中尺度氣象學(xué)習(xí)題集[課資類別]

1、中尺度氣象學(xué)習(xí)題集一、填空題1中尺度氣象學(xué)主要包括以下學(xué)科：（1）、（2）、（3）和（4）。【答案】：（1）中尺度氣象學(xué)包括中尺度天氣學(xué)（2）中尺度動(dòng)力學(xué)與數(shù)值模擬（3）中尺度天氣的短期和甚短期預(yù)報(bào)（4）中尺度大氣物理學(xué)。2在Orlanski對(duì)中尺度運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的分類中，依照水平尺度由小到大分別為（1）、（2）、（3），對(duì)應(yīng)的水平尺度為（4）、（5）、（6）?！敬鸢浮浚海?）中尺度（2）中尺度（3）中尺度（4）220km（5）20200km（6）2002000km3中尺度運(yùn)動(dòng)的基本特征有（1）、（2）、（3）、（4）。【答案】：（1）空間尺度小，生命期短（2）氣象要素梯度大（3）非地轉(zhuǎn)平衡和非靜力

2、平衡及強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng)（4）小概率和頻譜寬、大振幅事件4滯彈性近似與包辛內(nèi)斯克近似的比較，滯彈性近似的連續(xù)性方程形式為(1)無(wú)輻散，而包辛內(nèi)斯克近似的連續(xù)性方程形式為(2)無(wú)輻散；滯彈性近似中密度的變化不僅考慮熱膨脹效應(yīng)，而且也考慮（3）效應(yīng)；對(duì)于適用范圍，滯彈性近似可應(yīng)用于（4）對(duì)流運(yùn)動(dòng)，而包辛內(nèi)斯克近似只能應(yīng)用于（5）對(duì)流運(yùn)動(dòng)?！敬鸢浮浚海?）質(zhì)量（2）速度（3）壓縮（4）深（5）淺5對(duì)稱不穩(wěn)定，從物理上看，就是在垂直方向上為(1)和水平方向上為(2)的環(huán)境中，空氣作傾斜上升運(yùn)動(dòng)時(shí)仍然可能發(fā)生的一種不穩(wěn)定。其不穩(wěn)定判據(jù)等(3)面斜率小于等(4)面斜率?！敬鸢浮浚海?）對(duì)流穩(wěn)定（2）慣性穩(wěn)定（3

3、）絕對(duì)動(dòng)量（4）位溫6在CISK過(guò)程中，大尺度流場(chǎng)通過(guò)(1)的抽吸作用，對(duì)積云對(duì)流提供了必須的水汽輻合和上升運(yùn)動(dòng)，積云對(duì)流釋放的(2)又為驅(qū)動(dòng)大尺度擾動(dòng)提供了能量，于是小尺度積云對(duì)流與大尺度流場(chǎng)演變相互作用互為因果共同發(fā)展。如(3)提供了CISK過(guò)程中啟動(dòng)積云對(duì)流的上升運(yùn)動(dòng)，則稱之為波型第二類條件不穩(wěn)定（WaveCISK）。【答案】：（1）摩擦邊界層（2）凝結(jié)潛熱（3）大氣中的內(nèi)波尤其是重力內(nèi)波7中緯度地區(qū)常見的中尺度對(duì)流系統(tǒng)有三類：(1)（普通單體雷暴和局地強(qiáng)風(fēng)暴），(2)（如颮線）及近于圓形團(tuán)狀結(jié)構(gòu)的(3)（MCC）?！敬鸢浮浚海?）局地對(duì)流系統(tǒng)（2）二維線狀（帶狀）對(duì)流系統(tǒng)（3）中尺度對(duì)

4、流復(fù)合體8局地強(qiáng)風(fēng)暴被認(rèn)為是大氣中最重要的中尺度環(huán)流，其環(huán)境場(chǎng)最重要的特征是強(qiáng)(1)和強(qiáng)(2)。【答案】：（1）位勢(shì)不穩(wěn)定（2）垂直風(fēng)切變9.中尺度天氣現(xiàn)象分為二類，一類是(1)，如(2)、(3)等；另一類是(4)，如(5)、(6)、(7)、(8)等?！敬鸢浮浚?1)穩(wěn)定性天氣(2)局地低云(3)濃霧(4)對(duì)流性天氣(5)雷暴(6)大風(fēng)(7)下?lián)舯┝?8)冰雹10中尺度天氣系統(tǒng)，就其產(chǎn)生的基本原因可分為(1)和(2)兩類，其中地形性環(huán)流有(3)，和(4)等，強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)有(5)，(6)，(7)和(8)等。【答案】：（1）非均勻性質(zhì)下墊面強(qiáng)迫（2）大氣的內(nèi)部過(guò)程（3）背風(fēng)波（4）海陸風(fēng)環(huán)流（5

5、）雷暴單體（6）颮線（7）中尺度對(duì)流復(fù)合體（8）龍卷11在有基本氣流條件下，重力波發(fā)展的條件是(1),它們表示了這樣的物理意義，即(2)和(3)是有利于重力波發(fā)展的?！敬鸢浮浚海?）Ri1/4（2）弱的靜力穩(wěn)定度（3）強(qiáng)的垂直風(fēng)切變12中尺度大氣運(yùn)動(dòng)遵循以下物理原理：(1)、(2)、(3)、（4）以及其它氣體和氣溶膠物資守恒。【答案】：（1）質(zhì)量守恒（2）能量守恒（3）動(dòng)量守恒（4）水物質(zhì)守恒(了解)13經(jīng)典的對(duì)流發(fā)展的三要素是：(1)、(2)和(3)?！敬鸢浮浚海?）水汽（2）不穩(wěn)定（3）抬升機(jī)制14只有與(1)力聯(lián)系的項(xiàng)中保留了密度擾動(dòng)，而在(2)力項(xiàng)中，則略去了密度擾動(dòng)的影響，這樣的近似

6、稱為對(duì)流近似。【答案】：（1）重（2）氣壓梯度15彈性流體方程組包含的四種重力波解，分別是一對(duì)（1）重力波，一對(duì)（2）重力波；而彈性近似之后的中尺度運(yùn)動(dòng)方程組則濾去了（3）重力波，而保留了（3）重力波。【答案】：（1）高頻（2）低頻（3）高頻（4）低頻二、簡(jiǎn)答題16簡(jiǎn)述對(duì)流近似的含義?！敬鸢浮恐挥信c重力聯(lián)系的項(xiàng)中保留了密度擾動(dòng)，而在氣壓梯度力項(xiàng)中，則略去了密度擾動(dòng)的影響，這樣的近似稱為對(duì)流近似。17簡(jiǎn)述中尺度運(yùn)動(dòng)的基本特征?！敬鸢浮浚海?）空間尺度小，生命期短（2）氣象要素梯度大（3）非地轉(zhuǎn)平衡和非靜力平衡及強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng)（4）小概率和頻譜寬、大振幅事件（了解）18寫出Orlanski對(duì)中尺度運(yùn)

7、動(dòng)的分類標(biāo)準(zhǔn)?！敬鸢浮浚篛rlanski把中尺度運(yùn)動(dòng)分為中尺度、中尺度和、中尺度，對(duì)應(yīng)的水平尺度分別為：220km、20200km、2002000km19簡(jiǎn)述大氣標(biāo)高和擾動(dòng)垂直尺度的區(qū)別。【答案】：大氣標(biāo)高描述的是基本熱力學(xué)變量的垂直尺度，用表示，它表征的是基本熱力學(xué)變量垂直方向變化達(dá)到本身量級(jí)的尺度，而常用H表示擾動(dòng)的特征垂直尺度，它表征的是擾動(dòng)在垂直方向的伸展范圍，一般情況下，顯然H，對(duì)于淺對(duì)流運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，H100000B.內(nèi)部-52的冷云區(qū)面積必須50000開始A和B的尺度條件首先滿足持續(xù)期符合A和B尺度定義的時(shí)間必須6h最大范圍領(lǐng)近的冷云罩（紅外溫度-32）達(dá)到最大尺度形狀最大范圍時(shí)的偏

8、心率（短軸/長(zhǎng)軸）0.7結(jié)束A和B的定義不再滿足40.地形影響對(duì)流天氣的主要作用是什么？【答案】：地形影響對(duì)流天氣的主要作用是抬升作用、輻合作用和云物理作用。41.地形引起的云物理作用有哪些？【答案】：地形的作用在于當(dāng)降水天氣系統(tǒng)移進(jìn)山區(qū)時(shí)，由于抬升和輻合作用，使對(duì)流云和高層云得到充分發(fā)展，因而形成播種云。另外，天氣系統(tǒng)內(nèi)的低層云，由于山坡上持續(xù)的抬升運(yùn)動(dòng)提供了源源不斷的水分而得到維持，當(dāng)上層冰晶或雪粒落入山區(qū)低云，對(duì)其播撒和沖刷，捕捉大量的小水滴，使兩層云的造雨過(guò)程得到充分發(fā)展，形成地形暴雨，所以當(dāng)?shù)匦斡L(fēng)破出現(xiàn)不同層次的降水云或不同種類的云同時(shí)出現(xiàn)的地區(qū)要特別警惕出現(xiàn)強(qiáng)降水的可能。42.地

9、形波主要有幾類，造成差別的原因是什么，它對(duì)天氣預(yù)報(bào)的啟示是什么？【答案】：（1）氣流過(guò)山引起的波動(dòng)稱為地形波。大氣中的不連續(xù)面是形成地形波的主要物理作用。許多觀測(cè)事實(shí)表明，逆溫層或至少是穩(wěn)定層（600hpa）幾乎是地形波產(chǎn)生的必要條件。（2）地形波氣流分為四種類型，分別是片狀氣流、定常渦旋氣流、波狀氣流和旋子氣流。這四種不同類型之間的差別是由風(fēng)速垂直分布不同形成的。（3）我國(guó)的實(shí)際天氣分析表明，有些地方在地形背風(fēng)面的降水比迎風(fēng)面還要多，而冰雹現(xiàn)象又往往產(chǎn)生在地形背風(fēng)面，這說(shuō)明在地形背風(fēng)面的中小尺度天氣系統(tǒng)活動(dòng)對(duì)局地暴雨和強(qiáng)對(duì)流天氣起著重要的作用。43.什么叫熱島效應(yīng)？它對(duì)天氣通常有哪些影響?！?/p>

10、答案】：（1）在一定范圍內(nèi)，當(dāng)某區(qū)域的溫度比周圍其他區(qū)域的溫度明顯偏高時(shí)，我們稱該區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)熱島。因熱島存在對(duì)局部天氣產(chǎn)生的影響稱為熱島效應(yīng)。（2）在城市中由于人類的活動(dòng)頻繁，而且大氣污染嚴(yán)重，熱島效應(yīng)非常明顯。熱島效應(yīng)對(duì)天氣影響主要是造成惡劣的能見度、一定的降水和影響雷暴分布等。44.什么叫下坡風(fēng)？產(chǎn)生下坡風(fēng)的機(jī)制中主要應(yīng)考慮什么?【答案】：（1）自山上向山下吹得局地強(qiáng)風(fēng)，稱為下坡風(fēng)。（2）產(chǎn)生下坡風(fēng)的機(jī)制中主要應(yīng)考慮下坡風(fēng)相對(duì)冷暖的原因和下坡氣流產(chǎn)生的原因。45.什么叫中小尺度分析，簡(jiǎn)述它的主要特點(diǎn)?！敬鸢浮浚海?）對(duì)中小尺度天氣系統(tǒng)的描述分析，稱為中小尺度天氣分析。（2）它的主要特點(diǎn)是：

11、分析中會(huì)使用大量的非常規(guī)觀測(cè)資料或經(jīng)過(guò)處理的常規(guī)資料；分析方法和采用的參數(shù)都要考慮時(shí)空分辨率高，分析的要素和物理量變化大，不滿足地轉(zhuǎn)平衡等約束關(guān)系，對(duì)一些強(qiáng)烈天氣系統(tǒng)，靜力平衡關(guān)系也不適用。46.中小尺度天氣系統(tǒng)簡(jiǎn)述Shuman-Shapiro濾波方法的基本思路?！敬鸢浮浚哼@種方法的基本思路是：選取適當(dāng)?shù)臑V波系數(shù)S，用一定的濾波算子濾去n倍格局的波動(dòng)，再用原始場(chǎng)減去濾波后的平滑場(chǎng)，就可以分離出n倍格局的波長(zhǎng)的擾動(dòng)場(chǎng)。47.簡(jiǎn)述用，和（空氣飽和時(shí)的）的垂直分布表征大氣層結(jié)穩(wěn)定度的判據(jù)。【答案】：判據(jù)如下：絕對(duì)不穩(wěn)定：0條件不穩(wěn)定：0或絕對(duì)穩(wěn)定：對(duì)流不穩(wěn)定：48.簡(jiǎn)述常用的熱力穩(wěn)定度指數(shù)的表達(dá)式和

12、判據(jù)。【答案】：(1)抬升指數(shù)：LI：LI=-.LI正值愈大，表示愈不穩(wěn)定。（2）沙瓦特指數(shù)：SI:SI=,SI0表示不穩(wěn)定，負(fù)值愈大，表示愈不穩(wěn)定。（3）簡(jiǎn)化沙氏指數(shù)：SSI：SSI=,正值越小，表示氣層愈不穩(wěn)定。（4）總指數(shù)：TT：TT=,TT越大，表示氣層越不穩(wěn)定。（5）A指數(shù)：A=()+,A值越大，層結(jié)越不穩(wěn)定。（6）K指數(shù)：K=()+-,K值越大，層結(jié)越不穩(wěn)定。（7）里查森數(shù)：:()/,當(dāng)0.25-1易發(fā)生中緯度系統(tǒng)性對(duì)流；當(dāng)-1易發(fā)生氣團(tuán)性雷暴；當(dāng)-2易發(fā)生熱帶性積雨云。（8）能量螺旋指數(shù)：EHI:EHI=,當(dāng)EHI較大時(shí)，出現(xiàn)超級(jí)單體和龍卷風(fēng)的可能性較大49.簡(jiǎn)述計(jì)算高分辨率不穩(wěn)

13、定能量方法的設(shè)計(jì)思路?！敬鸢浮浚和ǔ?，大氣不穩(wěn)定能量都是使用探空資料進(jìn)行計(jì)算。但常規(guī)高空探測(cè)資料對(duì)生命使僅幾小時(shí)的強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其時(shí)間和空間分辨率都是不足的。在高分辨不穩(wěn)定能量的計(jì)算中，采用二次曲面擬合方法，由區(qū)域附近的高空觀測(cè)站的探空資料算出某地面測(cè)站上空的高空氣象要素值，從而得到地面測(cè)站密度的高分辨的不穩(wěn)定能量分布。采用的計(jì)算公式為=g()式中為與間的不穩(wěn)定能量，g為重力加速速度，為與等壓面間的厚度。50.按預(yù)報(bào)時(shí)效，簡(jiǎn)述天氣預(yù)報(bào)的分類。【答案】：天氣預(yù)報(bào)按時(shí)效分為長(zhǎng)期（10d）、中期（310d）和短期（400.0mm）。60.簡(jiǎn)述暴雨預(yù)報(bào)中的“落區(qū)法”?！敬鸢浮浚罕┯辍奥鋮^(qū)法”即暴雨“

14、綜合疊套法”，它是通過(guò)對(duì)暴雨成因分析，找到各種有利于暴雨發(fā)生發(fā)展的有利因子，將其疊加在同一張?zhí)鞖鈭D上，并分析出有利因子集中得最多的地區(qū)，這個(gè)地區(qū)便是暴雨最可能發(fā)生的地區(qū)。這種預(yù)報(bào)暴雨的方法稱為“綜合疊套法”，或稱為“圍區(qū)法”，“落區(qū)法”。61.簡(jiǎn)述用MOS法作暴雨預(yù)報(bào)的難點(diǎn)和修訂技術(shù)?！敬鸢浮浚篗OS預(yù)報(bào)制作暴雨預(yù)報(bào)面臨的難點(diǎn)是暴雨屬小概率事件，統(tǒng)計(jì)方法用于小概率事件的預(yù)報(bào)其效果不佳；而且暴雨的發(fā)生往往是次天氣尺度和中小尺度系統(tǒng)直接造成的，而目前的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，尚不能反映次天氣尺度以下的天氣系統(tǒng)。為此，我國(guó)在用MOS方法作暴雨預(yù)報(bào)時(shí)，常采用以下技術(shù)來(lái)克服和彌補(bǔ)上述缺陷：消空處理；對(duì)天氣形式分類

15、；挑選好的預(yù)報(bào)因子；適當(dāng)處理預(yù)報(bào)對(duì)象。62.什么是強(qiáng)對(duì)流？簡(jiǎn)述強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的典型形勢(shì)特征?！敬鸢浮浚簭?qiáng)對(duì)流天氣一般是指伴隨雷暴發(fā)生的大雹、強(qiáng)風(fēng)、龍卷風(fēng)等劇烈天氣。強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的典型形勢(shì)特征是高低層有高空急流和低空急流，在低層有暖濕舌伸展，中層有干舌疊加在低層濕舌之上，層結(jié)不穩(wěn)定度很大。63.如何預(yù)報(bào)雷暴大風(fēng)？【答案】：觀測(cè)證明，雷暴大風(fēng)通常是同強(qiáng)雷暴相聯(lián)系的，尤其是下?lián)舯┝?，它是超?jí)單體強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴的產(chǎn)物。當(dāng)天氣形勢(shì)為可能出現(xiàn)雷暴時(shí)，在預(yù)報(bào)工作實(shí)踐中常用以下方法預(yù)報(bào)大風(fēng)：使用雷達(dá)資料；使用衛(wèi)星云圖資料；使用探空資料；使用經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)；使用診斷指標(biāo)。64.簡(jiǎn)述冰雹預(yù)報(bào)的關(guān)注要點(diǎn)。【答案】：

16、冰雹預(yù)報(bào)的關(guān)注要點(diǎn)是：是否有強(qiáng)上升氣流；0和-20層高度是否適宜于冰雹胚胎不斷增大。-20層高度常在7.5km（400hPa）附近或以下，0層高度高度在4km（600hPa）左右；雹粒在通過(guò)凍結(jié)高度到地面這一氣層時(shí)的融化作用（凍結(jié)高度到地面的距離；這個(gè)距離內(nèi)的平均氣溫；雹粒尺寸）；使用多普勒雷達(dá)垂直累積液態(tài)含水量（VIL）資料，判斷雷暴云是否為冰雹云和出現(xiàn)冰雹的大小。65.什么叫CSI指標(biāo)？【答案】：CSI指標(biāo)即臨界成功指數(shù)。它是對(duì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率或?qū)σ环N預(yù)報(bào)方法和技術(shù)進(jìn)行客觀評(píng)估的指標(biāo)。CSI指標(biāo)同時(shí)考慮漏報(bào)和空?qǐng)?bào)兩類錯(cuò)誤，其數(shù)值在01之間。0表示完全失敗，1表示完全正確。CSI=x/(x+y+z

17、)其中x為成功的預(yù)報(bào)，y為漏報(bào)，z為空?qǐng)?bào)。66.試從表達(dá)式CSI=x/(x+y+z)推導(dǎo)出CSI=/1+(【答案】：步驟如下：注意到x+y0,以及z+w0，及(x+y)/N=（強(qiáng)雷暴概率）,(z+w)/N=（無(wú)強(qiáng)雷暴概率）,(N=x+y+z+w），x/(x+y)=（強(qiáng)雷暴探測(cè)概率）,w/(z+w)=（無(wú)強(qiáng)雷暴探測(cè)概率）,+=1,則有=1-=1-=/-./=(1-)/=1-=1-1CSI=/()=/1+67.簡(jiǎn)述甚短期和臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)?！敬鸢浮浚荷醵唐诤团R近預(yù)報(bào)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是：研究的對(duì)象主要是中小尺度系統(tǒng)，考慮的大氣物理過(guò)程復(fù)雜，涉及水相變化，對(duì)流傳輸，邊界層效應(yīng)，湍流和輻射平衡等。處

18、理的資料時(shí)空分辨率高，信息流量大；更新時(shí)效短；預(yù)報(bào)內(nèi)容要求具體，預(yù)報(bào)產(chǎn)品常需定地點(diǎn)、定時(shí)間、定要素核定強(qiáng)度；預(yù)報(bào)或警報(bào)的制作和發(fā)布要快速及時(shí)。68.位渦重要特性是什么？簡(jiǎn)述它們?cè)谔鞖夥治鲋械囊饬x?！敬鸢浮浚海?）位渦具有兩個(gè)重要特性是守恒性和可反演性。位渦的守恒性（即在絕熱、無(wú)摩擦條件下，運(yùn)動(dòng)大氣的位渦保持不變），使得可以通過(guò)追蹤位渦異常區(qū)（即位渦高值或低值區(qū)）來(lái)追蹤大氣擾動(dòng)的演變情況。位渦的可反演性是指在給定位渦分布和邊界條件，并假定運(yùn)動(dòng)是平衡（如地轉(zhuǎn)平衡、梯度風(fēng)平衡）情況下，可以反演出同一時(shí)刻的風(fēng)、溫度、位勢(shì)高度等的發(fā)布來(lái)。利用位渦守恒性和可反演性原理，通過(guò)等熵位渦分析，清楚地顯示了高空位渦異常和低層位溫異常