動(dòng)力氣象總復(fù)習(xí)

1、 1、何為局?jǐn)?shù)？大尺度人氣運(yùn)動(dòng)的局?jǐn)?shù)為多人？大尺度大氣運(yùn)動(dòng)的主要特征是什么？請利用Rossby數(shù)，分別判斷中高緯度人尺度人氣運(yùn)動(dòng)、中小尺度和熱帶人尺度人氣運(yùn)動(dòng)為何種性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？定義水平慣性力尺度=Ro=2Z=_L水平科氏力尺度fQu人厶大尺度運(yùn)動(dòng)：R0l中緯度人尺度大氣運(yùn)動(dòng)具有以卞特點(diǎn)：準(zhǔn)定常，準(zhǔn)水平，準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡，準(zhǔn)靜力平衡，準(zhǔn)水平無輻散，渦旋運(yùn)動(dòng)。中緯度人尺度運(yùn)動(dòng)：準(zhǔn)地轉(zhuǎn)中緯度中小尺度運(yùn)動(dòng)：非地轉(zhuǎn)熱帶大尺度運(yùn)動(dòng)：非地轉(zhuǎn)2、正壓大氣和斜壓大氣概念正壓大氣：密度的空間分布只依賴于氣壓，即P二P（p）,這種人氣狀態(tài)稱作正壓大氣。正壓大氣中等壓面、等密度面和等溫面重合在一起。斜壓大氣：密度的空間分布

2、不僅依賴于氣壓而且依賴于溫度，即P二P（p,T）,這種狀態(tài)稱作斜壓大氣。斜壓大氣中等壓面與等密度面、等溫面是交割的。3、何為熱成風(fēng)？請?jiān)敿?xì)說明熱成風(fēng)是由于人氣的斜壓性所引起，并由此說明大氣大尺度動(dòng)力系統(tǒng)與熱力系統(tǒng)在天氣圖上的主要表現(xiàn)特征，并舉出實(shí)例。熱成風(fēng)：地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的變化正壓大氣，等壓面上溫度分布均勻，熱成風(fēng)為0,上下運(yùn)動(dòng)一致。斜壓大氣，等壓面上溫度分布不均勻，熱成風(fēng)不為0,上下運(yùn)動(dòng)不一致。斜壓人氣是地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度改變的充要條件，也就是正壓人氣中不存在熱成風(fēng)。例如：（1）副熱帶高壓：從低層、到中層、直到高層，都表現(xiàn)為高壓（反氣旋）正壓系統(tǒng)成因一一動(dòng)力作用；（2）夏季的青藏高原：高層是反氣旋，

3、低層是氣旋，斜壓系統(tǒng)成因：熱力作用；三，渦度方程:渦度是什么？=樂速度的旋度渦度方程:散度項(xiàng)_(/)-/V-V0效應(yīng)項(xiàng)-和=5扭轉(zhuǎn)項(xiàng)葺初詈“嘰TOC o 1-5 h z力管項(xiàng)並竺_並竺_=_5、 HYPERLINK l bookmark8dxdydydxz粘性耗散項(xiàng)A戶丫Z作業(yè)：d乙d1、正壓大氣中渦度方程+v.v=o-|-j=o物理意義是什么？解釋atat說明系統(tǒng)有輻合、輻散運(yùn)動(dòng)和整體做南北運(yùn)動(dòng)時(shí)渦度的變化。絕對角動(dòng)量守恒輻散：反氣旋加強(qiáng)，氣旋減弱輻合：b/,則歹T=氣旋加強(qiáng)，反氣旋減弱)輻合、輻散：。變化=裂化Fo=/T,則歹I；|vf丄,則了To系統(tǒng)南、北運(yùn)動(dòng)，f變化變化輻合、輻散：2、

4、請說明一個(gè)氣旋系統(tǒng)作輻合運(yùn)動(dòng)和向南運(yùn)動(dòng)時(shí)，其強(qiáng)度將會(huì)加強(qiáng)。-XFnr7-RCDB-卩東力Itao作性合背力氣旋輻是氏生氣有不用產(chǎn)肢若而瓠輕作反氣旋力5性這個(gè)氣旋系統(tǒng)整體作向南的運(yùn)動(dòng)靠癩篠魏野的運(yùn)動(dòng)3、B平面近似、B效應(yīng)B平面近似：由于科氏參數(shù)隨緯度變化，當(dāng)氣塊作南北運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽連渦度發(fā)生變化：為了保持絕對渦度守恒，這時(shí)相對渦度會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化（系統(tǒng)發(fā)生變化），這種效應(yīng)稱為B效應(yīng)。B效應(yīng)：科氏參數(shù)f是緯度y的非線性函數(shù)，近似地將f表示成y地線性函數(shù)，這種近似稱為B平面近似，即：四，能量學(xué)能量形態(tài)無限高氣柱的位能一內(nèi)能的關(guān)系。一一全位能？一一有效位能？對無窮高氣柱而言，人氣的內(nèi)能與位能成正比，同時(shí)增

5、減，故定義:全位能=位能+內(nèi)能E=+1=I+1G_Cv+AR/_CPjcvcv質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能方程如何推導(dǎo)？卩”運(yùn)動(dòng)方程”引起動(dòng)能變化的機(jī)制：壓力梯度力的作用。閉合系統(tǒng)：什么是？特點(diǎn)：沒有通過運(yùn)動(dòng)形式引起的物流交換；所有通量都等于0。（全位能A與動(dòng)能K:AK）閉合系統(tǒng)能量守恒一一絕熱無摩擦轉(zhuǎn)化條件：必要條件是垂直運(yùn)動(dòng)：暖空氣輸送，冷空氣下沉，全位能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化。作業(yè)：1、人氣中有哪幾種能量形式？內(nèi)能與位能的關(guān)系2、位能一一重力一保守力單位質(zhì)量氣塊的位能：gz2、內(nèi)能一一熱力學(xué)能量A這里，CVT單位是卡，4-熱功當(dāng)量。L/=4卡,1卡=丄丿3、動(dòng)能一一標(biāo)志著天氣系統(tǒng)的強(qiáng)度單位質(zhì)量氣塊所具有的動(dòng)能：2V4

6、、潛熱能*定義：系統(tǒng)中所有水汽全部凝結(jié)所釋放的熱量2、全位能和有效位能概念：緯向平均運(yùn)動(dòng)全位能=位能+內(nèi)能E=+I=I+Iq_CV+AR_Cpcvcv有效位能：在閉合系統(tǒng)中，經(jīng)過干絕熱過程，從初始狀態(tài)調(diào)整到水平穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)所能釋放的最大全位能，稱為有效位能。有效位能，可以理解為：能夠被釋放出來的那部分全位能。緯向平均運(yùn)動(dòng)：指大氣盛行的以極地為中心并繞其旋轉(zhuǎn)的緯向氣流，這是人氣環(huán)流的最基本的狀態(tài)，就對流層平均緯向環(huán)流而言，低緯度地區(qū)盛行東風(fēng)，稱為東風(fēng)帶（由于地球的旋轉(zhuǎn),北半球多為東北信風(fēng)，南半球多為東南信風(fēng)，故又稱為信風(fēng)帶）；中高緯度地區(qū)盛行西風(fēng)，稱為西風(fēng)帶（其強(qiáng)度隨高度增人，在對流層頂

7、附近達(dá)到極大值，稱為西風(fēng)急流）；極地還有淺薄的弱東風(fēng)，稱為極地東風(fēng)帶。3、閉合系統(tǒng)中動(dòng)能與全位能發(fā)生轉(zhuǎn)換的必要條件是什么？何時(shí)動(dòng)能向全位能轉(zhuǎn)換？何時(shí)全位能向動(dòng)能轉(zhuǎn)換？垂直運(yùn)動(dòng)是閉合系統(tǒng)中動(dòng)能與全位能轉(zhuǎn)換的必要條件。物理本質(zhì)：暖空氣一輕一上升冷空氣一重一下沉系統(tǒng)質(zhì)心下降，全位能減少，動(dòng)能增加,反之，亦成立急流軸北邊：西北-東南走向;A-|4-IflIrinI南邊：東：匕-西南走向。急流軸上槽移速急流兩邊槽移速慢斜槽結(jié)構(gòu)4、根據(jù)實(shí)際人氣北半球中高緯度大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（斜槽結(jié)構(gòu)），利用卞式說明擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能將向平均運(yùn)動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換。rF-oO南邊oOrrrrO-u-y99且=f與/正相關(guān)=K；K=

8、foya何誇M05、根據(jù)實(shí)際大氣北半球中高緯度位勢高度場和溫度場的配置，利用卜式說明擾動(dòng)有效位能將向擾動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換的機(jī)制。A,K=-JkZ7dM,其中符號(hào)同慣常意義。，溫度槽落后于氣壓槽=4tK槽前上升運(yùn)動(dòng)，槽后下沉運(yùn)動(dòng)一一暖空氣上升，冷空氣下沉。6、實(shí)際人氣北半球中高緯度緯向平均有效位能轉(zhuǎn)換成擾動(dòng)有效位能（刁tA）的機(jī)制。那）喋）解）井熱量由南向北輸送南,瞬拐I起：南北方向溫度分布均勻;某個(gè)締圈上溫度不均軌熱量的經(jīng)向輸送，使得暖區(qū)失去熱量，冷區(qū)得到熱量在緯圈上形成溫度分布不均勻=4T一一溫度槽落后于高度槽7、試論述犬型渦旋在實(shí)際大氣能量循環(huán)中的重要作用。答：首先，通過大型渦旋引起的熱量經(jīng)向輸送

9、，使得平均有效位能向擾動(dòng)有效位能轉(zhuǎn)換；然后，又通過人型渦旋中的垂直運(yùn)動(dòng)，使得擾動(dòng)有效位能向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換；再通過衣型渦旋的斜槽結(jié)構(gòu)引起動(dòng)量輸送，使得擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能向平均運(yùn)動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換；最后，通過大型渦旋耗散了大部分動(dòng)能。所以說，人型渦旋在實(shí)際能量循壞中起著重要作用。8、EKman抽吸、二級壞流及大氣旋轉(zhuǎn)減弱在邊界層中，三力平衡卞，風(fēng)要穿越等壓線，從高壓指向低壓，則氣旋區(qū)產(chǎn)生輻合上升，反氣旋區(qū)產(chǎn)生輻散下沉。這種邊界層頂?shù)拇怪边\(yùn)動(dòng)，稱為Ekman抽吸。相應(yīng)的，自由大氣中的氣旋區(qū)要產(chǎn)生輻散，反氣旋區(qū)要產(chǎn)生輻合，這樣就在垂直面內(nèi)形成閉合環(huán)流。如果將水平面上的氣旋、反氣旋，稱為一級壞流，則稱這個(gè)由一級壞流

10、誘發(fā)的、在垂直面上的閉合壞流，為二級環(huán)流人氣旋轉(zhuǎn)減弱：二級環(huán)流的作用：使邊界層與自由人氣發(fā)生物理量交換。邊界層中角動(dòng)量小的古，輸送到自由大氣自由大氣中角動(dòng)量大白憲氣，輸送到邊界層c結(jié)果：由自由人氣向邊界層輸送角動(dòng)量。自由大氣角動(dòng)量減少，人氣旋轉(zhuǎn)減弱，邊界層角動(dòng)量增加，以補(bǔ)償耗散邊界層中:氣旅區(qū)輻合=氣臉加強(qiáng)旋轉(zhuǎn)減弱：自由人氣在?？寺玫淖饔帽?，若無外部能量的供給，其渦度會(huì)隨時(shí)間發(fā)生衰減,這種衰減就稱為旋轉(zhuǎn)減弱五，波動(dòng)學(xué)一一主流理論。槽脊，長波，短波波動(dòng)中的術(shù)語。波動(dòng)概念：1）振蕩機(jī)制一一回復(fù)機(jī)制（負(fù)反饋機(jī)制）2）傳播機(jī)制一一質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)間的相互聯(lián)系。特點(diǎn)：空間、時(shí)間上周期變化。波參數(shù)：有哪些？定

11、義？關(guān)系？求波解？單波：討論波動(dòng)傳播問題，不能討論波的發(fā)展。群速度一一波群一一群速度微擾動(dòng)的線性化方法：基本思想、假設(shè)？如何做？基本方程中有哪些波？各種波的機(jī)制、性質(zhì)？濾波條件？重力內(nèi)波一一浮力振蕩（體現(xiàn)產(chǎn)生機(jī)制）B效應(yīng)（體現(xiàn)Rossby波產(chǎn)生機(jī)制）重力外波一一用自由面h體現(xiàn)的連續(xù)方程一一h變化，引起輻合輻散一一傳播機(jī)制。上游效應(yīng)會(huì)解：重力外波，大氣長波物理（氣象）模型、數(shù)學(xué)模型、線性化、設(shè)波解、本征值、求波速5討論氣彖意義濾波概念：掌握思想。作業(yè)：1、頻散波和非頻散波；相速度和群速度；上游效應(yīng)和下游效應(yīng)；浮力振蕩，穩(wěn)定層結(jié)和不穩(wěn)定層結(jié)相速度是位相的傳播速度，如槽脊的移速群速度是振幅/嘩樂雪速

12、度。不穩(wěn)定層結(jié)：若即周闈溫度卞降得快，故氣團(tuán)T周圍，重力浮力，凈浮力向上穩(wěn)定層結(jié)：若，即周圍溫度下降得慢，故氣團(tuán)T周圍，重力浮力，凈浮力向卞非頻散波：c與k無關(guān)一一該波動(dòng)的波速與波長無關(guān)，波動(dòng)的能量頻散波：C與k有關(guān)一一該波動(dòng)的波速與波長有關(guān)浮力振蕩：在穩(wěn)定層結(jié)中，當(dāng)氣團(tuán)受到垂直擾動(dòng)時(shí)，它要受到與位移相反的凈浮力（回復(fù)力）作用而在平衡位置附近發(fā)生振蕩，這種振蕩稱為浮力振蕩。上游效應(yīng)：波動(dòng)的能量先于波動(dòng)傳到下游，會(huì)在卜游加強(qiáng)原擾動(dòng)或激發(fā)新的波動(dòng)，稱為上游效應(yīng)。下游效應(yīng)：下游波動(dòng)對上游波動(dòng)的影響2、已知自由表面高度為h的均質(zhì)不可壓人氣滿足下式:dudu1dppdx1dppdzg=0其中符號(hào)同慣常意

13、義。+u=dtdx #dudw八dxdz請說出重力外波傳播的物理機(jī)制。導(dǎo)出重力外波的波速公式，并討論之。1.2.dududh一+u=-gdtdxdxdhdh.du一+u一+h=.dtdxdx水平輻合輻散 # diC_dufdudh+u+u+r=0ctdxdxdx=dhf_dhf,dhfuoil.,oil+u+u+H+/?=0.dtdxdxdxdx：(舟+歷-)(2)(H$)(l)+g/Fctoxoxdtdx自由表面坡度產(chǎn)生壓力梯度力，改變?nèi)藲獾乃竭\(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生的輻合輻散運(yùn)動(dòng)又改變自由TOC o 1-5 h z表面的坡度。，_令h-Hhfh=constu=u+uu=Constdll9_oh9A

14、/lv+U+P=0-T(1)dtdxdxdhf_dh9du+ufH=0(2)otdxdx消去d/口0、小3_。2八討片A(t-+X2)-(H)(1)(+w)h-gH=0dtoxdxdtdxdx令形式解：H=AdE)=(ikc+uik)2hr-gH(ik)2hf=0要使WOn(c_歷)2_gH=oc=uyH討論：重力外波線性疊加在基本氣流上雙向傳播如g=10m/s2,H二10km時(shí)，彩300m/s快波，高頻波。非頻散波。3、已知方程:7ddaXcc+u+v歹+Qv=0V&dxdyJwddu5dx勿dudv八+=0其中：各符號(hào)同慣常意義。（1）由上式導(dǎo)出局ssby波的波速和群速公式，并討論之。線性

15、化：u-u+uv-vu-Constp-pf即假設(shè)人氣長波疊加在均勻的西風(fēng)基流上（中高緯人氣上空的西風(fēng)氣流并不均勻，存在西風(fēng)急流）代入方程，得到6門腫夕-V,，空+0V+u+u+vdtdxdxdudvc+=0dxdy略去二階小量，得到:=(-ico+iku)(ik)2+(il)2+J3ik=0WhoCDCD波速:群速度:(2)請說出局ssby波的主要特征及其形成的物理機(jī)制。Rossby波產(chǎn)生、傳播、振蕩所有機(jī)制，都是B效應(yīng)。4、何謂吻應(yīng)？很據(jù)Rossby波的傳播機(jī)制，說明下圖所示的渦旋系統(tǒng)將會(huì)向西其左側(cè)：軍0,故左半個(gè)加強(qiáng)：右側(cè)：牟0,故右半個(gè)減弱。dtdtn反氣旋的強(qiáng)度中心位置西移 # #東邊第一個(gè)氣旋中心：0.其左側(cè)：牟()故