天气学原理前五章复习题 - 图文

天气学原理复习题

1、站在转动的地球上观测单位质量空气所受到力有哪些？各作用力定义、表达式及意义如何？

答：气压梯度力、地心引力、惯性离心力、重力、地转偏向力及摩擦力的分析 （1）、气压梯度力：当气压分布不均匀时，单位质量气块上受到的净压力称为气压梯度力。

??表达式： G??1?p?

???拉普拉斯算子：? ??i??j??k?x?y?z

-▽p为气压梯度，由气压分布不均匀造成。G的大小与ρ成反比，与▽p的大小成正比

??G的方向垂直等压线，由高压指向低压 ?????KMR*（2）、地心引力：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力。表达式： G0??2??a?R?其中：K：万有引力常量，M：地球质量 ， a：空气块到地心的距离 大小： 不变，常数方向： 指向地心。

（3）. 摩擦力：单位质量空气所受到的净粘滞力。 表达式：

其中： 为粘滞系数 大气为低粘性流体，一般只在行星边界层（摩擦层）考虑摩擦作用，自由大气中则忽略摩擦作用。 （4）、视示力：由旋转坐标系的加速作用而假想的力（惯性离心力、地转偏向力）

1. 惯性离心力：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转动地球上（ ） 观测它的运动，发现它是静止的（ ），这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心力。 ??????????2表达式： C????(??R)??R大小：与纬圈半径成正比，即：与纬度成反比 ；方向：在纬圈平面内，垂直地轴指向外 2.地转偏向力(科氏力）

观测者站在旋转地球上观测单位质量空气块运动（ ），发现在北半球有一个向右偏的力，在南半球向左偏的力。称此力为地转偏向力，又名科氏力。 表达式：

???A??2??V

地转偏向力的大小：（1）与相对速度|V|大小成正比（因角速度为常 数）；当|V|=0时，A=0，只有在做相对运动时，A才存在。（2）与速度夹角也成正比。

水平地转偏向力：大气中垂直运动一般也较小，气块主要受x方向和y方向地转偏向力，即：水平地转偏向力的影响。

地转偏向力方向：与垂直地轴和速度方向垂直，只能改变气块的运动方向，不能改变其大小。在不考虑w和Az的情况下，在北半球，地转偏向力指向运动方向右侧，在南半球，地转偏向力指向运动方向左侧。

3.重力：地心引力与惯性离心力的合力。表达式：

大小：随纬度增大而增大 ，因为惯性离心力大小与 纬度成反比，重力大小与惯性力离心

力成反比。

方向：垂直地球表面指向内，原因是如果重力不与地球表面垂直，则在地表有分量，使气块移动至分量为零。所以重力垂直于地表。

因地球为椭球体，重力与地面垂直，无指向赤道的分量。重力在赤道最小，极地最大。纬度45度海平面的重力加速度为： g=9.806m/s2重力是垂直方向上的，而大气运动是准水平的； 科氏力始终垂直于速度方向，故只改变方向，不作功； 所以，引起大气运动的最重要作用是：由于压力分布不均匀而产生的压力梯度力（热力作用引起的） 。

2、地转偏向力与水平地转偏向力有何相同与不同？ 地转偏向力的大小：（1）与相对速度|V|大小成正比（因角速度为常 数）；当|V|=0时，A=0，只有在做相对运动时，A才存在。（2）与速度夹角也成正比。

水平地转偏向力：大气中垂直运动一般也较小，气块主要受x方向和y方向地转偏向力，即：水平地转偏向力的影响。

地转偏向力方向：与垂直地轴和速度方向垂直，只能改变气块的运动方向，不能改变其大小。在不考虑w和Az的情况下，在北半球，地转偏向力指向运动方向右侧，在南半球，地转偏向力指向运动方向左侧。

2、科氏力是怎样产生的，与速度的关系如何，南北半球有何区别？

观测者站在旋转地球上观测单位质量空气块运动（ ），发现在北半球有一个向右偏的力，在南半球向左偏的力。称此力为地转偏向力，又名科氏力。 表达式：

???A??2??V

（1）与相对速度|V|大小成正比（因角速度为常 数）；当|V|=0时，A=0，只有在做相对运动时，A才存在。（2）与速度夹角也成正比。

在不考虑w和Az的情况下，在北半球，地转偏向力指向运动方向右侧，在南半球，地转偏向力指向运动方向左侧。

3、大尺度系统运动遵循什么规律？

4、质量通量散度和速度散度定义。

质量散度形式的连续方程: ?????

?t????V??0速度散度形式的连续方程： 1d?

?dt???V???0不可压缩流体的连续方程：

?u

????V????x??v?w?y??z?0单位时间通过固定的单位体积的质量改变量，称为质量通量散度。 大于零，表示净流出，质量减少；小于零，表示净流入，质量增加。

??V??称为速度散度，表示流体在单位时间内体积的相对膨胀率。

大于零，体积膨胀，称为辐散，表示流出；小于零，体积缩小，称为辐合，表示流入。 5、温度平流（冷平流、暖平流）示意图

?V???h??hT?0当

?V???h??hT?0 时，称为暖平流，夹角为锐角，风从高温吹向低温；

???当 ?Vh??hT?0时，称为冷平流，夹角为钝角，风从低温吹向高温。

6、地转风、梯度风、热成风定义和性质（方向）

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，背风而立气压高的在右。

地转风的物理本质：水平气压梯度力和柯氏力平衡，

风沿等压线（等高线、等位势线）吹，背风而立气压高在右。 地转风性质

1)地转风是在不考虑摩擦力、加速度以及垂直速度的条件下，水平方向上气压梯度力与地转偏向力相平衡(地转平衡)时的大气运动(即自由大气水平匀速直线运动)

地转风是对中纬度自由大气中大尺度系统中水平气流的一种近似（一般两者相差30%以下） (2)地转风的大小与水平气压梯度力大小成正比,即与水平气压(位势)梯度大小成正比 例：等压面图上气压梯度力与等高线和风速的关系

(3)地转风的大小与地转参数f的大小成反比,即与纬度高低成反比。但在赤道上?=0地转平衡不成立。无科氏力存在，所以低纬度不能用地转风近似。 (4)地转风的水平散度为零，即：

(5)地转风方向与等压(高)线相平行,在北半球,背风而立高压在右,低压在左;南半球相反,背风而立高压在左,低压在右.

梯度风定义：

空气块作曲线运动，风沿等压线或等位势线吹，在三个力，即水平气压梯度力、水平地转偏向力、惯性离心力的作用下风呈气旋性弯曲（逆时针旋转）或反气旋性弯曲（顺时针旋转），这种风称为梯度风。

（1）适用范围：北半球中高纬地区，大尺度系统运动，曲线 运动，三力平衡。 （2）气压场风场高压周围的风场是顺时针旋转，低压周围的风场是逆时针旋转。

证明：高压中心存在，水平气压梯度力由内向外，惯性离心力由内向外，为使三力平衡，水平地转偏向力必定由外向内，因为水平地转偏向力垂直速度右偏，所以风顺时针旋转； 低压中心存在，水平气压梯度力由外向内，惯性离心力由内向外，惯性离心力为小量，为使三力平衡，水平地转偏向力必定由内向外，因为水平地转偏向力垂直速度右偏，所以风逆时针旋转。

3）风场 气压场

顺时针旋转对应高压中心，逆时针旋转对应低压中心。

证明：风顺时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的左侧，惯性离心力为小量，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最高，为高压；

风逆时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的右侧，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最低，为低压。

流线与轨迹（1） 定义流线：是指在某一固定时刻，处处与风向相切并指向气流方向的曲线。轨迹：是指在某一段时间内个别空气块运动的路径。

（2）流线能表现在某一时刻的天气图上，而 轨迹却不能。所以日常中，等压线、等高线近似为流线，不能当作轨迹线。

热成风：a.上下两层地转风的矢量差，称为这两层之间的热成风。b.地转风随高度的变化，称为热成风。

（1） 适用范围：北半球中高纬度地区，自由大气中大尺度系统。

（2） 大小：a． 与纬度成反比，与等厚度线的疏密成正比b． 与纬度、等压面差距、温度有关（3） 方向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。 7、在北半球大尺度系统运动中，做逆（顺）时针旋转，为什么对应是低（高）压中心？ （梯度风三力平衡）

顺时针旋转对应高压中心，逆时针旋转对应低压中心。

证明：风顺时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的左侧，惯性离心力为小量，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最高，为高压；

风逆时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的右侧，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最低，为低压。

8、在北半球大尺度系统运动中，气压场有低（高）中心存在，周围风为什么是逆（顺）时针旋转？

高压周围的风场是顺时针旋转，低压周围的风场是逆时针旋转。

证明：高压中心存在，水平气压梯度力由内向外，惯性离心力由内向外，为使三力平衡，水

平地转偏向力必定由外向内，因为水平地转偏向力垂直速度右偏，所以风顺时针旋转； 低压中心存在，水平气压梯度力由外向内，惯性离心力由内向外，惯性离心力为小量，为使三力平衡，水平地转偏向力必定由内向外，因为水平地转偏向力垂直速度右偏，所以风逆时针旋转。 9、为什么可以看到有很强的低压发展（如台风和气旋），而高压不能发展很强？（书上41-43）

10、正压大气、斜压大气含义是什么？热成风为什么会发生在斜压大气中？ 正压大气：密度仅为气压的函数，ρ= ρ（p）。等压面、等密度面和等温面重合在一起 ，

??Vg?0?p等压面上温度梯度为零，地转风不随高度变化 ，无热成风. 斜压大气：密度是气压和温度的函数ρ= ρ（p，T）等压面与等密度面或等温面相交，等??Vg?0?p压面上温度梯度不为零 地转风随高度变化 ，有热成风 热成风存在于斜压大气中

11、画图说明在自由大气中某个气层中，当风随高度增加呈逆时针旋转，该气层有冷平流，当风随高度增加呈顺时针旋转，该气层有暖平流？ 风随高度顺时针变化-----暖平流 风随高度逆时针变化-----冷平流

根据P0、P1层上地转风的方向定出 热成风方向，根据背风而立高温在右，画出等温度线。根据地转风方向和等温度配置情况可知气层间温度平流是冷是暖。

12、上层风逆转，下层风顺转，气层是稳定还是不稳定？上层风顺转，下层风逆转，气层是稳定还是不稳定？为什么？

上层风逆转，下层风顺转，气层不稳定，因为上层风逆转有冷平流，上层温度降低，而下层风顺转有暖平流，下层温度升高，下暖上冷，暖空气上升，冷空气下沉，所以不稳定。 上层风顺转，下层风逆转，气层稳定，因为上层风顺转有暖平流，上层温度升高，下层风逆转有冷平流，下层温度降低，下冷上热，所以稳定。 13、地转偏差对水平速度散度及垂直运动有何作用

14、地转偏差重要性表现在何处？解释摩擦层和自由大气中地转偏差物理意义

地转偏差定：:实际风与地转风的矢量差称为地转偏差 ，地转偏差很小，但很重要：

???（1）引起 ? Vh 的变化 ?t地转偏差对大气运动的演变有极为重要的作用。地转偏差使空气微团穿越等压线引起质量的重新分布，造成风压场的变化，是天气系统演变的一个动力因子。 （2）可以引起辐散和辐合

?????V ????????????????hg?0?????Vh?D?Vg??h?Vh??h?D??h?Vg??h?Vh??h?D

地转偏差的辐散或辐合实际是水平风的辐散或辐合。

????1?D?V?Vg??k?Ff摩擦层中的地转偏差 地转偏差指向摩擦力方向右侧。摩擦层中由于摩擦作用，低压辐合上升，高压辐散下沉。

北半球,摩擦层中,风向指向低压

自由大气中的地转偏差，加速度引起的地转偏差D

地转偏差垂直于加速度的方向，并指向加速度方向的左方(图1.35)，其大小为：

15、在讨论地转偏差时，反映在自由大气中的低层和高层各以什么为主？（60）

16、解释处在高空槽前脊后这块区域高低层辐合辐散情况（要求用地转偏差概念解释） 由于槽脊自西向东移动，槽前脊后必有负变压发生，有变压风的辐合；槽后脊前有正变压发生，有变压风的辐散。

槽前脊后区有切向地转偏差辐散，槽后脊前区有切向地转偏差辐合。

由于槽前脊后的上部等高线辐合有指向低压的法向地转偏差，下部等高线辐散有指向高压的法向地转偏差，所以槽前脊后有法向地转偏差的辐散，而槽后脊前有法向地转偏差的辐合。

一般来说，中纬度对流层中，高层以法向和切向地转偏差造成的辐合辐散为主，低层以变压风造成的辐合辐散为主，所以在高层槽前脊后辐散，槽后脊前辐合；在低层槽前脊后辐合，槽后脊前辐散。因此，槽前脊后低层辐合，高层辐散，有上升运动；槽后脊前低层辐散，高层辐合，有下沉运动

1、 气团的概念。锋，锋面，锋线，锋区含义是什么？

1.定义：气象要素分布比较均匀的大范围的空气团。 2.尺度：水平方向数千公里，垂直范围可达几公里到十几公里，3.气团控制的天气：水平方向：天气现象基本相同，温湿分布均匀；垂直方向：气象要素分布相同（包括稳定度）

1、锋： 冷暖气团相遇，存在一个狭窄的过渡带，此过渡带随高度向冷区倾斜，称此过渡带为锋。

2、锋面：在近地面层中过渡带宽约数十公里，在高层可达200-400公 里。宽度与其水平长度相比(长达数百-数千公里)是很小的。人们常把它近似地看成一个面，即锋面。 靠近暖气团一侧的界面叫锋的上界，靠近冷气团一侧的界面叫锋的下界。上界和下界的水平距离称为锋的宽度。

3、锋区： 锋面与空中某一平面相交的区域称为锋区(上界和下界之间的区域)。 4、锋线：锋面与地面的交线。

2、请写出冷锋、暖锋、锢囚锋、冷性锢囚锋、暖性锢囚锋定义(空间结构及等温线分布)

冷锋：锋面在移动过程中，冷

气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧运动

暖锋：锋面在移动过程中，暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧运动

静止锋：冷暖气团势力相当，锋面移动很少

锢囚锋：暖气团、较冷气团、更冷气团相遇时先构成两个锋面，然后其中一个追上另一个锋面即形成锢囚。

A冷式锢囚锋

B暖式锢囚锋

C中性锢囚锋

3、锋在空间状态为什么会随高度往冷的方向倾斜？

t0时刻，冷暖不均，ρ冷〉ρ暖，p冷〉p暖，水平气压梯度由冷指向暖，在水平气压梯度力的作用下，空气由冷侧向暖侧运动，如图所示，地转偏向力A垂直速度偏向右。 随着时间的推移，冷空气逐渐楔入暖气团下方，抬举暖气团的力逐渐减弱，如图。 到某一时刻，抬举力为零，锋维持倾斜状态，向冷的一侧倾斜。

4、对锋面坡度公式进行讨论

以密度一级不连续模拟锋面，锋面坡度与其附近的气压场、风场和变压场特征 1.锋面坡度公式

由密度一级不连续，则有：锋区存在，锋区附近密度一级不连续，气压二级不连续

tg?N1?g1tg?L?g?2PF?2PN?2?x?x2??F??N??x?x?2PL?2PF?2?x?x2??L??F??x?x

2.密度一级不连续模拟锋面，锋面附近气压场和风场特征

气压场：锋区内等压线气旋式曲率比锋区外大得多，反气旋式曲率比锋区外小得多 锋附近水平方向风场特征： 风场呈气旋性弯曲或 气旋性切变 锋附近风场垂直分布特征：锋区中温度水平梯度大于两侧，锋区中热成风比锋区外大得多，所以风垂直切变大风随高度顺转，暖平流最强且热成风最大高度为高空暖锋区；风随高度逆转，冷平流最强且热成风最大高度为高空冷锋区；热成风很大而无明显平流，可能是静止锋。 变压场特征：变压梯度不连续，变压风也不连续；地面锋区中，等变压线密集，锋区外，等变压线稀疏，变压值比较小。

5、请用锋面坡度公式解释锋面附近气压分布特征

气压场：锋区内等压线气旋式曲率比锋区外大得多，反气旋式曲率比锋区外小得多 6、锋面附近要素场的特征是什么？锋面附近气压场、变压场、风场特征如何？（以密度零级和一级不连续不连续模拟锋面） 一、锋面附近温度场的特征 1、水平温度场特征

①地面图： 锋附近温度水平梯度大，平均约5-6 ℃/100公里

②高空图：高空锋区为等温线的密集带，该密集带向冷区倾斜，与地面锋线平行。锢囚锋在高空图上有暖舌，暖舌两侧等温线密集。

应用：根据高空图锋区内等温线密集度确定锋区强度、地面锋线位置，等压面上冷暖平流确

定锋的类型

2 垂直方向 ：锋区内温度垂直梯度小，逆温、等温或递减率小，两侧气团内温度随高

度递减，冷暖气团温差越大，锋面逆温越强或过渡区越窄，通过锋区时等温线弯折越厉害

3 锋附近的位温特征：位温随高度增大的快，锋区水平等位温线密集见图（2.6）

2、气压场特征：锋面两侧气压连续，密度不连续，气压梯度不连续： 冷气团中气压梯度大于暖气团中气压梯度

应用：等压线通过锋线，风呈气旋弯曲，锋面处等压线有折角，折角指向气压高的一侧 3 变压场特征变压场是某一位面，空间各点气压随时间的变化 冷锋、暖锋均是锋前变压代数值小于锋后变压代数值 暖锋前地面减压 冷锋后地面加压

冷锋前暖锋后，静止锋附近：变压不明显

即：暖锋前变压代数值小于暖锋后变压代数值，暖锋前地面减压 同理：有冷锋前变压代数值小于冷锋后变压代数值，冷锋后地面加压

在平坦的地面上垂直速度为零时，地面气压变化由热力因子和动力因子造成： 暖锋前地面减压（暖平流）

冷锋后地面加压（冷平流）冷锋前暖锋后，静止锋附近：变压不明显 散度总和辐散，则地面气压下降 散度总和辐合，则地面气压上升 3 风场特征

水平： 锋线附近风场具有气旋性切变， 地面摩擦作用可使这种气旋式切变更加明显，并导致锋线附近强的风场辐合。

垂直：暖锋附近风向随高度顺转，冷锋附近风向随高度逆转

二、以密度的零级不连续模拟锋面时，锋面附近风场气压场和变压场的特征 锋面有坡度、气象要素有突变：

温度、气压、风、锋面附近天气变化剧烈

由密度一级不连续，则有：锋区存在，锋区附近密度一级不连续，气压二级不连续 气压场：锋区内等压线气旋式曲率比锋区外大得多，反气旋式曲率比锋区外小得多 锋附近水平方向风场特征： 风场呈气旋性弯曲或 气旋性切变 锋附近风场垂直分布特征：锋区中温度水平梯度大于两侧，锋区中热成风比锋区外大得多，所以风垂直切变大风随高度顺转，暖平流最强且热成风最大高度为高空暖锋区；风随高度逆转，冷平流最强且热成风最大高度为高空冷锋区；热成风很大而无明显平流，可能是静止锋。 变压场特征：变压梯度不连续，变压风也不连续；地面锋区中，等变压线密集，锋区外，等变压线稀疏，变压值比较小。

7、风随高度逆转快为什么可能有冷锋通过？同样，风随高度顺转快为什么表示可能有暖锋即将来临？

风随高度顺转，暖平流最强且热成风最大高度为高空暖锋区；风随高度逆转，冷平流最强且热成风最大高度为高空冷锋区；热成风很大而无明显平流，可能是静止锋 8、如何在单站高空风分析图上判断测站上空，有无锋、锋的性质及其走向？ 高空测风资料的应用（单站测风）：热成风方向大致代表锋的走向 根据风向随高度的转变确定锋的性质

原点与代表锋面的热成风的垂线代表锋的移向和速度风随高度顺转，暖平流最强且热成风最大高度为高空暖锋区；风随高度逆转，冷平流最强且热成风最大高度为高空冷锋区；热成风很大而无明显平流，可能是静止锋。

9、锋生函数，锋生条件是什么？并用锋生，锋消公式讨论稳定及不稳定大气中，冷锋上山、下山是加强还是减弱？（注意讨论中包含物理解释）

锋生：指密度不连续性形成的一种过程或指已经有的一条锋面，其温度或位温水平梯度加大的过程。

锋消：指作用相反的过程。

F?2.锋生函数的推导d(Tn)dt F>0表示有锋生作用，温度水平梯度加大

F<0表示有锋消作用，温度水平梯度减小

锋面生成条件

?F?2FF?0,?0,?02?n?n?2F?0,?n2 ?FF?0,?n锋面消失条件?0 F?4.锋生函数分析d??T???dt??n? ?Vn??dT??T?w????????n?dt??n?n?n?Vn1?dQ?wF?()?Tn?(?d??)Cp?ndt?n?n

?w?w?0,F?0?0,F2?0?d??F2. 稳定度与垂直运动项a)稳定大气 锋消 2?n?n锋生

?w0 锋消 ，冷锋上山：其上空有等温线密集带，冷锋上山、下山， ? 0, F 2 ?

?n靠近其暖一侧有上升运动，上升绝热膨胀冷却，其暖一侧降温，而靠近其冷一侧上升运动很弱或无上升运动，靠近其冷一侧温度无变化，这样密集带等温线变稀疏，所以锋减弱或消失，锋消。

冷锋下山：靠暖的一侧基本无下沉运动，温度无变化；其靠冷一侧，下沉运动很强，温度升高，等温线变稀疏，锋消。

?w?w?0,F?0?0,F2?0???b）不稳定大气 d， 2锋生 锋消 ?n?n

?w? 0冷锋上山、下山， ? 0, F 2 ，锋生

?n 冷锋上山，靠暖的一侧有强上升运动，大量水蒸气凝结释放潜热，温度升高；而靠近其冷的一侧上升运动很弱或无上升运动，温度变化不大。这样温度密度集带变密。所以锋生。

冷锋下山，靠暖的一侧，上升运动很弱或无上升运动，温度变化不大；而靠近其冷的一侧下沉运动强，以水汽吸收潜热为主，温度降低。这样温度密度集带变密。所以锋生。

10、锋面分析的基本原则？ 历史连续性原则

结合高空锋区：锋随高度向冷区倾斜，地面锋线位于高空等压面上等温线相对密集区的偏暖一侧，据冷暖平流确定锋的性质

分析地面天气图上各气象要素以确定锋的位置 应用卫星云图；应用其他资料

11、我国有几个锋生带？主要锋消区在何处？锋生时要素场的特点如何？ 锋生带概况：南方锋生带：华南到长江流域、 北方锋生带：河西走廊到东北 锋生时的温压场形势 地面气压场形势

锋生时气象要素的变化

锋消概况：我国主要锋消区：青藏高原以东30-40oN

???????f?f??? u?v?u?v??第三章?t?x?y?x?y?p1、写出地转风涡度在“Z”、“P”坐标系及自然坐标系中表达式 2、 写出绕垂直轴绝对涡度表达

???u???v?u?v ?3、涡度方程各项名称是什么？倾侧项含义是什么？ ??(f??)(?) 二、涡度方程（p坐标）p坐标涡度方程

?y?p?x?p?x?yd(f??)???u???v?u?v?(?)?(f??)(?)dt?y?p?x?p?x?y 绝对涡度个别变化 涡度倾侧项 散度项

???????u???v??2.涡度倾侧项 ? 在斜压大气中出现 ?V?????? ???0,?0,??0?t?4?y?p?x?p??? ?p?x??t?4在斜压大气中，风随高度变化，同时垂直速度在水平方向分布不均，使得绕水平轴旋转的空气块发生倾斜，在垂直方向有涡度的变化。

4、在涡度方程讨论中，对于波长L≤3000KM、波长L＞3000KM的波动,用相对涡度平流输送，地转涡度平流输送定性判断槽脊移动情况

相对涡度平流项

?????????t????Vh??h??(u1?x?v???y)

槽前脊后：正相对涡度平流 槽后脊前：负相对涡度平流

槽线、脊线：相对涡度平流为?V0，因为速 h??h??0 ?Vh??h??0槽线、脊线：相对涡度平流为0，因为速度与等涡度线相切

相对涡度平流：相对涡度水平方向分布不均，借助风输送使固定点涡度发生变化。

结论：

槽无加深减弱，

???0?t?H?0?t

???0?t?H?0?t向前移动，

即：向东移动。槽线，槽前脊后。脊线，槽后脊前 物理意义：

槽前脊后借助西南风将正相对涡度大的向小的方向输送，使得其固定点正相对涡度增加，在地转偏向力作用下伴随水平辐散，气柱质量减少，地面减压，有负变压中心，地面辐合，这样高空辐散，地面辐合，有上升运动，上升绝热冷却，气柱收缩，高层等压面高度降低，有负变高；相反，槽后脊前引起高层等压面高度增加，槽线处变高为零，所以，槽无加深减弱，向东，即向前移动。 ?f?0????x???f?f??地转涡度平流 ???????????Vh??f??u?v?f???v??V??f ?t?x?y????2h???y?t??2

?H????? 0北半球， f>0, β>0 槽前脊后 , v ? 0 ? ? ? ? 0 ? ,正变高

?t?2?t?

?H????v?0??0?槽后脊前 , ? ? ? 0 ,负变高 ?t?2?t?

? ?槽线、脊线： ? ? ? H ，无变高

v?0???0??0? ?t?t??2

结论：槽前脊后有正变高，槽后脊前有负变高，槽线 处变高为零，槽无加深减弱，向后移动即向西移动。 地转涡度平流项的结论与相对平流项相矛盾。

若波长长于3000km，以第二项（地转涡度平流项）为主，系统稳定或后退； 若波长短于3000km，以第一项（相对涡度平流项）为主，系统前进。

5、绝对涡度、位势涡度守恒条件是什么？对位势涡度守恒原理要求会应用(气柱上山下山强度变化)

绝对涡度守恒条件：正压大气，无水平辐合辐散。 位势涡度守恒，在西风带中有向东运动， f不变， ? ? f =常数

H上山，气柱变短，为了保持位势涡度守恒，正涡度减小，有正变高，所以槽和低压减弱，脊

和高压增强；

下山，气柱伸长，为了保持位势涡度守恒，正涡度增大，有负变高，所以槽和低压增强，脊和高压减弱。 物理解释：

在青藏高原西风带中，上（下）山，气柱缩短（伸长），为了保证整层大气的不可压缩性，必伴有水平辐散（合），同时在水平地转偏向力作用下，反气旋（气旋）涡度生成，考虑准地转运动有等压面高度升高（降低），低值系统（高空槽、低中心）减弱（加强），高值系统（高空脊、高中心）加强（减弱）。

6、位势倾向方程及ω方程右端各项名称及物理意义是什么？ 2222 ??????f???f???fR2)??fVg??(f??g)?(?Vg??)? (??2??p?t??p?pCPp? 地转涡度和相对涡度的地转风平流 温度平流随高度的变化项 非绝热

随高度变化项

对于一般 波长<3000km的波，引起位势高度 变化的物理解释： 槽前脊后：借助西南风将正相对涡度从大的往小的方向输送，使得槽前脊后固定点正相对涡度增加，同时在水平地转偏向力作用下伴随水平辐散，引起低层气柱质量减少、降压，出现负变压中心，有变压风辐合；其高层水平辐散，导致上升运动，上升绝热膨胀冷却，低层气柱降温，此气柱收缩，高层等压面高度降低，即 ； 槽后脊前：借助西北风将负相对涡度从大的往小的方向输送，使得槽后脊前固定点负相对涡度增加，同时在水平地转偏向力作用下伴随水平辐合，引起低层气柱质量增加、加压，出现正变压中心，有变压风辐散；其高层水平辐合，导致下沉运动，下沉绝热增温，此气柱膨胀，高层等压面高度升高，即 ； 槽脊线上：变高为零，即

结论：槽脊向东移动即前进，强度无变化。 ω方程

?dQ?pdt(??2?f??

22??2?)??fVg??(f??g)2?p?p???????R2dQV?????g??pcppdt??涡度平流随高度的变化项??fVg??(f??g)?p?? 涡度平流随高度增加（随气压减小）时，有上升运动

??Vg??(f??g)?0,??0?p ??涡度平流随高度减小（随气压增加）时，有下沉运动

??p??Vg??(f??g)??0,??0 波长<3000km的波，以相对涡度随高度变化为主

地面气旋上空高空处在槽前脊后（前），正相对涡度随高度增加，使得固定点正相对涡度随高度增加，同时在水平地转偏向力作用下，伴随水平辐散随高度增加，必伴有上升运动。 地面反气旋上空高空处在槽后脊前，负相对涡度随高度增加，使得固定点负相对涡度随高度增加，同时在水平地转偏向力作用下，伴随水平辐合随高度增加，必伴有下降运动。

地面气旋反气旋中心涡度平流很弱，高空槽前为正涡度平流，槽后为负涡度平流，所以地面气旋中心对应有上升运动，反气旋中心对应有下沉运动，槽线位置高层和低层的涡度平流都很弱，因此涡度平流随高度变化项对槽线上垂直运动不起作用。

??厚度（温度）平流的拉普拉斯22?????V???g?p??? ????????R????Vg???Vg????Vg??T??p??pp?，暖平流区有上升运动

??Vg??T?0,??0

冷平流区有下沉运动

??Vg??T?0,??0

低压中心左部与高压中心右部之间上空对应槽线处附近，风随高度逆转，有冷平流，伴有下沉运动。

低压中心右部与高压中心左部之间上空对应脊线处附近，风随高度顺转，有暖平流，伴有上升运动。

?非绝热加热的拉普拉斯RdQ?2cppdt dQ?0,??0dt非绝热加热区，有上升运动 非绝热冷却区，有下沉运动dQ?0,??0dt 加热区，500hPa等压面升高，温压场不平衡，在气压梯度力作用下，产生水平辐散，为保持质量连续，必产生补偿性上升运动

7、用位势倾向方程解释高空槽及温带气旋变化

对于一般 波长<3000km的波，引起位势高度 变化的物理解释： 槽前脊后：借助西南风将正相对涡度从大的往小的方向输送，使得槽前脊后固定点正相对涡度增加，同时在水平地转偏向力作用下伴随水平辐散，引起低层气柱质量减少、降压，出现负变压中心，有变压风辐合；其高层水平辐散，导致上升运动，上升绝热膨胀冷却，低层气柱降温，此气柱收缩，高层等压面高度降低，即 ；

槽后脊前：借助西北风将负相对涡度从大的往小的方向输送，使得槽后脊前固定点负相对涡度增加，同时在水平地转偏向力作用下伴随水平辐合，引起低层气柱质量增加、加压，出现正变压中心，有变压风辐散；其高层水平辐合，导致下沉运动，下沉绝热增温，此气柱膨胀，高层等压面高度升高，即 ；

槽脊线上：变高为零，即

结论：槽脊向东移动即前进，强度无变化。

8、用ω方程解释地面气旋、反气旋及它们之间上升、下沉运动情况。 波长<3000km的波，以相对涡度随高度变化 为主

地面气旋上空高空处在槽前脊后（前），正相对涡度随高度增加，使得固定点正相对涡度随高度增加，同时在水平地转偏向力作用下，伴随水平辐散随高度增加，必伴有上升运动。 地面反气旋上空高空处在槽后脊前，负相对涡度随高度增加，使得固定点负相对涡度随高度增加，同时在水平地转偏向力作用下，伴随水平辐合随高度增加，必伴有下降运动。

地面气旋反气旋中心涡度平流很弱，高空槽前为正涡度平流，槽后为负涡度平流，所以地面气旋中心对应有上升运动，反气旋中心对应有下沉运动，槽线位置高层和低层的涡度平流都很弱，因此涡度平流随高度变化项对槽线上垂直运动不起作用。

9、动力因子、热力因子指的是什么？说明它们对天气系统各起什么作用？ 动力因子（涡度因子）--相对涡度平流

温带气旋主要是在锋区发展起来的，有很大斜压性，温度场位相落后于高度场，高空槽前地面为气旋，槽后地面为反气旋。

结论：动力因子使得高空槽脊移动，地面气旋、反气旋加深发展。

热力因子间接作用：由于槽（脊）线处附近及低层地面都有冷（暖）平流，有降（增）温气柱收缩（膨胀），槽（脊）线处高度降低（增高），振幅加大，即曲率加大，槽前（后）脊后（前）正（负）相对涡度平流输送增大，引起固定点正（负）相对涡度增大，同时在地转偏向力作用下，伴随水平辐散（合）加大，导致大量质量减少（增大），降压（升压），低层地面温带气旋（反气旋）加深发展。

结论：高空槽加深脊加强，地面气旋、反气旋前移。

热力因子（温度平流） 地面：

气旋后部，反气旋前部为冷平流加压 反气旋后部，气旋前部为暖平流减压

气旋中心和反气旋中心没有温度平流，热力因子不起作用 槽前脊后正涡度平流使地面减压 槽后脊前负涡度平流使地面加压

10、温带气旋发展分哪几个阶段？其温压场特征是什么？

温带气旋生命史四个阶段：波动阶段、发展阶段、锢囚阶段、消亡阶段。

温带气旋左（右）半部与反气旋右（左）半部之间上空对应500hpa槽（脊）线处附近，风随高度逆转（顺转），此气层间有冷（暖）平流（500 h Pa 处也有冷（暖）平流），降（增）温气柱收缩（膨胀），500hpa槽（脊）线处等压面高度降低（增高），槽（脊）线处有负（正）变高，槽（脊）加深。温带气旋左（右）半部与反气旋右（左）半部由于气柱收缩（膨胀），此之间等压面高度增高（降低），即有正（负）变高。温带气旋、反气旋变高为零。 结论：高空槽加深脊加强，地面气旋、反气旋前移。

11、气旋再生、气旋族含义是什么？

气旋再生：趋于消亡或已经消亡的气旋在一定的条件下又重新发展起来的过程。 有三类：副冷锋加入后再生、气旋入海后再生、两个锢囚气旋合并加强。 气旋族：在同一条锋系上出现的气旋序列

12、北方气旋、南方气旋活动范围在什么地方？在我国境内它们各包括哪些气旋？ 南方气旋（25o-35oN）：江淮气旋和东海气旋 北方气旋（45o-55oN）：蒙古气旋 东北气旋、黄河气旋 黄海气旋 13、解释倒槽锋生型及静止锋波动产生锋面气旋。 二）江淮气旋：静止锋上波动，倒槽锋生

江淮气旋的倒槽锋生型：北支槽配合地面冷锋和高压向东南移动 南支槽前西南风输送暖湿气流，暖平流作用下地面减压形成倒槽

第四章

1 .什么是大气环流？尺度特征？

指全球范围的大尺度大气运行的基本状况，水平尺度在数千公里以上，垂直尺度在10公里以上，时间尺度在1-2日以上。是各种不同尺度的天气系统发生发展和移动的背景条件。 2 .对流层中、底部冬季、夏季的主要系统,季节转换的特点？ 对流层中部（500hPa，图4.4） 冬季

三槽：亚洲东岸 北美东部 欧洲东部 三脊：阿拉斯加 西欧沿岸 青藏高原北部 槽：北美 东亚 地中海 孟加拉湾 东太平洋 副热带高压：海上 夏季:(图4.5) 极区：极涡 中纬：绕极西风

四槽：勘察加半岛 北美东部 欧洲西海岸 贝加尔湖到青藏高原 减弱 脊：减弱不清楚 低纬：

副热带高压大大加强：北太平洋 北大西洋非洲大陆西部出现闭合 对流层底部（海平面气压场） 冬季

阿留申低压 冰岛低压

亚洲冷高压 北美大陆高压 格陵兰大陆高压 夏季

亚洲大陆低压冰岛低压

太平洋副热带高压 大西洋副热带高压 格陵兰高压

200hPa以下（12km），无论冬夏，平均温度梯度由赤道指向两极 2 冬季南北温差大于夏季

3 夏季平流层温度梯度由极地指向赤道，冷中心位于赤道

4 无论冬夏，低纬地区对流层顶高于中高纬，两者间有明显断裂

3 .控制大气环流的基本因子？

控制大气环流的基本因子：太阳辐射、 地球自转、 地球表面不均匀性、地面摩擦。

4 .三圈环流的形成原因？考点：①会画图，会填空。②极锋锋区与副热带锋区不同点。③三圈环流、东北信风、东南信风是如何产生的？

太阳辐射：太阳辐射能纬度分布不均，造成对流层南北温差的存在，赤道暖而两极冷。若地面性质一致，而且地球不旋转，会出现从赤道上升在极地下沉的直接热力环流圈。但实际上由于地球自转形成著名的三圈经向环流。 地球自转：由于辐射能收支不平衡造成南北温度差异出现直接热力环流圈，但由于地球自转产生柯氏力，使直接热力环流圈一分为三，形成著名的三圈经向环流。

Hadley 环流的形成

由于太阳辐射，在对流层内赤道暖，极地冷。根据静力平衡（静力方程）高层必有指向极地的水平气压梯度力存在。空气离开赤道后，在地转偏向力的作用下向东偏转且向北的风速逐渐减小，在30°N附近辐合，下沉到近地面，一部分向北作水平运动，一部分向南作水平运动。向南作水平运动的空气在地转偏向力作用下转为东北风，因为这支风系很稳定，称为东北信风。同理，在南半球有东南信风。这样在赤道近地面辐合（赤道辐合带）上升，构成北半球Hadley环流。 东北信风（NE trade wind）：北半球Hadley环流圈中低层向南的气流，在柯氏力作用下向右偏而形成的一支稳定的风系。 东南信风（SE trade wind）：南半球Hadley环流圈中低层向北的气流，在柯氏力作用下向左偏而形成的一支稳定的风系。 赤道辐合带（热带辐合带）：赤道附近东北信风和东南信风汇合的地带，简称ITCZ(intertropical convergence zone) 极地环流圈的形成

由于太阳辐射纬度分布不均，极地冷，根据静力平衡（静力方程）高层必有较低纬度指向极地的水平气压梯度力存在。在北半球空气块自北纬60°附近上空向北运动，在地转偏向力的作用下向东偏转，高空盛行西风，且向北的风速逐渐减小，在极地辐合下沉到近地面，其中一部分向南作水平运动，同时在地转偏向力作用下向西运动，盛行东风。这支向南的气流是干冷气流，与哈得来环流圈高层辐合下沉至地面而向北运动的暖湿气流相遇，有锋生，在地面上有极锋。暖湿气流在极锋上滑升，有上升运动，构成极地环流。 极锋的定义：

因为在低层的东北气流（来自极地和高纬）一般比较干冷， 来自低纬的西南气流一般比较暖湿，这两者相遇便形成了北半球的主要锋区，通常称为极锋。 锋区存在。 Ferrel 环流的形成

哈得来环流圈高层在30°N附近辐合下沉至地面，一支暖湿气流向北运动，在地转偏向力作用下转为向东运动，低层盛行西风。暖湿气流在极锋上滑升，有上升运动，在高层有一支气流向南运动，在地转偏向力作用下转为向西运动，高层盛行东风（与实际不符，实际为西风）。且向南的风速逐渐减小，在30°N附近辐合下沉，构成费雷尔环流。哈得来环流中高空来自赤道的暖湿气流与费雷尔环流高空的较干冷的向南运动的气流在30°N附近辐合，有锋生，形成副热带锋区。因为在锋区下方低层地面辐合下沉，所以地面无

极锋：极地环流圈中低层向南的东北风与Hadley环流圈中下沉辐散而向北运动的西南风相遇，干冷与暖湿气流相遇而形成的锋区。

副热带锋区：Hadley环流圈中高层向北运动的暖湿气流与极地环流圈中上升辐散向南的一支较干冷的气流相遇而形成锋区。在对流层上部明显，有副热带急流与之对应。

由以上可以看出：极锋锋区与副热带锋区不同，极锋锋区在60°N附近低层发生，地面高空均有锋区存在，而副热带锋区在30°N附近高层发生，地面没有锋区存在。

5 .三圈环流的维持与角动量交换的关系？ 角动量交换 角动量：在自转的地球上相对于地球表面运动的空气，由于摩擦和山脉的作用空气与转动地球之间产生的转动力矩即角动量 由于地面摩擦和山脉作用，极地和热带东风带得到西风角动量，中高纬西风带损耗西风角动量

补充来源：大气内部通过非定常扰动以及Hadley 环流和Ferrel环流输送角动量给大气，使得东风带和西风带得以长期存在

6 .海陆热力分布于东亚大槽的建立？

地球表面的不均匀性：海陆分布对大气环流的影响

海陆热力差异造成冬季大陆东岸有大槽西岸有脊形成，原因见 P161中间那段 季风：随季节而改变风向的风，主要由海陆热力差异造成。 高空急流：在300hPa以上，>=30m/s的风速带。

地形的影响：大地形的动力作用，使气流发生明显的分支、绕流和汇合

上山和下山对槽脊的影响（绝对涡度守恒原理）H为气柱为至对流层定的高度 7 .环流指数与指数循环？ 环流指数与指数循环

1. 环流指数（西风指数）

Rossby把３５°～５５°之间的平均地转西风定义为西风指数

实际工作中把两个纬度带之间的平均位势高度差（一般指500hPa）作为西风指数Ｉ 高指数→纬向环流 低指数→经向环流 指数循环 ：西风环流的中期变化主要表现为高低指数交替循环的变化过程，称为指数循环。 8 .长波波速公式的意义？

波速公式的物理意义：

9 .上下游效应？

10.波群速的传播以及与长波传播的关系

11.阻塞高压与切断低压形成的条件、结构、建立与崩溃？

12.海陆热力差异造成东亚季风的特点？

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