动力气象试题分类

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

??

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

????????2??V3始终与?和V3相垂直，团所受的科里奥利力为?2??V3。而?与赤道平面垂直，??所以?2??V3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R0?U?f0L?，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，R0??1，科里奥利力不能忽略不计，对于小尺度运动，R0??1，科里奥利力可忽略不计。

4. Richardson数

理查德孙（Richardson）数的定义式为Ri?NDU，它代表垂直惯性力与水平科里奥利力的尺度之比。由于

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：

第1页

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

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

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,

《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?

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

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h

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