第四章习题气象学与气候学.docx

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第四章习题气象学与气候学

第四章习题-气象学与气候学

第四章大气的运动

[主要内容]

本章主要研究大气运动产生的原因，大气运动的形式、状况和大气环流。

大气运动是气压分布的不均匀所造成的气压梯度力和地转偏向力、惯性离心力、重力以及摩擦力共同作用的结果。

大范围的大气运动就是大气环流，气压带、全球的行星风带、平均经圈环流、平均纬向环流、平均水平环流、大气活动中心构成了大气环流的平均状况。

[名词解释]

静力方程：

气压场：

气压的空间分布称为气压场

等压线：

等压线是同一水平面上各气压相等点的连线

等压面：

指单位质量的物体从海平面（位势取为零）抬升到Z高度时，克服重力所作的功，又称重力位势，单位是位势米位势高度

位势米：

重力位势的单位，是表示能量的单位，1位势米定义为1kg空气上升1m时，克服重力作了9.8J的功，也就是获得9.8J/kg的位势能，即1位势米=9.8J/kg

低压槽：

是低压向外伸出的狭长部分，或一组未闭合的等压线向气压较高的方突出的部分

高压脊：

是高压向外伸出的狭长部分，或一组未闭合的等压线向气压较低的方突出的部分

气压系统：

在天气图上，用等压线表示的高、低气压或槽、脊系统

气压梯度力：

气压梯度是一个向量，它垂直于等压面，由高压指向低压，数值等于两等压面间的气压差△P除以其间的垂直距离△N

地转偏向力：

空气是在转动着的地球上运动着，当运动的空气质点依其惯性沿着水平气压梯度力方向运动时，对于站在地球表面的观察者看来，空气质点却受着一个使其偏离气压梯度力方向的力的作用，这种因地球绕自身轴转动而产生的非惯性力称为水平地转偏向力或科里奥利力

惯性离心力：

是物体在作曲线运动时所产生的，由运动轨迹的曲率中心沿曲率半径向外作用在物体上的力

地转风：

地转风是气压梯度力和地转偏向力相平衡时，空气作等速、直线的水平运动

梯度风：

当空气质点作曲线运动时，除受气压梯度力和地转偏向力作用外，还受惯性离心力的作用，当这三个力达到平衡时的风，称为梯度风

旋衡风：

在低纬度地区或小尺度低压中，如果气压梯度力和惯性离心力都很大，而地转偏向力很小时，则可出现旋衡风

大气活动中心：

冬、夏季在平均气压图上出现的大型高、低压系统，称为大气活动中心。

哈德莱环流圈：

低纬环流圈，直接热力环流圈（正环流圈），又称哈得莱环流圈

费雷尔环流圈：

中纬环流圈，是间接热力环流圈（逆环流圈），又称费雷尔环流圈

极地环流圈：

高纬环流圈，又称极地环流圈，也是一个直接热力环流圈，是三个环流圈中环流强度最弱的一个

沃克环流圈：

由于赤道地区存在着大尺度的东西向热力差异引起的

急流：

急流是指风速30m/s以上的狭窄强风带

环流指数：

经向环流型，即500hPa西风带上发展出深槽大脊，能引起强烈的冷、暖空气活动。

纬向型和经向型环流经常交替出现，其交替周期大约2—6周。

这种交替演变规律一般用环流指数来表示。

环流指数分纬向环流指数（IZ）和经向环流指数（IM）两种

地球自转作用、地表性质作用、地面摩擦作用。

16、大气环流的最基本状态是平均纬向环流，也就是东西风带。

高纬度地区为极地东风带，中纬度地区为盛行西风带，低纬度地区为信风带。

17、在北半球的对流层的高层，平均水平环流的形式是西风带上存在着大尺度的平均槽、脊，500hPa等压面图上，1月份有3个槽和3个脊，7月份有4个槽和4个脊。

18、常年存在，只是强度和范围随季节变化的气压系统被称为常年活动中心，如太平洋高压、大西洋高压、阿留申低压、冰岛低压等；季节性存在的气压系统被称为季节性活动中心，如印度低压、北美低压、西伯利亚高压、北美高压。

19、低纬度环流圈和高纬度环流圈都是直接热力环流圈，中纬度环流圈是间接热力环流圈。

20、急流是指风速大于30m/s的强风带，在对流层中已经发现的急流有温带急流、副热带急流和热带东风急流，其中以副热带急流的强度最大。

[问答题]

1、气压随时间变化的原因是什么？

气压的变化有何规律？

某地气压的变化，实质上是该地上空空气柱重量增加或减少的反映，而重量是其质量和重力加速度的乘积。

空气柱质量的变化主要是由热力和动力因子引起。

热力因子是指温度的升高或降低所引起的体积膨胀或收缩、密度的增大或减小，以及伴随的辐合或辐散所造成的质量增多或减少。

动力因子是指大气运动所引起的气柱质量的变化。

气压日变化：

气压一日波（单峰型）同气温的日变化关系很大。

气温最高时，地面减压；气温最低时，气压升高。

气压极值出现的相时落后于气温。

同时，气压日变化的振幅，陆地大于海洋、夏季大于冬季、山谷大于平原。

①气压的半日波（双峰型）可能同一日间增温和降温的交替所产生的整个大气半日振动周期，以及由日月所引起的大气潮汐相关。

至于三峰型气压波似应与一日波、半日波以及局部地形条件等综合作用有关。

②气压年变化：

在大陆上，一年中气压最高值出现在冬季，最低值出现在夏季，气压年变化值很大，并由低纬向高纬逐渐增大。

海洋上一年中气压最高值出现在夏季，最低值出现在冬季，年较差小于同纬度的陆地。

高山区一年中气压最高值出现在夏季，是空气受热，气柱膨胀、上升，质量增加所致，而最低值出现在冬季，是空气受冷，气柱收缩、空气下沉、高山质量减少的结果。

③气温非周期性变化：

气压的非周期性变化是指气压变化不存在固定周期的波动，它是气压系统移动和演变的结果。

通常在中高纬度地区气压系统活动频繁，气团属性差异大，气压非周期性变化远较低纬度明显。

2、气压场如何表示？

气压场的基本型式有哪些？

气压的水平分布形势通常用等压线或等压面来表示。

等压线是同一水平面上各气压相等点的连线。

等压线按一定气压间隔绘出，构成一张气压水平分布图。

若绘制的是海平面的等压线，就是一张海平面气压分布图。

若绘制的是5000m高空的等压线，就成为一张5000m高空的气压水平分布图--等高面图。

等压线的形状和疏密程度反映着水平方向上气压的分布形势。

气压场的基本形式有：

①低气压：

简称低压，是由闭合等压线构成的低气压区。

②低压槽：

简称槽，是低气压延伸出来的狭长区域，在槽中各等压线弯曲最大处的连线称槽线，气压值延槽线向两边递增。

③高气压：

简称高压，有闭合等压线构成，中心气压高，向四周逐渐降低，空间等压面类似寒秋，呈上凹状。

④高压脊：

简称脊，是由高压延伸出来的狭长区域，在脊中各等压线弯曲最大处的连线称脊线，气压值延脊线向两边递减。

3、大气运动受到哪些力的作用？

它们对大气运动的作用如何？

作用于空气的力除重力之外，尚有因气压分布不均而产生的气压梯度力，因地球自转而产生的地转偏向力，因空气层之间、空气与地面之间存在相对运动而产生的摩擦力，因空气作曲线运动时产生的惯性离心力。

这些力在水平分量之间的不同组合，构成了不同形式的大气水平运动。

一般来说，气压梯度力是使空气产生运动的直接动力，是最基本的力。

其它力是在空气开始运动后产生和起作用的，而且所起的作用视具体情况而有不同。

地转偏向力对高纬地区或大尺度的空气运动影响较大，而对低纬地区特别是赤道附近的空气运动，影响甚小。

惯性离心力是在空气作曲线运动时起作用，而在空气运动近于直线时，可以忽略不计。

摩擦力在摩擦层中起作用，而对自由大气中的空气运动也不予考虑。

地转偏向力、惯性离心力和摩擦力虽然不能使空气由静止状态转变为运动状态，但却能影响运动的方向和速度。

气压梯度力和重力既可改变空气运动状态，又可使空气由静止状态转变为运动状态。

4、风的日变化有何规律？

近地面层中，风存在着有规律的日变化。

白天风速增大，午后增至最大，夜间风速减小，清晨减至最小。

而摩擦层上层则相反，白天风速小，夜间风速大。

5、大气环流形成的主要因素有哪些？

它们对大气环流的形成和维持有何作用？

①太阳辐射作用：

净辐射梯度分布引起了地球上高、低纬度间的大气热量收支不平衡，使大气中出现了有效位能，形成了向极的温度梯度。

太阳辐射对大气系统加热不均是大气产生大规模运动的根本原因，而大气在高低纬间的热量收支不平衡是产生和维持大气环流的直接原动力。

②地球自转作用：

大气是在自转的地球上运动着，地球自转产生的偏转力迫使运动空气的方向偏离气压梯度力方向。

地球自转是全球大气环流形成和维持的重要因子。

③地表性质作用：

海陆之间热力性质的差异所造成的冷热源分布和山脉的机械阻滞作用，都是重要的热力和动力因素。

海陆和地形的共同作用，不仅使低层大气环流变得复杂化，而且也使中高层大气环流有在特定地区出现平均槽、脊的趋势。

④地面摩擦作用：

相对运动产生着摩擦作用，而摩擦作用和山脉作用使空气与转动地球之间产生了转动力矩（即角动量）。

角动量在风带中的产生、损耗以及在风带间的输送、平衡，对大气环流的形成和维持具有重要作用。

地面摩擦作用是大气环流中纬向环流与经圈环流形成和维持的重要因素。

6、大气环流的平均状况如何？

①平均纬向环流：

大气环流最基本的状态是盛行着以极地为中心的旋转的纬向环流，也就是东、西风带。

近地面层的纬向环流分布的特征如下:

高纬地区：

冬夏季都是一层很浅薄的东风带，称极地东风带。

主要分布在北大西洋低压和北太平洋低压的向极一侧，其厚度、强度都是冬季大于夏季。

中纬地区：

从地面向上都是西风，称盛行西风带。

西风带在纬距上的宽度随高度而增大。

西风风速自地面向上直至200hPa，差不多是增加的，到对流层顶附近形成一个强西风中心。

北半球冬季西风风速大于夏季。

低纬地区：

自地面到高空是深厚的东风层，称热带东风带或信风带。

它是纬向风带中风向最为稳定、风速较大、活动范围广阔的风带。

此外，北半球夏季，在南亚和非洲出现西风系统，称赤道西风带，其厚度从2—3km（非洲）到5—6km（印度洋）。

②平均水平环流：

在北半球对流层中，高层的平均水平环流形式使西风带上存在着大尺度的平均槽、脊。

③平均经圈环流：

是指在南北向沿经圈的垂直剖面上，由风速的平均北、南分量和垂直分量构成的平均环流圈。

除低纬度以外，经圈环流同纬圈环流相比要弱得多。

北半球有三个经向环流圈：

低纬环流圈，直接热力环流圈（正环流圈），又称哈得莱环流圈。

中纬环流圈，是间接热力环流圈（逆环流圈），又称费雷尔环流圈

高纬环流圈，又称极地环流圈，也是一个直接热力环流圈，是三个环流圈中环流强度最弱的一个。

7、何为大气活动中心？

它们对天气、气候的形成和演变有何影响？

冬、夏季在平均气压图上出现的大型高、低压系统，称为大气活动中心。

活动中心的位置和强弱反映了广大地区大气环流运行的特点，其活动和变化对其附近甚至全球的大气环流、对高低纬间、海陆间水分热量交换，对天气、气候形成演变起着重要影响。

8、请叙述北半球经圈环流的三圈模式。

北半球有三个经向环流圈：

①低纬环流圈，直接热力环流圈（正环流圈），又称哈得莱环流圈。

②中纬环流圈，是间接热力环流圈（逆环流圈），又称费雷尔环流圈

③高纬环流圈，又称极地环流圈，也是一个直接热力环流圈，是三个环流圈中环流强度

气象学与气候学

南京国家基准气候站（气象观测站）

实习报告

学院：

城市与资源环境学院

专业：

地理科学

姓名：

王玉

学号：

1541010011

任课老师：

孙汉群

二零一六年四月

一、实习地区

南京国家基准气候站（简称南京站，区站号58238）自1956年从北极阁迁到小教场，至今已40多年，经历了两次搬迁，一次是1998年观测场整体平移了100米，另一次就是2008年迁移到江宁区，由于1998年搬迁距离较短，对气象要素的影响不大，而2008年的歉意距离较远，新址与原址相距11700米，且观测环境也相差较大。

南京国家基准气候站原址位于南京市秦淮区红花街道小教场，地处南京主城与江宁区交界处，随着城市建设的发展，观测场周围逐步被住宅类、工厂厂房等建筑物占满。

新址位于南京市江宁区科学园月华路，位于南京市江宁区边缘，除观测场西侧有少部分建筑以及高铁线路外，其他方位均较空旷，观测环境较好，

二、实习时间

2016年4月16日周六；

约8:

00从校出发；

约9:

00到达南京国家基准气候站；

约11:

00返校。

三、实习人员

孙汉群老师及地理科学（本科）全体47位学生

四、

实习内容

安置温度、湿度仪器并使其免受太阳直接辐射，而又保持适当通风的白色百叶式木箱。

作用是防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器的反射辐射，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，并使仪器感应部分有适当的通风，能真实地感应外界空气温度和湿度的变化。

如果装在封闭的箱子中，就没有办法准确测量当时外界的温度；如果露天的话由于太阳直接照射又会造成温差，下雨的话又会对温度计造成损坏。

白天，空气对太阳辐射的吸收能力弱于任一种温度感应元件；夜晚，空气的红外辐射能力又弱于任一种温度感应元件的表面。

任何直接暴露在空气中的测温元件，其测量值在白天将系统偏高于气温，夜间则系统偏低。

为避免这种辐射误差，必须对测温元件采取有效的辐射屏蔽措施。

用于对近地面气流运动情况进行观测、记录的塔形构筑物。

旁边配有仪器可以实时反馈风向以及风速。

能够自动实现降水天气现象要素观测，数据采样、存储和处理，并按照规定数据格式输出。

包含有

传感器，数据采集，外围设备，和采集软件。

红外云天仪由红外温度测量单元和二维扫描平台及控制器、控制和数据采集处理微机组成。

二维扫描平台及控制器、控制和数据采集处理微机的控制下驱动红外温度测量单元对全天空进行立体扫描，并将所测得的指定方位、仰角的云底红外辐射亮温值储存于控制和数据采集处理微机中。

扫描结束后，将不同方位、仰角的红外辐射亮温值储进行拼图，形成全天空红外辐射亮温分布图。

由于是对云的红外辐射进行测量，因此无论是白天还是夜晚均可进行。

红外云天仪可替代以往的云观测手段，获得全天时的、对天空云状和云量的区分更加细化的云的资料。

翻斗式雨量传感器是一种水文、气象仪器，用以测量自然界降雨量，同时将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出，以满足信息传输、处理、记录和显示等的需要。

本仪器与记录或显示部分配套，可进行有线雨量数据传输、显示、自记。

与无线水情自动测报系统配套，作为专设站雨情遥测报汛的传感器。

该型雨量传感器经中国气象局产业发展与装备部选型试验、考核，证明性能稳定性较好，可直接用于中小尺度自动气象站。

ADTD为江苏省闪电定位系统。

这个仪器大概就是字面上的意思，用来探测雷电的。

工作原理暂时不知……

用于观测一天内的蒸发情况，如遇雨天，便将该日蒸发皿测得的蒸发量加上雨量传感器的降水量。

不存在雨天不能使用的情况。

2*4米的矩形土地，用于测量低温。

地下排有管道用于测量地表温度，也配有传感器和自动测报系统。

测量太阳总辐射和分光辐射的仪器。

它的基本原理是将接收到的太阳辐射能以最小的损失转变成其他形式能量，如热能、电能，以便进行测量。

右边图片的仪器可测量短波辐射也可测量长波辐射。

可测量气温，气压，风速，风向等，便于携带于野外勘测。

内部装有气压传感器，顶部为旋转式测风仪，可测量单位三秒钟、两分钟、十分钟等平均风速以及最大最小风速。

其他：

人工观测站目前只保留了八个站，观测站对环境要求非常高，观测站范围要求在三百亩以上。

江宁区的气象观测站是一个自动化的观测站，严格按占国家标准建造，铁路线距观测站一百米以上。

观测数据每小时传送至北京一次，并且数据平台共享，前一天的观测数据可精确到每分钟，当天的观测数据可精确到小时。

省级数据库也保留数据并且由国家级单位汇总填图。

气象观测站的目的在于应急、服务与保障。

只记录实时情况，气象预报还是由气象台负责。

气象站工作人员也参与气象事后调查，对于重大灾害天气进行记录。

江宁区的气象观测站也是在08年新建的，由于原址建筑物拥挤，不再符合观测站要求，便实施迁站。

迁站前至少对一年以上的数据进行变化对比。

数据交由气候中心评估通过之后才可以迁站。

五、实习小结

气象观测站的各种自动化仪器与学校实验室内的各种仪器有很大的差别，这也说明了气象学与气候学这门课程的学习应该不只依靠书本，要联合实际，了解现代化科技，与时俱进，要走出课堂，把课本上的知识运用到实际的操作中去，通过自己的操作加深理解，才能算是学习过程得到完善。

我在这次实习中受益匪浅，在将来的学习中，必将逐渐体会到这次实习带给我的更多收获。