新编动力气象学思考题答案

第一章

1具备水汽、对流运动有利于温度降低水汽凝结、要素分布不均匀有利于锋面产生，而锋面的抬升运动有利于水汽凝结产生云雨等天气现象。

2臭氧能强烈吸收太阳紫外线辐射部分，对大气有增温作用，引起平流层的温度随高度增加。

3粉尘，一氧化碳，二氧化碳，一氧化氮，硫化氢，碳氢化合物和氨。来自工业，交通运输业。

4温度随高度递减、对流旺盛、要素水平分布不均匀、集中了四分之三的大气质量和十分之九的水汽质量。对流层主要是从地面得到热量，通过空气的对流和湍流运动，将热量输送到高层大气。

5平流层中水汽含量极少，透明度好，大多数时间天空晴朗，只是在底部有分散的贝母云。飞机飞行的理想高度。

6平流层中这种温度的分布特征，是和它受地面的影响小，以及该层中的臭氧对太阳紫外辐射的吸收有关。

7干洁空气主要气体的成分比从地面直到90公里高度基本不变，在90km以上，大气的主要成分仍是氮和氧，但随着高度的增加氧的比例减小，氮的比例增大。平均从80km开始，由于太阳紫外辐射的照射，氧和氮已有不同程度的离解，在100km以上氧已全部成为氧原子，在250km以上氮也基本以原子的形式存在。 8近百年来，大量燃烧化石燃料，大气中的二氧化碳含量以每年1×10-12%的量级不断增加。

地球大气的动力学和热力学特征

大气是重力场中的旋转流体、大气是层结流体、大气中含有水分、大气的下边界是不均匀的

描写大气运动的方程组 ? 个别变化与局地变化

个别空气微团的温度在运动中随时间的变化率，称为温度的个别变化。 大气运动空间中固定点上温度随时间的变化率，称为温度的局地变化。 ? 绝对坐标系与相对坐标系

? 作用于大气上的各种作用力及其特性

真实力

气压梯度力：方向与气压梯度相同，垂直于等压面；大小与气压梯度的大小成正比，与密度成反比。 地球引力：方向为高值等重力位势面指向低值等重力位势面的方向，大小由等重力位势面的疏密程度来决定。 摩擦力

视示力

科里奥利力：在北半球，科里奥利力指向速度的右方，南半球指向左方。对空气微团不做功。

惯性离心力：

? 运动方程、连续方程、状态方程、热力学方程、水汽方程

质量守恒定律的数学表达式称为连续方程。 连续方程：

干空气的状态方程：p??RT，其中R为干空气比气体常数 引入虚温Tv，湿空气状态方程为：p??RTv 热力学方程：

水汽方程：

? 初始条件及边界条件

下边界条件：z=0时，?0?0

上边界条件：

尺度分析和基本方程组的简化 ? 尺度的概念

各物理场变量“具有代表意义的量值”称之为物

《气象学与气候学》复习思考题

一、名词解释

1. 大气、天气、气候、气候系统。

2. 大气窗：大气中对地面长波辐射在8－12微米的吸收几乎为零，地面辐射直接透过

大气层进入宇宙中。

3. 海陆风：白天风由海上吹向陆地，夜晚相反。

4. 浅薄系统：在温压场对称的系统中，如冷高压和暖低压。

5. 梯度风：自由大气中，空气作曲线运动时，当气压梯度力、惯性离心力、地转偏向

力达到平衡时的风。

6. 地转风：自由大气中当气压梯度力和地转偏向力达到平衡时的空气水平运动。 7. 位温：把气块沿干绝热过程移到1000百帕时的温度。 8. 深厚系统：温压场对称的天气系统，如暖高压和冷低压。

9. 假相当位温：当气块中的水汽全部凝结时，所释放的潜热，加热气块再按干绝热过

程移到一千百帕时所具有的位温。

10. 准静止锋：当冷暖气团势力相当时的过渡区域。

11. 地中海式气候：也叫副热带夏干气候，具有夏天干热，冬天雨水较多的特点。 12. 热岛效应：城市气温高于郊区，傍晚时分最明显。（考点）

13. 位势高度：是指单位质量的物体从海平面抬升到某一高度克服重力所作的功。 14. 切变线：对流层中层风向风速不连续的区域，两侧温差较小。 15. 白贝罗风压定律：自由大气中背风

六、证明题

1. 说明温度平流变化的物理意义，证明

其中

表示温度沿水平速度方向的变化率，

是温度梯度的大小，

是水平速

度在水平温度梯度方向上的分量。(10,2,2,6)

2. 如果在大气中存在另外的一个运动系统（如飞机、轮船、气压系统等），设在运动系统中观测到的温度随时间的变化率为关系式成立，即

，运动系统相对地面的速度为

，试证明有下列

(10,3,2,6)

3. 证明相对加速度可写成

(10,3,2,6)

4. 对于均质流体

证明有以下能量方程

（1）

（2）其中

为动能。 (10,3,7,6)

5. 假定运动是水平的，对于均质流体，证明水平运动方程可以改写

为

其中 ,

(10,2,6,6)

6. 在静力平衡条件下仍存在铅直速度WR，假设运动是绝热的，试证明WR的诊断方程为

(10,3,2,6)

7. 证明p坐标系中水平运动方程可改写为以下通量形式

(10,2,4,6)

8. 证明p坐标系中水平运动方程可改写为以下形式

其中 ，p坐标系中铅直涡度

，p坐标系中水平散度

，位能与动能之和 (10,

六、证明题

1. 说明温度平流变化的物理意义，证明

其中

表示温度沿水平速度方向的变化率，

是温度梯度的大小，

是水平速

度在水平温度梯度方向上的分量。(10,2,2,6)

2. 如果在大气中存在另外的一个运动系统（如飞机、轮船、气压系统等），设在运动系统中观测到的温度随时间的变化率为关系式成立，即

，运动系统相对地面的速度为

，试证明有下列

(10,3,2,6)

3. 证明相对加速度可写成

(10,3,2,6)

4. 对于均质流体

证明有以下能量方程

（1）

（2）其中

为动能。 (10,3,7,6)

5. 假定运动是水平的，对于均质流体，证明水平运动方程可以改写

为

其中 ,

(10,2,6,6)

6. 在静力平衡条件下仍存在铅直速度WR，假设运动是绝热的，试证明WR的诊断方程为

(10,3,2,6)

7. 证明p坐标系中水平运动方程可改写为以下通量形式

(10,2,4,6)

8. 证明p坐标系中水平运动方程可改写为以下形式

其中 ，p坐标系中铅直涡度

，p坐标系中水平散度

，位能与动能之和 (10,

第七章 大气能量学

解：内能和动能通过进行转换

，

位能和动能通过进行转换

，

解：大气的能量最终来源于太阳辐射，太阳辐射首先增加大气的全位能，然后通过穿越等压线做功才能使得有效位能转换成大气的动能共大气运动消耗。由于地球的旋转作用产生科氏力，科氏力使得大气不能完全有效地做穿越等压线的运动，降低了气压梯度力的做功效率，所以它降低了大气能量过程的转换效率。

解：不能，要通过穿越等压线做功才能发生转换。

解：

解：

解：垂直运动可以引起位能和动能转换，但在净力平衡条件下，不能单独存在垂直运动使得这种能量转换发生，因为动能的增加必然使得位能改变，这将破坏内能和位能的比例，这样全位能也不能改变。

解：推导证明。由定义。由定义。由定义。

＝ I*

p0

phh

zdp

p0

ph

dzp

h

pdz hph

Rcv

h

cvTdz

cvTdz

R

Icv

so, hph

P ＝ I* hph cp cv Rso,P hph

K ＝

h

R

I I*cv

cpcv

I

2

p011

V2 dz V

ph22

p01cp2

RMa

ph

2cv

p01211

dp Vdp

phg2g

h11cpcp2

Tdp ( 1)Ma cvTdz 0g2cvcv

I*

h

cvTdz,so,K

1c

《动力气象学》复习重点

Char1 大气运动的基本方程组 1、旋转参考系 （1）运动方程

dV1???p?2??V?F?g dt?（2）连续方程

d?????V?0 ▽·V为速度散度，代表气团体积的相对膨胀率。体积dt增大时，（▽·V>0），密度减小；体积减小时，（▽·V<0），密度增大。

d?????V?0 ▽·(ρV) 为质量散度，代表单位时间单位体积内流体质量的流入流出dt量。流入时▽·(ρV) <0，密度增大；流出时▽·(ρV) >0，密度减小。

（3）热力学能量方程 cvdTda?p?Q 内能变化率+压缩功率=加热率 dtdt cpdTdp???Q ?=1/? dtdt?dln?Q1000R/Cp? )用位温表示??T(，则cpdtTp2、局地直角坐标系（z坐标系）中的基本方程组

1?p?du???fv?Fx?dt??x?1?p?dv???fu?Fy?dt??y?1?p?dw???g?Fz???z?dt?d??u?v?w???(??)?0?x?y?z?dt?p??RT??dTd??dTdP?c?p?Q,c?a?Q,vp?dtdtdt?dt

dln???Qdt运动方程、连续方程、能量方程是预报方程，状态方程是诊断方程。

3、p坐标系中的基本方程组

?du??????fv?x?dt?

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．

科氏力是一种（1），当空气微团沿赤道向东运动时，科氏力的方向指向（2）；在赤道向北运动时，科氏力（2）。 【知识点】：2.2 【参考分】：4 【难易度】：A 【答案】： (1) 视示力 (2) 天顶 (3) 为零 2.

控制大气运动的基本物理定律有（1）、（2）、（3）和（4）。 【知识点】：2.2--2.4 【参考分】：8 【难易度】：D 【答案】： （1）牛顿第二定律 （2）质量守恒定律 （3）热力学能量守恒定律 （4）气体实验定律 3．

在旋转地球上，一个运动着的空气微团所受的基本作用力(1)、(2)、(3)和(4)。 【知识点】：2.2 【参考分】：8

【难易度】：D 【答案】： (1) 气压梯度力 (2) 科里奥利力 (3) 惯性离心力 (4) 摩擦力 4．

科氏力是一种(1)，科氏力的方向始终与运动的方向(2)。 【知识点】：2.2 【参考分】：4 【难易度】：D 【答案】： (1) 视示力 (2) 垂直 5．

连续方程是（1）的数学表述。它表明（2）和（3）是相互制约的。 【知识点】：2.3 【参考分】：6 【难易度】：A 【答

动力气象试题分类

试题参数(分值，难度系数，知识点，题型) 组卷参数（题型比例，难度比例，章节比例）

一、 填空题

1. 控制大气运动的基本物理定律有牛顿第二定律、质量守恒定律、 热力学能量守恒定律和气体实验定律。(8,1,2,1)

2. 在旋转地球上，一个运动着的空气微团所受的基本作用力气压梯度力、科里奥利力、惯性离心力和摩擦力。(8,1,2,1)

3. 中纬度大尺度运动具有以下基本性质，即准水平、准定常、准地转平衡、准静力平衡和准水平无辐散。(10,1,2,1)

4. 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宏观度量，后者是对流体涡旋运动的微观度量。(4,1,6,1) 5. 在埃克曼层中，风速随高度增加增大，风向随高度增加顺转。(4,1,8,1)

6. P坐标系中，地转风的表达式是Vg?????k，地转风涡度的表达式是?g??12??。(4,1,4,1) f0?1f?7. 平流时间尺度??LU，气压水平变动的地转尺度?hP??Lf0U。(4,2,3,1)

8. 科氏力是一种视示力，科氏力的方向始终与运动的方向垂直。(4,1,2,1)

9. 建立P坐标系的物理基础是大气的静力平衡性质，P坐标系中静

力平衡方程的形式为

??

动力气象试题分类

试题参数(分值，难度系数，知识点，题型) 组卷参数（题型比例，难度比例，章节比例）

一、 填空题

1. 控制大气运动的基本物理定律有牛顿第二定律、质量守恒定律、 热力学能量守恒定律和气体实验定律。(8,1,2,1)

2. 在旋转地球上，一个运动着的空气微团所受的基本作用力气压梯度力、科里奥利力、惯性离心力和摩擦力。(8,1,2,1)

3. 中纬度大尺度运动具有以下基本性质，即准水平、准定常、准地转平衡、准静力平衡和准水平无辐散。(10,1,2,1)

4. 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宏观度量，后者是对流体涡旋运动的微观度量。(4,1,6,1) 5. 在埃克曼层中，风速随高度增加增大，风向随高度增加顺转。(4,1,8,1)

6. P坐标系中，地转风的表达式是Vg?????k，地转风涡度的表达式是?g??12??。(4,1,4,1) f0?1f?7. 平流时间尺度??LU，气压水平变动的地转尺度?hP??Lf0U。(4,2,3,1)

8. 科氏力是一种视示力，科氏力的方向始终与运动的方向垂直。(4,1,2,1)

9. 建立P坐标系的物理基础是大气的静力平衡性质，P坐标系中静

力平衡方程的形式为

??