1、第 1 页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 2 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
2、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、无摩擦和定常运动，且周围无水汽交换，那么单位质量湿空气的显热能、位能、动能、潜热能之和守恒。6. 有效位能是动能唯一的“源”，但不是唯一的“ 汇”。7. 风随高度分布的对数定律是指在不稳定条件下，近地面层的风速分布特征。8. 不规则湍涡运动会
3、引起动量和其它物理量的输送，它的最小单位是分子。9. 动力气象学是流体力学的一个分支。10. 物理量的空间分布称为物理量场。第 3 页11. 气压梯度力反比于气压梯度。12. 速度散度代表物质体积元的体积在运动中的相对膨胀率。13. 笛卡尔坐标系中的三个基本方向在空间中是固定的，球坐标系中的三个基本方向随空间点是变化的。14. 大气运动被分成大、中、小尺度是按照时间尺度划分的。15. 当 f 处于系数地位不被微商时，取 f=f0；当 f 处于对 y 求微商地位时，取 df/dy=常数，此种处理方法称为 平面近似。16. 连续方程一级简化后，说明整层大气是水平无辐散的。17. 波动的参数包括很多
4、，其中波数与波长成正比。18. 用 x 轴表示波动传播方向，等位相面沿 x 方向移动的速度为相速。19. 大气声波的相速决定于基本气流和大气的热性质和热状态，与波长无关，所以是频散波。20. 声波只在水平方向传播。21. 纯重力内波的特点之一是相速矢量和群速矢量水平分量是相互垂直的。22. 纯重力内波的特点之一是相速矢量和群速矢量铅直分量是相互垂直的。23. 取准地转近似不仅可以滤去重力惯性外波，还可以保证涡旋性慢波不受歪曲。24. 湍流不仅可以引起动量的输送，还会引起热量、水汽和空气中悬浮物质的输送。25. 埃克曼螺线解的一个最显著的特征是风有指向高压一侧的分量。26. 不规则湍涡运动会引起
5、动量和其它物理量的输送，它的最小单位是分子。27. 大气位能可以直接转换成水平运动动能。28. 一般来说，单是铅直运动就能改变动能和全位能。29. 等压面、等温面成水平分布状态且层结稳定时，有效位能不等于零。30. 空气微团做上升运动时，其位能减小，作下沉运动时位能增加。31. 局地非绝热产生的有效位能的效率，当等位温面上高压区冷却，将使有效位能增加。32. 有效位能仅是全位能能够转换为动能的上限值。33. 有效位能完全决定于大气初始状态，大气为斜压状态时，有效位能为零。34. 贴地层中有一个重要的物理量，是粗糙度，他决定于下垫面的物理性质。三、填空题1. 地转偏向力的大小与纬度成（ ） ，在
6、赤道为（ ） 。2. 地转偏差与水平加速度方向相垂直，在北半球指向水平加速度的（ ）侧，其大小与水平加速度成正比，与纬度的正弦为（ ） 。第 4 页3. 梯度风平衡是指（ ） 、 （ ）和（ ）三力达成的平衡。4. 建立 P 坐标系的物理基础为（ ） ，采用 P 坐标系的优点是（ ） ，并可（ ） 。5. 随高度的增加，只要（ ）不变，热成风的大小和方向就不变.6. 引起绝对铅直涡度变化的原因有（ ） 、 （ ） 、 （ ）和（ ） 。 7. 北半球地转风随高度逆时针旋转，与此伴随的平流为（ ） 。8. 在大气行星边界层中，近地面层又称为（ ） ，上部摩擦层又称为（ ） 。9. 在埃克曼层中，
7、风速随高度增加（ ） ，风向随高度增加（ ） 。10. 定常情况下，埃克曼层中的三力平衡是指（ ） 、 （ ）和（ ）之间的平衡。 11. 旋转层结大气中可能出现的四种基本波动是（ ） 、 （ ） 、 （ ）和（ ） 。12. 声波是由大气的（ ）造成的，重力内波生成的必要条件是大气层结（ ） 。13. P 坐标系中，单位质量空气微团动能的随时间的变化率，决定于（ ）和（ ） 。14. 所谓的干静力能是由（ ） 、 （ ）和（ ）这三种能量的组合。15. 根据动能平衡方程，单位质量的空气微团动能随时间的变化率，决定于（ ） 、 （ ）和（ ）16. 正压不稳定的必要条件为（ ） ，正压不稳定扰
8、动发展的能量来自（ ） 。17. 正压不稳定是发生在具有（ ）切变基流中的长波不稳定，斜压不稳定是发生在具有（ ）切变基流中的长波不稳定。18. 根据准地转斜压两层模式的分析结果，影响斜压不稳定的主要因子是（ ） 、 （ ） 、 （ ）和（ ） 。19. 正压不稳定扰动发展的能量来自（ ） ，斜压不稳定扰动发展的能量来自（ ） 。四、问答题1、什么是大气行星边界层？大气行星边界层可分为几个层次？说明各层次的主要特点。【答】：第 5 页2、试从物理上说明埃克曼抽吸产生的原因和所起的作用。【答】：3、叙述罗斯贝数（R0）的表达式及其物理意义。 【答】：4、什么叫二级环流? 什么是旋转减弱?【答】：
9、5、什么是力管及其力管效应？【答】：第 6 页6、群速度与相速度有何区别?何时二者一致?【答】：7、什么是罗斯贝波，它是怎样产生的？【答】：8、利用准地转两层斜压模式讨论斜压不稳定得到哪些主要结论？（试从斜压不稳定与波长、垂直风切变、静力稳定度、 因子的关系加以说明）【答案】：9、单位水平截面积、无穷高的气柱中各种能量的比较？【答案】：五、计算和证明题1、在 30N 处有一气块向北移动，假定绝对涡度守恒。如果初始时刻的相对涡度为 510-5s-1，求其达到45N 的相对涡度是多少？（提示：=7.2910 -5 s-1） 。【答】：第 7 页2、设 60N 处有一气柱，初始时相对涡度0，从地面一
10、直伸展到固定 10km 高的对流层顶，如果该气柱移动到 45N 处越过一高度为 2.5km 的山丘障碍，问当越过山顶时，它的绝对涡度和相对涡度各为多少？（提示：假设大气为均质不可压流体，且作绝热、无摩擦运动，气柱的位势涡度守恒。 ）【答】： 3、沿经圈由 57.5N 到 52.5N 气压升高 2%，如果温度等于 17，求地转风。（提示：a=6.37106m , R=287m2s-2 K-1, sin(55)=0.819）【答】：4、根据罗斯贝长波的相速度公式： ，推导出其群速度，讨论群速与相速的关系？2cuk【答】：第 8 页5、有下列方程组： 0uhgtxh假设大气基本状态是静止的，即 u=
11、u，v=v，h= H0+h，试求：（1）将上述方程组线性化；（2）求出该方程组所含波动的频率方程；（3）分别求出该波动的相速与群速；（4）分析该波动的性质【答】：6、已知浅水方程组为：0)(yvxuhyvxuthgfxhyvxtu(1)设基本状态是静止的，将以上方程组线性化。(2)取 f=f0，设扰动与 y 无关，求波解。(3)分析该波动的性质第 9 页【答案】：补充（选择题）一、单选题1、1939 年_引进 平面近似，创建了著名的长波理论。A .V.皮耶克尼斯；B 恰尼；C .菲利普斯；D 罗斯贝2、大气是层结流体，大气的密度分布随高度变化，通常来说，_中容易产生积云对流。A .不稳定层结；
12、B 稳定层结；C .中性层结；D 分层层结3、罗斯贝数是一无量纲参数，有一定的物理意义，它代表水平惯性力相对科氏力的量级，当它的大小接近 0.1 时，代表中纬度的_。A .小尺度运动；B 中尺度运动；C .大尺度运动；D 微尺度运动4、可用于判断对流或扰动发展的无量纲参数是_。A .罗斯贝数；B 基别尔数；C .无量纲厚度参数；D 理查森数5、在北半球，满足风压定律的高压是下列_项。A .高压在运动方向右侧，高压伴随有反气旋式环流； B 高压在运动方向左侧，高压伴随有反气旋式环流；C .高压在运动方向右侧，高压伴随有气旋式环流；D 高压在运动方向左侧，高压伴随有气旋式环流6、全位能是指内能和_
13、之和。A .动能；B 潜热能；C .位能； D 显热能7、在_条件下，全球大气的内能、位能、动能的总和是守恒的。A .绝热；B 无摩擦；C .绝热无摩擦； D 定常8、重力内波产生的条件之一是_。A .不稳定层结；B 中性层结；C .稳定层结；D 对流层结第 10 页9、位涡守恒的条件是_。A .无摩擦；B 干绝热；C .位温守恒； D 无摩擦干绝热10、在_条件下，近地面层中风速随高度呈对数分布。A .稳定层结；B 中性层结；C .不稳定层结；D 对流层结11、二级环流使地转风涡度随时间呈指数_。A .增强；B 衰减；C .先增强后减弱； D 先减弱后增强12、分子粘性应力大，湍流粘性应力较
14、小，厚度在 2 米以内，指的是_。A .贴地层；B 近地面层；C .埃克曼层；D 行星边界层14、显热能是指内能和_之和。A .动能；B 潜热能；C .位能； D 压力能15、当等压面上出现_，实现全位能转换为动能。A .暖空气上升，冷空气下沉； B 冷空气上升，暖空气下沉；C .暖空气上升，冷空气上升；D 冷空气下沉，暖空气下沉16、_代表速度场的微分性质，并且是流体旋转特征的微观量度。A .涡度；B 散度；C .环流； D 力管17、_代表速度场的积分性质，并且是流体旋转特征的宏观量度。A .涡度；B 散度；C .环流； D 力管18、根据涡度的方程，散度项的作用，当有水平辐合时，绝对涡度
15、要_。A .增加；B 减小；C .不变； D 先减小后变大二、多选题1、湍流运动与下列哪些因子有关，_。A .温度层结；B 风的水平切变；C .风的铅直切变；D 静力稳定度2、下列波动中，属于频散波的是_。A .声波；B 大气长波；C .重力外波； D 重力惯性外波3、所谓的感热能是指_和_之和。A .内能；B 动能；C .势能； D 压力能4、位涡守恒原理可以解释水平气流越过山脉在背风坡形成低压槽，但是为了定性的说明，需要进行一些假设，包括_。A .山脉东西对称，南北宽度无限； B 层结稳定；C .运动是定常的；D 绝热西风气流均匀，没有水平切变5、热成风的大小与下列哪些因子有关_。A .平均气压梯度；B 平均温度梯度；C .纬度；D 经度7、大气中经常遇到的基本能量形式有_。A .辐射能；B 重力位能；C .动能；D 内能8、行星边界层运动方程主要是哪几项相平衡，_。A .加速度项；B 科里奥利力；C .气压梯度力；D 湍流黏性力
