動(dòng)力氣象復(fù)習(xí)資料(名詞解釋和簡(jiǎn)答)

1、一、各章節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容第一章：地球大氣的基本特征？第二章：描述大氣運(yùn)動(dòng)的基本方程組包括哪些？根據(jù)P23（2.52）推導(dǎo)位溫公式。根據(jù)球坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)方程組P28（2.78）,證明絕對(duì)角動(dòng)量守恒P29（2.82）式。絕對(duì)坐標(biāo)系、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系和局地直角坐標(biāo)系的區(qū)別，作圖說明。第三章：掌握尺度分析的方法，能對(duì)簡(jiǎn)單的方程進(jìn)行尺度分析。第四章：z坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到p坐標(biāo)所需要的數(shù)學(xué)物理?xiàng)l件，P坐標(biāo)的優(yōu)缺點(diǎn)？第五章：自由大氣中根據(jù)力的平衡存在哪幾種平衡？平衡的關(guān)系式是什么？正壓大氣與斜壓大氣的概念。推導(dǎo)熱成風(fēng)方程（p94-p95）,并利用熱成風(fēng)判斷冷暖平流。第六章：自然坐標(biāo)系中，推導(dǎo)渦度的表達(dá)式，并分析各項(xiàng)的意義P

2、111。根據(jù)z坐標(biāo)系中的水平動(dòng)量方程推導(dǎo)渦度方程，并簡(jiǎn)要解釋各項(xiàng)的意義。根據(jù)位渦守恒原理解釋形成過山槽的原因。第七章：有效位能的概念。內(nèi)能、重力位能、動(dòng)能、潛熱能的表達(dá)式。第八章：大氣中行星邊界層的主要特征，公式推導(dǎo)及解釋?？寺槲?？公式推導(dǎo)及解釋旋轉(zhuǎn)衰減作用？第九章：利用微擾動(dòng)法和標(biāo)準(zhǔn)波型法分析大氣波動(dòng)特征，如重力外波、重力慣性外波？或者，根據(jù)布西內(nèi)斯克近似方程組分析，重力內(nèi)波或慣性內(nèi)波？第十章：描述地轉(zhuǎn)演變過程？地轉(zhuǎn)適應(yīng)過程和演變過程在哪些方面體現(xiàn)了區(qū)分？第一章：通過無量綱化方程組，利用攝動(dòng)法推導(dǎo)第一類正壓大氣零級(jí)和一級(jí)方程組（P255-P257）。利用P260（11.45）推導(dǎo)位勢(shì)傾向方

3、程并說明位勢(shì)傾向方程中各項(xiàng)物理意義，或推導(dǎo)3方程及解釋各項(xiàng)物理意義。第十二章：幾個(gè)概念：慣性不穩(wěn)定、正壓不穩(wěn)定、斜壓不穩(wěn)定、對(duì)稱不穩(wěn)定第十四章：CISK，熱帶大氣動(dòng)力學(xué)的基本特征名詞解釋（20分左右）簡(jiǎn)述題（20分左右）簡(jiǎn)單計(jì)算（10分左右）簡(jiǎn)單推導(dǎo)（10分左右）復(fù)雜推導(dǎo)、證明、解釋等題（40分左右）二、名詞解釋要求(1)冷暖平流，(2)羅斯貝數(shù)，(3)梯度風(fēng)，(4)地轉(zhuǎn)風(fēng)，(5)平面近似，(6)Ekman抽吸，旋轉(zhuǎn)減弱，(8)慣性不穩(wěn)定，(9)斜壓不穩(wěn)定，(10)CISK，(11)正壓不穩(wěn)定，尺度，(14)基別爾數(shù)，(15)里查森數(shù)，(16)熱成風(fēng)，(17)地轉(zhuǎn)偏差，速度環(huán)流，(19)渦度，

4、(20)有效位能，(21)攝動(dòng)法，(22)慣性穩(wěn)定，(23)中尺度對(duì)稱不穩(wěn)定，(24)條件不穩(wěn)定，(25)氣壓梯度力，(26)重力，(27)平衡流場(chǎng)，(28)Q矢量，(29)位勢(shì)傾向，(30)質(zhì)量守恒數(shù)學(xué)表達(dá)三、理解物理過程要求1地轉(zhuǎn)偏差及其作用？2有效位能及其性質(zhì)？3尺度，尺度分析法，尺度分析法的不確定性？4為什么說等壓面圖上等高線愈密集的地區(qū)水平氣壓梯度力愈大？p坐標(biāo)建立的條件是什么？p坐標(biāo)的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？6簡(jiǎn)述大氣長(zhǎng)波的形成機(jī)制？什么是微擾動(dòng)法？斜壓不穩(wěn)定波的結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)？簡(jiǎn)述科里奧利力隨緯度的變化？大氣中考慮哪幾種能量？簡(jiǎn)述凈力平衡大氣中全球能量平衡過程？薄層近似？局地直角坐標(biāo)系？與

5、一般直角坐標(biāo)系的區(qū)別？熱力學(xué)變量尺度及其特征？什么是。坐標(biāo)系？位勢(shì)渦度守衡及其過山槽的形成？標(biāo)準(zhǔn)波形法？重力慣性外波生成的物理機(jī)制是什么？為什么說當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)平衡遭到破壞后，就會(huì)激發(fā)出重力慣性外波？而在地轉(zhuǎn)平衡條件下，不存在或者說濾去了重力慣性外波？什么是Boussinesq近似？什么是滯(非)彈性近似？采用Boussinesq近似或滯彈性近似為什么可以濾去聲波？從物理上說明靜力平衡近似可以濾去沿垂直方向傳播的聲波，但不能濾去沿水平方向傳播的Lamb波。為什么說斜壓準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不可能是純水平環(huán)流，即在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)水平環(huán)流之上必迭置有二級(jí)環(huán)流？這一二級(jí)環(huán)流有何重要性？它與Ekman抽吸作用造成的二級(jí)環(huán)流在性質(zhì)

6、上、作用上有何差別？用Q矢量表示的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)方程有何優(yōu)點(diǎn)？試討論鉛直運(yùn)動(dòng)與Q矢量的關(guān)系，為什么說Q矢量的方向總是指向上升區(qū)？、名詞解釋要求（1）冷暖平流：由溫度的個(gè)別變化與局地變化的關(guān)系可知：dT=dT-.T-WdT；dT=0,=0,則有,dtdtdtdtdT-祝=-5存=dT當(dāng)西0,即沿著水平速度方向溫度是升高的，風(fēng)由冷區(qū)吹向暖區(qū)，這時(shí)-U西0（即西0）,會(huì)引起局地溫dsdsdt度降低，便說有冷平流。當(dāng)9T0,即沿著水平速度方向溫度是降低的，風(fēng)由暖區(qū)吹向冷區(qū)，這時(shí)-如0（即西0）,會(huì)引起局地溫dsdsdt度降低，便說有暖平流。氣運(yùn)動(dòng)的類型（3）梯度風(fēng)：（2）羅斯貝數(shù)：水平慣性力與水平科氏力的尺度

7、之比，即心=2，表示大氣運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)程度，也可用來判別大0fL大、中、小尺度）和特性（線性和非線性）?？剖狭?、慣性離心力和水平氣壓梯度力三力達(dá)成的平衡。此時(shí)的空氣運(yùn)動(dòng)稱為梯度風(fēng)，即V2idp4）地轉(zhuǎn)風(fēng)：-+fv+d=0等壓線為一族平行的直線（）時(shí)的平衡流場(chǎng)稱為地轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)，或稱為地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，水平氣壓梯度力與科氏力相平衡。這時(shí)的空氣作水平直線運(yùn)動(dòng)，稱為地轉(zhuǎn)風(fēng)，表達(dá)式為：刃=-丄。9fp（5）平面近似：中高緯地區(qū)，對(duì)大尺度運(yùn)動(dòng)，L/a1,則f=f0+By，其中f=2sin0=C，0=2co%=c,00a當(dāng)f處于系數(shù)地位不被微商時(shí)，取f=f0,當(dāng)f處于對(duì)y求微商地位時(shí)，取吐=B=常數(shù)。dy這

8、種近似即所謂的平面近似（6）Ekman抽吸：在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)渦旋流場(chǎng)中，由于湍流摩擦效應(yīng)將會(huì)在艾克曼層中造成強(qiáng)迫的鉛直環(huán)流，它疊加在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)水平環(huán)流之上，稱之為二級(jí)環(huán)流，由于二級(jí)環(huán)流是由行星邊界層摩擦所驅(qū)動(dòng)的，所以產(chǎn)生此種二級(jí)環(huán)流的機(jī)制稱為Ekman抽吸或艾克曼泵。（7）旋轉(zhuǎn)減弱：行星邊界層的湍流摩擦通過ekman抽吸形成的二級(jí)環(huán)流可使準(zhǔn)地轉(zhuǎn)渦旋強(qiáng)度減弱，這種作用稱之為旋轉(zhuǎn)衰減作用。（8）慣性不穩(wěn)定：在基本流場(chǎng)為西風(fēng)且有水平切變的情況下，氣塊因南北位移離開原來位置后，若繼續(xù)遠(yuǎn)離原來位置的趨勢(shì)，則稱其為慣性不穩(wěn)定。（9）斜壓不穩(wěn)定：在具有鉛直切變基流中產(chǎn)生的長(zhǎng)波不穩(wěn)定稱為斜壓不穩(wěn)定。（10）CISK：天氣

9、尺度擾動(dòng)造成的濕空氣的強(qiáng)烈輔合使積云得到發(fā)展，而有組織積云對(duì)流釋放潛熱為天氣尺度的擾動(dòng)發(fā)展提供能量，當(dāng)積云尺度和天氣尺度擾動(dòng)之間的這種相互作用導(dǎo)致天氣尺度擾動(dòng)不穩(wěn)定增長(zhǎng)時(shí)，這一過程稱為第二條件不穩(wěn)定?？s寫CISK.（11）正壓不穩(wěn)定：在具有水平切變氣流中產(chǎn)生的長(zhǎng)波不穩(wěn)定稱為正壓不穩(wěn)定，正壓不穩(wěn)定的必要條件是基本緯向氣流的絕對(duì)渦度在區(qū)間內(nèi)存在極值，擾動(dòng)發(fā)展的能量來自及基本緯向氣流的平均動(dòng)能。（13）尺度：各物理場(chǎng)變量“具有代表意義的量值”稱之為物理場(chǎng)變量的特征值，某一物理場(chǎng)變量的“尺度”正是指它的特征值。（14）基別爾數(shù)：局地慣性力與水平科氏力之比或慣性特征時(shí)間尺度與運(yùn)動(dòng)時(shí)間尺度之比，即=丄=“

10、（=丄fTTefQ為慣性運(yùn)動(dòng)周期），可用來判別大氣運(yùn)動(dòng)的定常性和快慢性。（15）里查森數(shù)：:戲=巫也，是一個(gè)與大氣層結(jié)穩(wěn)定度和風(fēng)的鉛直切變有關(guān)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。（P56,P175）U2（16）熱成風(fēng)：鉛直方向上兩等壓面上地轉(zhuǎn)風(fēng)的矢量差。（17）地轉(zhuǎn)偏差：實(shí)際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)的矢量差，=y-K18）速度環(huán)流：流場(chǎng)中某一有向閉合物質(zhì)曲線上的速度切向分量沿該閉合物質(zhì)曲線的線積分，定義為速度環(huán)流，簡(jiǎn)稱環(huán)流。以C代表環(huán)流，貝yc=0可應(yīng)=0Vcosads,其中dF是和環(huán)線L方向一致的有向弧線，a是可與ds之間的夾角。（19）渦度：速度場(chǎng)的旋度。用刀表示。刀=v3x可。（在本書中一般將渦度的鉛直分量簡(jiǎn)稱為渦度。）（

11、20）有效位能：在大氣現(xiàn)有狀態(tài)下的全位能與經(jīng)過絕熱調(diào)整后達(dá)到層結(jié)穩(wěn)定、等壓面和等溫面重合且呈水平分布狀態(tài)（這一狀態(tài)稱為參考狀態(tài)）時(shí)尚存的全位能之差，定義為有效位能。P142（21）攝動(dòng)法：攝動(dòng)法又稱小參數(shù)展開法。利用攝動(dòng)法求方程的漸進(jìn)解，通常要將物理方程和定解條件無量綱化在無量綱方程中選擇一個(gè)能反映問題物理特征的無量綱小參數(shù)作為攝動(dòng)量，然后假設(shè)解可按參數(shù)展成冪級(jí)數(shù)，然后將這一形式級(jí)數(shù)帶入無量綱方程后，可得各級(jí)近似方程，依據(jù)這些方程可確定冪級(jí)數(shù)的系數(shù)，對(duì)級(jí)數(shù)進(jìn)行截?cái)啵愕玫皆匠痰臐u進(jìn)解。（22）慣性穩(wěn)定：當(dāng)基本流場(chǎng)中的氣流具有水平切變時(shí)，微團(tuán)受迫產(chǎn)生相對(duì)于基本氣流的水平位移，若基本氣流對(duì)微團(tuán)的

12、位移起抑制作用，即能使微團(tuán)回到原來的平衡位置，則稱慣性穩(wěn)定。慣性穩(wěn)定的判據(jù)為：f-西0。（p279）dy（23）中尺度對(duì)稱不穩(wěn)定：是指在具有風(fēng)速切變的基本氣流中，即使在鉛直方向和水平方向分別是對(duì)流穩(wěn)定和慣性穩(wěn)定的，但是當(dāng)空氣作傾斜上升運(yùn)動(dòng)時(shí)，在浮力和旋轉(zhuǎn)的共同作用下，仍然可能出現(xiàn)一種不穩(wěn)定現(xiàn)象對(duì)稱不穩(wěn)定。因其具有中尺度特征，以及它在導(dǎo)致中尺度擾動(dòng)不穩(wěn)定增長(zhǎng)中的重要作用，所以又稱為中尺度對(duì)流不穩(wěn)定。（24）條件不穩(wěn)定：指大氣層結(jié)對(duì)干空氣塊絕熱上升運(yùn)動(dòng)而言是穩(wěn)定的，對(duì)飽和濕空氣塊作假絕熱上升運(yùn)動(dòng)是不穩(wěn)定的。判斷依據(jù)s0，e0,有下沉運(yùn)動(dòng)；Q矢量輻合區(qū)，VQ0，e0,有上升運(yùn)動(dòng).）（P272）（29

13、）位勢(shì)傾向：稱妙（即型）為位勢(shì)傾向。dtdt（30）質(zhì)量守恒數(shù)學(xué)表達(dá)：即連續(xù)方程血+PJ可=0dt33三、理解物理過程要求1地轉(zhuǎn)偏差及其作用？答：地轉(zhuǎn)偏差是指實(shí)際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)的矢量差。其作用有：地轉(zhuǎn)偏差是天氣系統(tǒng)的一個(gè)動(dòng)力因子：有地轉(zhuǎn)偏差時(shí)，空氣微團(tuán)才可能做穿越等壓線運(yùn)動(dòng)，從而引起質(zhì)量重新分布，造成氣壓場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的變化。所以地轉(zhuǎn)偏差是天氣系統(tǒng)演變的一個(gè)動(dòng)力因子。地轉(zhuǎn)偏差對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的制造和轉(zhuǎn)換起著重要作用，當(dāng)有地轉(zhuǎn)偏差時(shí)，若實(shí)際風(fēng)偏于低壓一側(cè)，水平氣壓梯度力對(duì)空氣微團(tuán)做功，其動(dòng)能將增加；若實(shí)際風(fēng)偏于高壓一側(cè)，空氣微團(tuán)反抗水平氣壓梯度力做功，其動(dòng)能將減小。因此，地轉(zhuǎn)偏差對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的制造和轉(zhuǎn)換起

14、著重要作用。地轉(zhuǎn)偏差對(duì)鉛直運(yùn)動(dòng)有重要意義：大氣水平散度=竝+凹=匚鳴+取f為常數(shù)時(shí)均+塢=0,故如+dxdydxdydxdydx如=如+如，即實(shí)際風(fēng)水平散度主要由地轉(zhuǎn)偏差決定。鉛直運(yùn)動(dòng)與水平散度聯(lián)系在一起，如水平散度為零，也就dydxdy無鉛直運(yùn)動(dòng)，從而也就沒有云雨天氣現(xiàn)象出現(xiàn)了。2有效位能及其性質(zhì)？答：有效位能是指大氣現(xiàn)有狀態(tài)下的全位能與經(jīng)過絕熱調(diào)整后達(dá)到層結(jié)穩(wěn)定，等壓面和等溫面重合且呈水平分布狀態(tài)(即參考狀態(tài))時(shí)尚存的全位能之差。有效位能性質(zhì)：大氣做絕熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，全球大氣的有效位能與動(dòng)能之和不會(huì)改變。有效位能完全決定于初始狀態(tài)的質(zhì)量分布。等壓面、等溫面呈水平分布狀態(tài)且層結(jié)穩(wěn)定時(shí)，有效位能等于

15、零。大氣為斜壓狀態(tài)時(shí)，有效位能總是為正值。3尺度，尺度分析法，尺度分析法的不確定性？答：尺度：各物理場(chǎng)變量“具有代表意義的量值”稱之為物理場(chǎng)變量的特征值，某一物理場(chǎng)變量的“尺度”正是指它的特征值。尺度分析法：依據(jù)表征某類運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和熱力狀態(tài)個(gè)物理量的特征值，估計(jì)大氣運(yùn)動(dòng)方程中各項(xiàng)量級(jí)大小的一種方法。不確定性：參數(shù)選擇的不確定性；尺度分類由于有交叉而造成的不確定性；計(jì)算的不確定性。(其他答案：a.尺度只是物理場(chǎng)變量具有代表意義的特征值，并不是物理場(chǎng)變量的確切值，故尺度本身就具有不確定性。b.尺度的運(yùn)算是按一定的規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)對(duì)運(yùn)算結(jié)果的尺度經(jīng)行大致的估計(jì)。c.大氣尺度的分類并沒有嚴(yán)格的確定的

16、界限，具有不確定性。)4為什么說等壓面圖上等高線愈密集的地區(qū)水平氣壓梯度力愈大？答：等壓面上存在的高度形勢(shì)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，絕對(duì)形勢(shì)圖上等壓面高度的高值區(qū)對(duì)應(yīng)于等壓面圖上的高值區(qū)，等壓面高度的低值區(qū)對(duì)應(yīng)于等高面圖上的低壓區(qū)。因此，等壓面圖上的等高線越密集，則對(duì)應(yīng)的等高面圖上的等壓線越密集，從而相同高度內(nèi)氣壓的水平變化就越大，水平氣壓梯度力就越大，水平力也越大。5.p坐標(biāo)建立的條件是什么？p坐標(biāo)的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答:條件：數(shù)學(xué)條件:p(x,yz,t)是連續(xù)的，且具有連續(xù)偏導(dǎo)數(shù)。當(dāng)x,y,t固定時(shí)，p(x,y,zt)是z的單調(diào)函數(shù)，即亜牛0；dz物理?xiàng)l件:滿足靜力平衡條件，即dp=-pg0dzP坐標(biāo)

17、系的優(yōu)點(diǎn)：P坐標(biāo)系中的大氣運(yùn)動(dòng)方程組減少了一個(gè)場(chǎng)變量P,密度的影響隱含在等壓位勢(shì)變化之中，氣壓梯度力成為線性項(xiàng)，形式簡(jiǎn)單連續(xù)方程具有較簡(jiǎn)單的形式，成了一個(gè)診斷方程，大氣運(yùn)動(dòng)方程組只由三個(gè)預(yù)報(bào)方程、兩個(gè)診斷方程組成。日常氣象業(yè)務(wù)工作采用的等壓面分析法，便于利用P坐標(biāo)系方程組經(jīng)行診斷計(jì)算與分析。等壓面相對(duì)于水平面的坡度很小，可以認(rèn)為是準(zhǔn)水平的，因此，它近似反映了等壓面平均高度上的要素水平分布特征。缺點(diǎn):難以給出正確的下邊界條件對(duì)于小尺度運(yùn)動(dòng)不滿足靜力平衡條件，不能用P坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)方程來描述它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。簡(jiǎn)述大氣長(zhǎng)波的形成機(jī)制？（P211）答:正壓水平無輻散渦度方程為dZ=烈,可知：當(dāng)有dt南北運(yùn)動(dòng)時(shí)，因