动力气象总复习1

总复习
一，方程组
1， 物理定律：控制大气运动的动力、热力过程是什么？
运动学方程：牛顿第二定律；
连续性方程：质量守恒；
热力学方程、状态方程、能量方程：
2， 各项意义：影响大气运动的因子
加热不均匀→T 分布不均匀→P 不均匀→趋动大气运动。

3， z －坐标系。

二，尺度分析：
1， 方法
2， 特征量：
s m s f f s m H m L s m U /10~W ,10~~
~,10~,10~,10~,/10~-214546--τ 3，无量纲数：
Ro 数：定义、应用。

4，大尺度大气运动的特点：
什么是地转、准地转？
5，正压大气、斜压大气、热成风：
1） 定义
2） 上下配置不同，热成风不等于0
3） 天气学意义
作业：
1、（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？
（2）何为Ro 数？请利用Rossby 数，分别判断中高纬度大尺度大气运动、中小尺度和热带大尺度大气运动为何种性质的运动？
2、正压大气和斜压大气概念
3、地转风概念
4
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？
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。

三，涡度方程：
1，涡度是什么？k
ζζ= 涡度方程：各项意义（引起涡度、天气系统变化的因子）
这些因子是什么，产生机制是什么，对天气系统的影响，何时重要、何时次要。

★了解天气系统的发生发展机制。

2，位涡方程；
什么是位涡⇒由热力学和动力学过程组合而成的量；
位涡守恒——绝热无摩擦。

应用：过山（大尺度）气流：
没有热力过程，没有体现位涡特点。

0)(=+h
f dt d ζ 引起⎩⎨⎧⇒－效应～散度项
大气厚度βζh
3，什么是β－平面近似？
作业：
1、正压大气中涡度方程0)(0=⇒=⋅∇+a a a dt
d V dt d σζζζ 物理意义是什么？解释说明系统有辐合、辐散运动和整体做南北运动时涡度的变化。

2、请说明一个气旋系统作辐合运动和向南运动时，其强度将会加强。

3、β－平面近似、β效应
4、位涡守恒条件是什么？并应用位涡守恒原理解释过山（大尺度）气流涡度变化。

四，边界层：研究耗散问题～湍流边界层
1，大气分层：
1） 根据什么分？～地面对大气的影响～湍流粘性力大小
2） 如何分？
3） 各层特点（动力学特点）是什么？
2，处理湍流——对平均运动的影响：
湍流通量～湍流粘性应力
湍流引起动量输送、热量输送。

——脉动量二次乘积项的解释、处理—参数化—混合长理论
——什么是混合长？什么是混合长理论？
——参数化结果：脉动量二次乘积项，最后用平均量表示。

e.g.z
u z u l z u K w u T z zx ∂∂∂∂=∂∂=''-=2ρρρ 3，湍流发展判据——Ri 数
1）层结：稳定层结（净浮力与位移相反，作负功，抑制湍流发展）、中性层结、不稳定层结。

2）平均运动：总是有利于湍流发展。

4，常值通量层？
摩擦速度，摩擦速度方程？粗糙度？
求风廓线？
中性层结——对数律；非中性层结——指数律。

5，上部摩擦层：
1）三力平衡：湍流连续力很重要，与压力梯度力、科氏力同量级
——风压关系：穿越等压线，指向低压一侧
2）风随高度的分布——Ekman 螺线？
梯度风高度：风向第一次与地转风向一致；应用中……
湍流粘性力的……
6，自由大气旋转减弱：
Ekman 抽吸——二级环流——旋转减弱：共同的物理机制。

“前提”：边界层中，在三力平衡下，风要指向低压一侧，在气旋区产生辐合上升，反气旋辐散下沉，在边界层顶产生垂直运动，称为Ekman 抽吸。

相应的，自由大气中……。

这样，就在垂直面内产生了一个闭合环流，称为二级环流。

由于二级环流的作用，把动量小的从边界层输送到自由大气，把动量大的从自由大气输送到边界层中，这样就把角动量从自由大气从边界层输送，引起自由大气旋转减弱。

作业：
1、 大气如何分层？依据是什么？各层有何特点？
2、 T zx =w u ''-ρ物理含义？
3、 混合长概念
4、 稳定层结和不稳定层结；净浮力
5、 湍流运动发展判据理查森数
6、 常值通量层概念；中性层结和非中性层结下近地面层风随高度变化满足
何定律？
7、 上部摩擦层动力学特点？风随高度变化满足何定律？Ekman 螺线概念。

试证明上部摩擦层中，运动将穿越等压线指向低压一侧。

8、 已知上部摩擦层中某层上的实际风与
地转风如图所示，请分析该层上湍流粘性力的方向？
9、 梯度风高度定义：风向第一次与地转风向一致的高度
10、 E kman 抽吸与二级环流
11、 请叙述大气旋转减弱的物理机制
12、已知：⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧⇒-=⇒∂∂。

气块温度干绝热递减率环境温度垂直递减率；＝－dz dT z T d γγ。

试从物理上说明，当d γγ>时，g V
V
大气层结是不稳定的。

五，能量学
1， 能量形态
2， 无限高气柱的位能－内能的关系。

——全位能？
——有效位能？
3， 质点的动能方程
如何推导？⋅V ”运动方程”
引起动能变化的机制：压力梯度力的作用。

4，闭合系统：什么是？
特点：没有通过运动形式引起的物流交换；所有通量都等于0。

（全位能A 与动能K:A<-->K ）
闭合系统能量守恒——绝热无摩擦
转化条件：
必要条件是垂直运动；暖空气输送，冷空气下沉，全位能向动能转化。

作业：
1、大气中有哪几种能量形式？内能与位能的关系
2、全位能和有效位能概念；纬向平均运动
3、闭合系统中动能与全位能发生转换的必要条件是什么？何时动能向全位能转换？何时全位能向动能转换？
4、},{K A ''，},{/K K ;},{/A A 物理意义
5、根据实际大气北半球中高纬度大气环流和天气系统的结构（斜槽结构），利用下式说明扰动运动动能将向平均运动动能转换。

{}dM y
u v u K K M ⎰∂∂''=',，其中符号同惯常意义。

6、根据实际大气北半球中高纬度气压场和温度场的配置，利用下式说明扰动有效位能将向扰动动能转换。

{}dM K A M
⎰''-=''ωα,，其中符号同惯常意义。

7、已知闭合系统动能方程和全位能方程，{}dM K A M
⎰''-=''ωα,，由此
讨论闭合系统全位能与内能转换的物理机制。

8、请叙述大型涡旋在实际大气能量循环中的重要作用。

六，波动学——主流理论。

槽脊，长波，短波～波动中的术语。

1，波动概念：
1） 振荡机制——回复机制（负反馈机制）
2） 传播机制——质点与质点间的相互联系。

特点：空间、时间上周期变化。

波参数：有哪些？定义？关系？
求波解？
单波：讨论波动传播问题，不能讨论波的发展。

群速度——波群
——群速度
2，微扰动的线性化方法：
基本思想、假设？
如何做？
3，基本方程中有哪些波？各种波的机制、性质？滤波条件？
重力内波——浮力振荡（体现产生机制）
β－效应（体现Rossby 波产生机制）
重力外波——用自由面h 体现的连续方程——h 变化，引起辐合辐散——传播机制。

上游效应
4，会解：重力外波，大气长波
物理（气象）模型、数学模型、线性化、设波解、本征值、求波速c 、讨论气象意义 4， 滤波概念：掌握思想。

作业：
1、频散波和非频散波；相速度和群速度；上游效应和下游效应
2、已知自由表面高度为h 的均质不可压缩大气满足方程：
0)(=⋅∇+∂∂h V t
h ， 请推导之并说出该方程的物理意义。

3、已知自由表面高度为h 的均质不可压大气满足下式:。