天气学原理试题一与答案

南京信息工程大学天气学原理试题一
一、名词解释： （20分）
1．1．质量通量散度。

2．2．冷式锢囚锋。

3．3．气旋族。

4．4．大气活动中心。

5．5．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． 控制大气环流的基本因子有------------------------------------------------------------ -----------------------------------------------------------------------。

8．任一层风速可用T v A v +=表示，它能成立的条件是
--------------------------------------------------------------------若为地面风速，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。

三、综合题。

（44分）
1．1．从力的平衡观点说明为什么在北半球大尺度系统运动中，高压内空气作顺时针旋转？（8分）
2．2．解释在稳定大气中，冷锋上山（爬坡），此锋是加强还是减弱？（8分）
3．3．请写出位势倾向方程：
()g g f v f t p f ζφσ+∇⋅-=∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∇2222⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∇⋅-∂∂+dt dQ p R p c f p v p f p
g σφσ22 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hPa 500图上等高线，虚线为等温线，闭合D G ,为地面高低压中心）（14分）
4．4．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）
天气学原理试题一答案
一、名词解释。

（20分）(每题4分) 1．1．质量通量散度：
()v ρ⋅∇表示单位时间通过固定单位体积的净流出或净流入的质量。

当()v ρ⋅∇0>，表示单位时间通过固定单位体积为净流出（为质量通量辐散）,等于单位时间通过固定单位体积的质量将减少，即0<∂∂t ρ；反之,()
v ρ⋅∇0<，为质量通量辐合，即0>∂∂t ρ（该体积内流体质量会增加）。

2． 2． 冷式锢囚锋：暖气团、冷气团、更冷气团，三者相遇迫使暖空气抬离地面锢囚在高空，此两冷气团的交界面，称为锢囚锋，在交界面两侧，如果更冷气团推动冷气团往冷气团方向移动使冷气团更冷称冷式锢囚锋，或高空暖舌处于冷式锢囚锋后为冷式锢囚锋。

3． 3． 气旋族：在同一条锋系上出现的气旋序列，即一连串气旋在一条锋上出现，沿锋线顺序移动，最先一个锢囚，其后跟着一个发展成熟的气旋，再后面跟着一个初生气旋。

4． 4． 大气活动中心：对大范围天气或气候变化有一定影响的半永久性高、低压系统，经常出现在一定地区，其位置强度和范围随季节变化。

如北半球地面图上阿留申低压、冰岛低压、西伯利亚高压、北美高压。

5． 5． 热成风涡度平流：T h T v ζ∇⋅-热成风涡度在水平方向分布不均，借助热成风输送使得固定点热成风涡度增加或减少。

从而引起该点上空平均层相对涡度或位势高度变化。

二、二、填空。

（36分）(每题4分)
1．1．质量守恒原理；0=∂∂+∂∂+∂∂p y v x u ω
2．2．温度平流、稳定度和垂直运动绝热变化的乘积及非绝热变化
3．3．物质面；N L P P =
4．4．()1一型冷锋是高空槽前对应地面冷锋；二型冷锋是高空槽后对应地面冷锋。

()2一型冷锋沿锋面暖一侧的低层和高层都是沿界面抬升上升；二型冷锋沿锋面暖一侧低层抬升上升，而高层是下沉。

()3一型冷锋降水处在锋线到锋后附近为稳定性降水；二型冷锋降水处在锋前到锋线附近为不稳定性降水。

5．5．要求大气是准地转即
H f f h h g 228.91∇=∇==φζζ。

还要考虑固定点位势或位势高度变化在p y x ,,方向按正弦波变化。

6．6．考虑大气准地转绝对涡度平流（或简称涡度平流）随高度变化项对波长小于KM 3000的波而言，以相对涡度平流随高度变化为主；厚度平流（或温度平流）的拉普拉斯项；还有非绝热变化的拉普拉斯。

7．7．太阳辐射，地球自转，地表不均匀，地面摩擦。

8．8．各层等温线平行或各层之间热成风方向相同，－1。

9．9．极锋急流；副热带急流。

三、三、综合题。

（44分）
1．1．从梯度风的三力平衡原理，注意对于大尺度系统运动，中、高纬地区惯性离心力()C 是小量，水平气压梯度力垂直于等压线（等高线）且由高指向低()G ，从而可得水平地转偏向力()A 方向，由此才可确定运动方向()V ，因此高压周围的空气作顺时针旋转。

(8分)
2．2．从锋区中等温线变稀角度可确定冷锋上山是减弱。

因为冷锋上山（爬坡），靠近等温线密集带冷一侧上升运动很弱或基本无上升运动，其冷一侧温度基本无变化，而靠近其暖一侧上山（爬坡）上升运动较强，由于在稳定大气中，上升绝热膨胀冷却使其暖一侧降温，这样锋区中等温线密集带变稀，此锋上山（爬坡）减弱。

（8分）
3．3．第一项 地转涡度和相对涡度的地转风平流（绝对涡度平流），通常
KM L 3000≤波以相对涡度平流输送为主。

第二项 厚度平流或温度平流随高度变化项。

第三项 非绝热加热随高度变化项。

（6分）
第一项以相对涡度平流输送为主，槽前有正相对涡度平流输送，引起槽前固定点正相对涡度增加，考虑准地转关系，等压面高度降低，有负变高，槽后相反有正变高，槽线上变高为零，对槽强度无影响，指示槽向变高梯度方向移动即前进。

第二项温度平流随高度变化项。

通常对流层温度平流随高度减弱，尤其是在对流层中上层。

对于对流层中上层等压面来说，500hPa 槽线处及其下层，风随高度逆转，有冷平流，此气柱降温收缩，500hPa 槽线处等压面高度降低，有负变高，槽加深。

(8分)
4．4．上图hPa 500槽变化
要求：物理解释：相对涡度平流输送使槽强度无变化，向变高梯度方向移动即前进；KM L 3000 波地转涡度平流输送小，以相对涡度平流输送为主；物理解释有正热成风涡度平流输送使槽加深。

（7分参考）
上图中温带气旋变化
要求：用平均层约hPa 500图中物理解释正热成风涡度平流输送使槽加深，曲率变大。

槽前正相对涡度平流输送加强，温带气旋上空对应槽前，由于正相对涡度平流输送加强的同时，在水平地转偏向力作用下伴随水平辐散加强，引起低层地面质量减少，温带气旋降压，此气旋加深发展，另外平均层约hPa 500槽前脊后本身正相对涡度平流输送也可解释使此气旋加深发展。

还有平均层以下温度平流的平均物理解释使它向变高梯度方向移动即前进。

还有平均层以下稳定度乘以垂直运动绝热变化影响。

因为稳定温带气旋上空上升绝热膨胀冷却会使气柱收缩，地面等压面升高，又会抑制温带气旋发展。

（7分参考）。