弱：11. 埃克曼抽吸：12. 波包迹：13. 环流：14. 环流定理：15. 埃克曼螺线：16. 梯度风高度：17. 非频散波：18. 微扰法（小扰动法）19. 声波：20. 重力外波：21. Boussinesq 近似：22. 正压不稳定：23. 斜压不稳定：二、判断题1. 中纬度地转运动准水平的原因之一是重力场的作用使大气质量向靠近地球固定边界一薄层中堆积，从而制约了铅直气压梯度，限制了大气运动的铅直尺度。
2. 等压面图上，闭合高值等高线区域，等压面是下凹的，在闭合低值等高线区域，等压面是上凸的。
3. 小尺度运动不满足静力平衡条件，但仍然可以用p 坐标系运动方程组描述他们的运动规律。
4. 压高公式说明，气层厚度正比于平均温度，气压随高度按指数单调递减，且平均温度愈低，气压随高度递减愈慢，反之亦然。
5. 如果运动是绝热、无摩擦和定常运动，且周围无水汽交换，那么单位质量湿空气的显热能、位能、动能、潜热能之和守恒。
6. 有效位能是动能唯一的“源”，但不是唯一的“汇”。
7. 风随高度分布的对数定律是指在不稳定条件下，近地面层的风速分布特征。
8. 不规则湍涡运动会引起动量和其它物理量的输送，它的最小单位是分子。
9. 动力气象学是流体力学的一个分支。
10. 物理量的空间分布称为物理量场。
11. 气压梯度力反比于气压梯度。
12. 速度散度代表物质体积元的体积在运动中的相对膨胀率。
13. 笛卡尔坐标系中的三个基本方向在空间中是固定的，球坐标系中的三个基本方向随空间点是变化的。
14. 大气运动被分成大、中、小尺度是按照时间尺度划分的。
15. 当f处于系数地位不被微商时，取f=f o；当f处于对y求微商地位时，取df/dy=常数，此种处理方法称为B平面近似。
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。
(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。
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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。
《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、试说明静力平衡大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）在一张特制的地图（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象。
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，在此平衡基础上，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）大气在相当程度上满足静力平衡，在此平衡基础上，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大，也就是说气压梯度就越大。
5、分别说明建立p坐标系和θ坐标系的物理条件。
答：（1）（2）6、p坐标系的优点有哪些，不足之处是什么？答：（1）（2）7、б坐标系的优点有哪些?有什么不足之处?答：σ坐标实际上是一种修正的p坐标系，它的突出优点是下（1）坐标的优点：σ=的坐标面，边界变得十分简单（为齐次边界条件）。
(完整版)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 ⨯Ω-。
32V ⨯Ω-始终与Ω 和3V 相垂直，而Ω 与赤道平面垂直，所以32V ⨯Ω-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 U D N z V N z V zg ≡∂∂=∂∂∂∂222222~ln θ，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。
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
动力气象学习题集1.docx
(1)间隔一个单位的等压面和等比容面相交割成的管子
(2)大气的斜压性
16.
环流和涡度都是描述流体涡旋运动的物理量，前者是对流体涡旋运动的(1)度量，后者是 对流体涡旋运动的(2)度量。
【知识点】：6. 1—6.3
【参考分】：4
【难易度】：I)
【答案】：
(1)宏观
(2)微观
17.
相对涡度在自然坐标系中的表达式是(1)。
【知识点】7.4
【参考分】2
【难易度】D
【答案】：V
三、名词解释
35.
薄层近似
【知识点】：2.5
【参考分】5
【难易度】：B
【知识点】：6.3
【参考分】：2
【难易度】:B
【答案】：
(1)匚=18.
大气中的四种基本能量形式是(1)、⑵、(3)和⑷。
【知识点】：7.1
【参考分】：8
【难易度】：D
【答案】：
(1)内能
(2)位能
(3)动能
(4)潜热能
二、判断题
19.
局地直角坐标系中兀、y、z轴的方向在空间中是固定不变的。()
【知识点】2.6
【知识点】：5.3
【参考分】：4
【难易度】：D
【答案】：
(2)①
J0
12-
700百帕地转风为东风4rn-5_，,500百帕地转风为西风8加・厂| ,则700-500百帕之间 的热成风为⑴风(2)m • s"o
【知识点】：5.3
【参考分】：4
【难易度】：0
【答案】：
⑴西
(2) 1213.
地转风向随高度增加逆吋针转动，与此相伴随的温度平流为(1),地转风向随高度增加顺 时针转动，与此相伴随的温度平流为(2)。
《动力气象学》大气试卷样例答案
成 都 信 息 工 程 学 院考 试 试 题 答 案 要 点 及 评 分 标 准2004—2005年学年第一学期课程名称： 动力气象学 使用班级：大气科学2002级1、2班命题系别：大气科学系 命 题 人： 李国 平————————————————————————————————————— 一、名词题( 每小题3分，共30分) 1、答案：又称Rossby波，指空气南北运动过程中在保持涡度守恒或位涡守恒的情况下，由地转涡度f随纬度变化的作用（即β效应）而形成的一种大尺度波动。
2、答案：是群波中具有最大振幅点的移速，即调幅波（波包）的移速，代表波动能量的传播速度。
g d c dk w =3、答案：当波动和波动能量都向东传播或波动向西传播、波动能量向东传播时，上游扰动的能量先于扰动本身到达下游，使下游产生新的扰动或加强原有扰动的波动能量的频散效应。
4、答案：实际风与地转风的矢量差。
'h gV V V =-uu r u r uu r 5、答案：密度不连续的流体分界面上存在速度垂直切变时，形成的切变重力内波（K-H波）的振幅随时间增长的动力学机制。
6、答案：2y f y a b W »=7、答案：边界层中具有特定意义的动力学无量纲数，表示湍流摩擦力与科氏力的相对大小。
20i E T k E f Z T ==8、答案：空气垂直运动反抗重力而消耗的垂直动能与雷诺应力做功增加的垂直动能的相对比值，反映大气层结对湍流的抑制作用与垂直风切变对湍流的激发作用的相对大小。
22()i h N R V z =¶¶u r 9、答案：系统的全位能与按绝热过程调整后系统在正压、稳定层结状态下所具有的最小全位能的差值。
可理解为全位能中能够转换为动能的最大可能值。
10、答案：即表面重力波或重力外波，指处于流体表面的质点受到垂直扰动后偏离平衡位置，在重力作用下形成垂直振荡后在空间中的传播形式。
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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 ⨯Ω-。
32V ⨯Ω-始终与Ω 和3V 相垂直，而Ω 与赤道平面垂直，所以32V ⨯Ω-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 U D N z V N z V zg ≡∂∂=∂∂∂∂222222~ln θ，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. β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β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==βdy df 。
采用β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θθρρ'-='；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. T aylor-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Ω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β平面近似？取β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β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==βdy df 。
采用β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。