大气动力学复习要点Word下载.docx
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风由冷区吹向暖区，冷平流即本地气温将上升；
风由暖区吹向冷区，暖平流
5、惯性坐标系中空气微团受到哪些外力的作用？
旋转坐标系中又受到哪些力的作用呢？
1、气压梯度力：
由于空间各处气压分布不均，周围空气介质对单位质量的空气微团所产生的压力称为气压梯度力。
气压梯度力是驱动大气运动的直接动力。
2、
重力：
地球引力与地球旋转产生的离心力的合力。
（1）惯性离心力：
单位质量空气微团所受的惯性离心力为：
（2）重力：
单位质量空气微团所受的重力为：
3、分子粘性力：
周围空气作用在空气微团表面的内摩擦力
4、Coriolis－科氏力：
由于地球的旋转以及大气相对地球发生运动而产生的“视示力”、非真实力
单位质量空气微团所受的科氏力为：
球坐标系中作用力的形式
1、
气压梯度力
2、科氏力
f称为科氏参数
3.
重力指向地心，故
4.摩擦力
6、局地直角坐标系是如何定义的？
局地直角坐标系中大气运动基本方程如何写？
局地直角坐标系：
原点取在观测点，指向正东方（x轴与纬圈相切），指向正北（y轴与经线相切），指向天顶（z轴与地面垂直向上）。
局地直角坐标系中，，不随时间变化：
其中：
7、什么是薄层近似？
设地球半径a，空气微团距离海平面高度为z，则且
8、位温的含义及其数学表达式是什么？
如何证明干绝热过程中位温守恒？
位温：
把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气压（常取1000hpa）时应有的温度称位温。
取对数再微分：
利用热力学方程：
干绝热过程中，
即位温守恒
9、什么是尺度分析法？
对于大尺度运动，如何利用尺度分析法对大气运动方程组进行零级简化？
尺度分析法：
在大气运动基本规律的支配下，根据不同天气系统具有的不同尺度之间的关系，估计方程中各项量级的大小，保留量级较大的项，忽略量级较小的项，从而进行方程简化的一种分析方法
零级近似就是保留方程中量级最大的项，舍去其它项。
这样可以保留大气运动的最基本因子，反映出大气运动的基本特征
10、
写出大尺度运动零级近似的简化方程组，并分析它所描述的运动特征。
水平运动方程
垂直运动方程：
连续方程：
大尺度运动的特点：
（1）水平运动：
垂直速度为零。
（2）准水平运动：
主要是水平运动，垂直风速很小但很重要，不能完全忽略不计。
（3）地转运动：
水平科氏力与水平气压梯度力相等，加速度为零。
（4）准地转运动：
水平科氏力与水平气压梯度力近似相等，加速度有变化（不为零），系统能发展。
11、
根据大尺度运动一级近似简化方程组，分析说明它所描述的大气运动特征。
垂直运动方程
连续方程
热力学方程
大尺度运动一级近似的特点：
①水平运动非定常
②准静力平衡
③连续方程中垂直速度不为零，增加了垂直质量散度的作用，运动具有三维性质
④需要运用热力学方程（可以采用原始形式，也可采用上述简化形式）。
12、
Rossby数是如何定义的？
其物理意义是什么？
Rossby数（Ro）
当时，水平惯性力相对于科氏力可略，科氏力在大气运动过程中作用显著。
当时，必须考虑水平惯性力的作用；
对小尺度运动，科氏力可略。
13、什么是f0近似？
何为β平面近似？
什么是赤道β平面近似？
1、f0近似其中L为运动的经向（y）尺度，a为地球半径当经向水平尺度远小于地球半径时（）：
并认为f0是常数，称为f0近似。
－－只考虑了地球的旋转作用，忽略了f随纬度的变化效应
2、β平面近似:
如果假设，则，称为β
平面近似。
－－既考虑了地球的旋转作用f，又考虑了f随纬度的变化效应。
3、赤道β平面近似:
在低纬度赤道附近，
这样的f称为赤道β平面近似，主要用于低纬度大气动力学的研究中。
14、
何为Richardson数？
其物理意义如何？
理查森（Richardson）数（Ri）
当Re>
>
1时，大气层结稳定，铅直风切变小，对流不发展
当Re<
<
1时，大气层结不稳定，铅直风切变大，对流易于发展
15、
试推导p坐标系中的地面气压倾向方程，并说明其物理含义。
利用静力方程，可求出等压面的重力位势高度：
利用连续方程，可以求出任一等压面高度上的垂直速度：
利用上边界条件
进一步还可以求出地面气压的变化倾向：
若上式积分到ps，即令
利用下边界条件
16、
写出p坐标系中的大气运动方程组。
运动方程
静力方程
其中
17、
试写出p坐标系中的地转平衡关系以及地转风的表达式。
如何判断地转风的方向？
p坐标系中的地转风关系更常用：
即
分量形式：
地转风风向平行于等压线，在北半球（f>
0），背风而立高压在
右，低压在左。
在南半球，被风而立高压在左，低压在右。
18、白贝罗风压定律的内容是什么？
0），背风而立高压在右，低压在左。
19、什么是梯度风？
如何判断梯度风的大小和方向？
梯度风的定义:
当水平气压梯度力、水平科氏力、惯性离心力三力平衡时形成的流场称作梯度风场。
注意：
离心力总指向圆外、科氏力指向运动方向的右侧、气压梯度力由高压指
向低压
气旋式环流VG<
0，无意义
（RT>
0）
正常气旋
不可取
正常反气旋
反气旋环流
（RT<
0）
无意义
非正常
20、什么是迹线？
什么是流线？
天气图中的等压线、等高线是迹线还是流线？
迹线：
某一流点在运动过程中各时刻所经过路径的轨迹。
.流线：
某一时刻在空间流场中可以画出这样的一条空间曲线，曲线上面所有点的速度矢量都与该曲线相切，这条曲线就称作这个时刻的一条流线。
例如，天气图中的等高线、等压线等。
21、什么是热成风？
热成风的大小与方向如何？
如何计算热成风？
热成风的定义:
大气层内地转风的垂直切变称为该气层的热成风。
热成风的性质①热成风方向与平均等温度线（即等厚度线）平行，在北半球背风而立，高温在右，低温在左。
②热成风的大小与平均温度梯度成正比，与科氏参数f成反比。
22、利用绝对环流定理说明海陆风、山谷风的形成机制。
海风一般在上午8~11时开始出现，午后13~14时达到最强，之后逐渐减弱。
最大风速可达5~6m/s,伸入内陆最远约50km，垂直厚度1~2km。
白天，陆地上空气上升，海洋上空气下沉，高空风由陆地吹向海洋，地面风由海洋吹向陆地，形成海风。
夜间，陆地上空气下沉，海洋上空气上升，高空风由海洋吹向陆地，地面风由陆地吹向海洋，形成陆风。
陆风风速一般1~2m/s，伸入海洋距离不到10km，垂直厚度100~200m。
显然，海风比陆风强。
这是由于与夜间相比，白天海陆温差大，气层内气压梯度力大，热力环流强。
而夜间的海陆温差不是很大，热力环流自然不会很强。
山谷风与海陆风的形成原理相同。
没有强的气压系统活动时，在山区，白天地面风从谷底吹向山坡，叫谷风；
夜间从山坡吹向谷底，称为山风。
（分别为白天，夜晚图）
23、
自然坐标系中涡度的表达式如何？
其各项含义是什么？
①切变涡度（）：
与水平速度的不均匀分布有关。
当沿流线法线方向速度减小时，有气旋性涡度。
当沿流线法线方向速度增大时，有反气旋性涡度。
②曲率涡度（）：
与流线曲率有关。
当流线呈气旋性弯曲时，产生正涡度（气旋性涡度）。
当流线呈反气旋性弯曲时，产生负涡度（反气旋性涡度）。
24、
什么是正压涡度方程？
正压涡度方程成立的条件是什么？
正压涡度方程
水平无辐散，空气微团的绝对涡度守恒
25、大气中包括哪些基本波动？
大气长波有什么特点？
大气中的基本波动包括大气长波、声波、重力波、惯性波等四大类。
大气长波具有准水平、无辐散、涡旋性的特征，波动传播速度与风速相当（c~u），比声波、重力波要慢许多，因此大气长波是涡旋性慢波
大气长波的水平尺度可以与地球半径相比拟，因此又称为行星波
大气长波的波动振幅较大，可以达到。
26、假设基本气流是轴对称西风气流，如何利用微扰动法对大气运动方程组进行线性化处理？
现假设基本气流是纬向轴对称环流（如西风气流）：
代入上述方程组，略去二阶小量，即可得到线性化方程组：
27、
Rossby波的形成机制是什么？
其移动方向如何？
正压水平无辐散＝>
绝对涡度守恒：
科氏参数（牵连涡度）随纬度的变化（）导致变化，从而产生Rossby波
系统有南北运动（）
因此，绝对涡度守恒是Rossby波产生的基础，效应是Rossby波产生并传播的主要机制。
所谓效应，就是科氏参数f随纬度有变化，即，并且系统有南北运动时（），引起系统的牵连涡度发生变化，为保证绝对涡度守恒，系统的相对涡度也要发生相应的变化。
这就产生了涡旋性波动～Rossby波，这种变化机制就称为效应。
传播
其中,k是沿纬圈的波数
无基流时（），Rossby波向西传播
有西风基流时，要比较的量级大小，才能确定Rossby波向西抑或向东传播
都是确定的
c取决于k即L：
对于短波，东进；
长波西退。
由波静止时的得临界波数ks或临界波长Ls：
Rossby波西退
静止
Rossby波东进
28、采用标准波形法研究波动特征的基本思路是什么？
1.
先将描述所研究波动的相关的非线性方程组线性化，获得线性化的扰动方程组
2.设定扰动方程的波动形式解，如，并代入线性化获得的方程，得到代数方程组
3.利用边界条件，整理上述代数方
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