動力氣象學(xué)匯總

一、地球大氣的動力學(xué)和熱力學(xué)特征：答：特性一：受重力場作用，大氣大尺度運動具有準(zhǔn)水平的特征及靜力平衡性質(zhì)。特性二：大氣是重力場中的旋轉(zhuǎn)流體，在中高緯度大氣的大尺度運動具有地轉(zhuǎn)近似平衡性質(zhì)。特性三：大氣是層結(jié)流體，層結(jié)穩(wěn)定度對大氣的垂直運動具有重要作用。特性四：大氣中含有水汽，水汽所釋放的潛熱是大氣運動發(fā)展的一種重要能量來源。特性五：大氣的下邊界是不均勻的，對大氣的運動也具有重要影響。二、大氣運動遵循哪些規(guī)律？答：大氣運動遵守流體力學(xué)定律。它包含有牛頓力學(xué)定律，質(zhì)量守恒定律，氣體實驗定律，能量守恒定律，水汽守恒定律等。由牛頓力學(xué)定律推導(dǎo)出運動方程（有三個分量方程）、由質(zhì)量守恒定律推導(dǎo)出連續(xù)方程、由氣體實驗定律得到狀態(tài)方程、由能量守恒定律推導(dǎo)出熱力學(xué)能量方程、由水汽守恒定律推導(dǎo)出水汽方程。這些方程基本上都是偏微分方程。這些方程構(gòu)成了研究大氣運動具體規(guī)律的基本出發(fā)方程組。三、何謂個別變化？何謂局地變化？何謂平流變化?何謂對流變化?及它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式？答：1、個別變化2、局地變化3、平流變化4、對流變化四、大氣運動受到那些力的作用？答：受到氣壓梯度力、地球引力（也稱為地心引力）、摩擦力、慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向(科里奧利）力等作用。其中氣壓梯度力、地球引力、摩擦力是真實力，或稱牛頓力。而慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向力是“視示力”，是虛擬的力。五、科里奧利力有哪些重要特點：答：3、地轉(zhuǎn)偏向力的大小與相對速度v大小程正比。對于水平運動的地轉(zhuǎn)偏向力，它隨地理緯度減小而減小。六、根據(jù)牛頓力學(xué)原理大氣運動方程表達(dá)式：答：七、熱力學(xué)能量方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其物理意義答：八、何謂局地直角坐標(biāo)系？（局地直角坐標(biāo)系的取法及其特點？）答：所謂局地直角坐標(biāo)系是指：這個直角坐標(biāo)系的原點(或稱0點)設(shè)在地球表面某一地點，則其三個坐標(biāo)軸(x,y,z)中x軸指向這個地點水平面上的東方；y軸指向這個地點水平面上的北方；z軸指向這個地點的天頂方向，與球坐標(biāo)相同。因此這個坐標(biāo)系的三個坐標(biāo)軸的指向也隨地點不同而不同?？梢哉J(rèn)為它是球坐標(biāo)系中略去球面曲率影響后的簡化形式，對于所研究的水平范圍不太大的氣象問題，這種簡化所產(chǎn)生的誤差是比較小的。在這個坐標(biāo)系中重力只出現(xiàn)在z軸方向，使運動方程變得比較簡單些。九、什么叫尺度分析？答：根據(jù)天氣實踐經(jīng)驗知：大氣中出現(xiàn)有各種不同尺度的運動。不同尺度的運動，其動力學(xué)和熱力學(xué)特征是不同的。所謂尺度分析方法，就是對不同類型運動，通過觀測資料，給出各種尺度運動物理量的特征值（也被稱為尺度），特征值（尺度）的大小通常用數(shù)量級表示。用這樣方法來估計出基本方程中各項數(shù)量級，找出主要因子，略去次要因子，使方程得以簡化，以利數(shù)學(xué)處理，也有利于揭示某種運動的本質(zhì)特征。它是一種對物理方程進行分析和簡化的有效方法。十、何謂零級簡化？何謂一級簡化？中高緯度地區(qū)，自由大氣的大尺度水平運動方程的零級簡化和一級簡化的結(jié)果得到了什么結(jié)論？答：所謂零級簡化，通過比較方程中各項的數(shù)量級，只保留方程中數(shù)量級最大的各項，而其他各項都略去。所謂一級簡化，通過比較方程中各項的數(shù)量級，除保留方程中數(shù)量級最大的各項外，還保留比最大項小一個量級的各項，而將更小的各項略去。零級簡化結(jié)論：一級簡化結(jié)論：十一、大尺度空氣運動在垂直方向的基本特征？答：十二、大尺度系統(tǒng)的連續(xù)方程零級簡化結(jié)論，一級簡化結(jié)論。答：零級簡化結(jié)論：一級簡化結(jié)論：十三、地轉(zhuǎn)風(fēng)有什么特征：答：1、在中緯度，自由大氣的大尺度系統(tǒng)中，地轉(zhuǎn)平衡是近似成立的。地轉(zhuǎn)風(fēng)與實際風(fēng)相差很小。在低緯度地區(qū)因為地轉(zhuǎn)偏向力較小，這種近似平衡不能成立的。2、地轉(zhuǎn)風(fēng)速大小與水平氣壓梯度力大小成正比。直觀地講，等壓線較密集的地區(qū)地轉(zhuǎn)風(fēng)（或近似地講實際風(fēng)）的風(fēng)速也較大。這可成為分析天氣圖的理論依據(jù)，即實際風(fēng)速較大的地區(qū)等壓（高）線應(yīng)該分析的較為密集一些。3、地轉(zhuǎn)風(fēng)與等壓線平行，在北半球背風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。因此，在低壓中，風(fēng)呈逆時針旋轉(zhuǎn)，稱這個系統(tǒng)為氣旋。而高壓中，風(fēng)呈順時針旋轉(zhuǎn)，稱這個系統(tǒng)為反氣旋。這可成為分析天氣圖的理論依據(jù)，即當(dāng)實際風(fēng)向分布呈彎曲時，等壓（高）線分析也應(yīng)該隨之彎曲。在南半球因地轉(zhuǎn)偏向力方向與北半球相反，因而背風(fēng)而立，高壓在左，低壓在右。4、地轉(zhuǎn)風(fēng)速大小與緯度成反比。十四、什么叫地轉(zhuǎn)風(fēng)？答：十五、什么叫梯度風(fēng)。答：十六、何謂熱成風(fēng)及其數(shù)學(xué)表達(dá)式？答：十七、熱成風(fēng)與溫度場有何關(guān)系？答：十八、熱成風(fēng)與冷暖平流的關(guān)系？答：當(dāng)兩層等壓面的地轉(zhuǎn)風(fēng)已知時，由熱成風(fēng)的定義式即可確定此兩層間冷暖區(qū)的分布及溫度梯度的大小。因為在實際的自由大氣中實際風(fēng)接近地轉(zhuǎn)風(fēng)，可得如下結(jié)論：⑴當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)風(fēng)(或?qū)嶋H風(fēng))隨高度增加而逆時針轉(zhuǎn)時，則有冷平流。⑵當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)風(fēng)(或?qū)嶋H風(fēng))隨高度增加而順時針轉(zhuǎn)時，則有暖平流。⑶可根據(jù)某地的高空風(fēng)隨高度轉(zhuǎn)變情況，來判斷冷暖平流隨高度變化，從而判斷當(dāng)?shù)卮髿夥€(wěn)定度變化趨勢。如高層冷平流較強或底層暖平流較強，則大氣穩(wěn)定度將趨向不穩(wěn)定，為預(yù)報對流性天氣提供依據(jù)。十九、練習(xí)題：已知在摩擦層內(nèi)，某測站為西南風(fēng)，試作圖表示（水平氣壓梯度力），（水平地轉(zhuǎn)偏向力），（摩擦力），（實際風(fēng)），（地轉(zhuǎn)風(fēng)）和地轉(zhuǎn)偏差的相互配置。提示：作圖順序如下：①根據(jù)已知條件先畫出實際風(fēng)（西南風(fēng)）的矢量；②根據(jù)實際風(fēng)畫出地轉(zhuǎn)偏向力；③根據(jù)實際風(fēng)畫出摩擦力；④根據(jù)地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力的合力畫出氣壓梯度力；⑤根據(jù)氣壓梯度力畫出地轉(zhuǎn)風(fēng)；⑥根據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)和實際風(fēng)畫出地轉(zhuǎn)偏差；（這個題靠運氣吧……當(dāng)時學(xué)會的已經(jīng)還給老師了）二十、環(huán)流的物理含義？答：在流體中，任取一閉合物質(zhì)曲線L（所謂物質(zhì)曲線是指曲線上的流體物質(zhì)不流出此曲線，曲線外的流體物質(zhì)也不流入此曲線），此曲線上每一點的速度大小和方向可以是不同的（物質(zhì)曲線的位置和形狀隨時間可以改變，但不會斷裂），若對曲線上各點的流體速度在曲線L方向上的分量作線積分，則此積分定義為速度環(huán)流，簡稱為環(huán)流C。二十一、什么叫渦度，以及相對渦度和絕對渦