动力气象学第三章课后题答案
1. 什么是运动的尺度?什么是尺度分析方法？
大气任何一类运动系统中，表征大气运动状态和热力状态的各物理场变量，其空间分布是不均匀的，也存在时间变化，这种时空变化都存在一定的范围。为此可以用各物理场变量具有代表意义的量值来表示该系统的基本特征，称之为物理场变量的特征值，这也就是物理场变量的尺度。物理场变量的尺度，只是从量级大小这个意义上来表征系统物理属性特征的。
尺度分析法是依据表征某类运动系统的运动状态和热力状态各物理量的特征值，估计大气运动方程中各项量级大小的一种方法。根据尺度分析的结果，结合物理上的考虑，略去方程中量级较小的项，便可得到简化方程，并可分析运动系统的某些基本性质。
2. 为什么常根据运动的水平尺度对大气运动进行分类？
基于以下三方面的原因常根据运动的水平尺度对大气运动进行分类：（1）地球大气垂直厚度远小于水平长度；（2）具有气象意义的运动系统的场变量的在水平方向上的变动尺度差别很大，可达几个数量级，并且大气运动的特征与水平尺度有密切关系；（3）大气某些变量在垂直方向的尺度依赖于变量的水平尺度，比如速度的垂直尺度。
3. 根据尺度分析的结果，说明中纬度大尺度运动有哪些基本特征？
中纬度大尺度运动的基本特征有：
（1）在水平方向上，气压梯度力与科氏力基本是相平衡的，即运动的准地转性。
（2）在垂直方向上，满足静力平衡近似。
（3）运动准水平无辐散。
（4）温度的局地变化主要是由温度平流和铅直运动决定的。
（5）运动系统是缓慢变化的。
4. 如何将运动方程组进行无量纲化？
利用尺度分析中物理量的特征尺度，引进无量纲变量，将运动学方程组进行无量纲化。
5. 地转近似的充分条件是什么？试从物理上对这些条件给予说明。
根据水平运动方程的无量纲化方程（3.54）可知，地转近似的充分条件如
下，
01,1,1i R R ε它表明准地转平衡运动应是缓慢变化的大尺度运动，同时大气层结应是高度稳定的。
6. 什么是中纬度β平面近似？取β平面近似的条件是什么？取β平面近似有什么好处？
（1） 在中纬度地区，将f 展开成泰勒级数，则有f ＝f 0＋βy+(高次项)
①当f 处于系数地位不被微商时，取f ≈ f 0;
②当f 处于对求微商地位时，取df/dy=β=常数。
这种对f 的近似处理称为中纬度β平面近似。
（2）取β平面近似的条件是运动的径向尺度L 能够满足科氏力参数f 在径向作Taylor 级数展开。
7. 估计在大尺度运动系统中fv 和 w
在哪个纬度带有相同的量级（可取二者之比在0.5～5之间作为同一量级的表征）。
解：在大尺度运动中，U~10m/s , W~10-2
m/s ,则φφφφφtan 310cos 210sin 10cos 2sin 2~~=-=ΩΩW U w f fv ，由题意可知，5t a n 3105.0≤≤φ，所以3105tan 3105.0-?≤≤-?φ，由此可得，
435.010 5.010φ--?≤≤?，1.7217.2φ''≤≤
8. g, f 0 ,H 可视为表征大气运动的环境参数，由此可以确定三个特征尺度：
特征时间尺度1)0sin 2(10-Ω=-φf (即惯性运动的时间尺度) 特征速度尺度gH c =0（与声速相当）
特征水平尺度1000-=f c L （称罗斯贝变形半径）。
这三个特征尺度与运动无关，完全由环境参数决定，试计算30°N ，45°N ，60°N ，90°N 处的L 0, 并计算c 0 。
解:
30°N 处，
41037.11)30sin 51029.72(10?=-?-??=- f , 21015.3410100?=?=c ,
45°N 处,
41071.91)45sin 51029.72(10?=-?-??=- f ,
21015.3410100?=?=c ,
60°N 处,
31096.71)60sin 51029.72(10?=-?-??=- f ,
21015.3410100?=?=c ,
90°N 处,
41085.61)90sin 51029.72(10?=-?-??=- f ,
21015.3410100?=?=c ,
9. 对于中纬度大尺度运动，证明RiRo L UD W 1=
证明：22
2U D N Ri ≡,L f U
Ro 0≡
对于中纬度绝热方程分析得到大尺度运动有，
对于大尺度的运动,D=H ，
证毕。
10.估计对于典型的龙卷风运动，水平运动方程和铅直运动方程中各项的量级，取
L=102m
D=103m
U=102m/s
W=10m/s
τ=10s
?P=104Pa
说明此种情况下静力平衡能否成立。
解：
以静止的基本状态为背景的铅直运动方程为，
100 ≤101 10-1 10-1 100
名词解释 1、β平面近似及f 平面近似； 所谓的β平面近似是对f 参数作高一级的近似，其主要内容是： ⑴当f 处于系数地位不被微商时，取常数=?0f f ； ⑵当f 处于对y 求微商时，取常数==βdy df 。 采用β平面近似的好处是：用局地直角坐标系讨论大尺度运动将是方便的，而球面效应引起的f 随纬度的变化对运动的作用被部分保留下来。 在低纬度大气动力学研究中，取0f ≌0，f ≌βy,这称为赤道β平面近似。 f 平面近似：这是对地转参数f=2Ωsin ?采用的一种近似。在中纬度地区，若运动的经向水平尺度远小于地球半径时，可以取常数=?0f f ，即把f 作为常数处理，这种近似称为0f 近似。这种近似完全没有考虑f 随纬度的变化。 2、斜压大气与正压大气； 斜压大气是指：当大气中密度的分布不仅随气压而且还随温度而变时，即ρ≡ρ(P,T),这种大气称为斜压大气。所以斜压大气中等压面和等密度面（或等温面）是相交的，等压面上具有温度梯度，即地转风随高度发生变化。在中高纬度大气中，通常是斜压大气。大气中斜压结构对于天气系统的发生、发展有着重要意义。 正压大气是指：当大气中密度分布仅仅随气压而变时，即ρ≡ρ(P),这种大气称为正压大气。所以正压大气中等压面也就是等密度面，由于p=ρRT,因此正压大气中等压面也就是等温度面，等压面上分析不出等温线。由此，也没有热成风，也就是地转风随高度不发生变化。 3、地转偏差与地转运动； 地转偏差是指实际风和地转风的矢量差，地转偏差和水平加速度方向垂直，在北半球指向水平加速度的左侧。 地转运动是指等压线为一族平行的直线时的平衡场，在地转运动中，水平气压梯度力和科里奥利相平衡。 4、Rossby 数与Rossby 参数； L f U Ro 0==水平科氏力尺度水平惯性力尺度，称为罗斯贝数，它是一个无量纲参数， 若Ro 《1，表示水平惯性力相对于科氏力的量级要小得多，则水平气压梯度力与科氏力的量级相同（这被称为地转近似的充分条件及其物理意义）；若Ro ～1，则水平惯性力、科氏力与水平气压梯度力的量级相同；若Ro 》1,则水平惯性力远大于科氏力，水平气压梯度力与水平惯性力量级相同。 y f y y f f f β+=??+=00)/(
一、地球大气的动力学和热力学特征： 答：特性一：受重力场作用，大气大尺度运动具有准水平的特征及静力平衡性质。特性二：大气是重力场中的旋转流体，在中高纬度大气的大尺度运动具有地转近似平衡性质。特性三：大气是层结流体，层结稳定度对大气的垂直运动具有重要作用。特性四：大气中含有水汽，水汽所释放的潜热是大气运动发展的一种重要能量来源。特性五：大气的下边界是不均匀的，对大气的运动也具有重要影响。 二、大气运动遵循哪些规律？ 答：大气运动遵守流体力学定律。它包含有牛顿力学定律，质量守恒定律，气体实验定律，能量守恒定律，水 汽守恒定律等。由牛顿力学定律推导出运动方程（有三个分量方程）、由质量守恒定律推导出连续方程、由气体实验定律得到状态方程、由能量守恒定律推导出热力学能量方程、由水汽守恒定律推导出水汽方程。这些方程基本上都是偏微分方程。这些方程构成了研究大气运动具体规律的基本出发方程组。 三、何谓个别变化？何谓局地变化？何谓平流变化?何谓对流变化?及它们的数学表达式？ 答：1、个别变化 2、局地变化 3、平流变化 4、对流变化 四、大气运动受到那些力的作用？ 答：受到气压梯度力、地球引力（也称为地心引力）、摩擦力、惯性离心力和地转偏向(科里奥利）力等作用。其中气压梯度力、地球引力、摩擦力是真实力，或称牛顿力。而惯性离心力和地转偏向力是“视示力”，是虚拟的力。
答： 3、地转偏向力的大小与相对速度v大小程正比。对于水平运动的地转偏向力，它随地理纬度减小而减小。 六、根据牛顿力学原理大气运动方程表达式： 答： 七、热力学能量方程的数学表达式及其物理意义 答： 八、何谓局地直角坐标系？（局地直角坐标系的取法及其特点？） 答：所谓局地直角坐标系是指：这个直角坐标系的原点(或称0点)设在地球表面某一地点，则其三个坐标轴(x,y,z)中x轴指向这个地点水平面上的东方；y轴指向这个地点水平面上的北方；z轴指向这个地点的天顶方向，与球坐标相同。因此这个坐标系的三个坐标轴的指向也随地点不同而不同。可以认为它是球坐标系中略去球面曲率影响后的简化形式，对于所研究的水平范围不太大的气象问题，这种简化所产生的误差是比较小的。在这个坐标系中重力只出现在z轴方向，使运动方程变得比较简单些。
1．六个方程组成。三个运动方程，连续方程，热力学方程和状态方程。状态方程为诊断方程，其余为预报方程。 2．在地球上观测大气都是观测的旋转坐标系的值。多了两个视示力-科里奥利力和惯性离心力。 3．科里奥利力和惯性离心力都是视示力，是虚拟的力，是地球旋转效应的反映。 科里奥利力只有在物体相对于地球有运动时才出现，它始终与运动方向垂直，只改变物 体运动的方向，不对物体做功。地球物体都受到惯性离心力，它有可能做功。 4．重力位势和重力位能的定义分别如下， 重力位势反映的是重力场的特征，它是个相对的量，通常假定海平面为零值，随高度增大。重力位能反映的是物体反抗重力做的功，通常假定海平面为零，随高度增加。 5．速度散度代表物质体积元在运动中的相对膨胀率。连续方程是质量守恒定律得表达形式。根据连续方程，可知速度散度反映体积元相对密度的变化率，它决定于流体自身的可压缩性，所以它与参考系没有关系。 6．温度平流的物理意义，温度场和流场相互作用对于温度局地变化的贡献。 （1） 22()V V t T T T t n s n T T T V T V t t n V s s s =???=+?????-??=-?+=-??? t n V T n ?
（2） 22()n t n t n V V n V t n T n n T T V T V n V t n V n n =+??=???-??=-+?=-?? 7． n t n V n t V t T n n ?? V T
8. 9.
10. 3333333-2=2(sin cos )-2sin 2cos (1) =0-2=2 (2) =0 -2=0 (3) =0-2=-2 V v w i u j u k V ui V u k V v j V V w k V wi ???????Ω?Ω-Ω+Ω=Ω?Ω=Ω?=Ω?Ω ，并且，向上。 ，并且，没有科里奥利力。，并且，向西。 11. 12.
《动力气象学》课程辅导资料 知识点归纳总结 第一章绪论 1. 研究地球大气运动时的基本假设 连续介质假设：研究大气的宏观运动时，不考虑离散分子的结构，把大气视为连续流体。从而，表征大气运动状态和热力状态的各种物理量，例如大气运动的速度、气压、密度和温度等可认为是空间和时间的连续函数，并且经常假设这些场变量的各阶微商也是空间和事件的连续函数。是研究大气运动的基本出发点。理想气体假设：气压、密度、温度之间的关系满足理想气体状态方程。 2. 地球大气的运动学和热力学特性有哪些？ 大气是重力场中的旋转流体：大气运动一定是准水平的；静力平衡是大气运动的重要性质之一。 科里奥利力的作用：大尺度运动中科里奥利力作用很重要；中纬度大尺度运动中，科里奥利力与水平气压梯度力基本上相平衡——地转平衡；地球旋转角速度随纬度的变化，与每日天气图上的西风带中的波动有关；起稳定性作用——位能、动能的转换——锋面。 大气是层结流体：大气的密度随高度是改变的——层结稳定度；不稳定层结大气中积云对流；稳定层结大气中重力内波。 大气中含有水份：相变潜热——低纬度扰动和台风的发展。 大气的下边界是不均匀的：湍流性；海陆分布和大气环流。 3. 大气运动的多尺度性 大气运动无论在时间尺度还是在水平尺度上都具有很宽的尺度谱，不同尺度系统在性质上有很大差异，对天气的影响也不同，不同尺度运动系统之间还存在相互作用。而根据流体力学和热力学原理建立起来的大气运动方程组，表征了大气运动普遍规律，从物理上讲，它几乎描述了各种尺度运动和它们之间的相互作用，方程组是高度非线性的，难以求解。 因此，在动力气象中，常对各种运动系统进行尺度分类，利用尺度分析法分析各类运动系统的一般性质，建立各类运动系统的物理模型（第三章）。
“动力气象学”问题讲解汇编 徐文金 (南京信息工程大学大气科学学院) 本讲稿根据南京信息工程大学“动力气象学”学位考试大纲（以下简称为大纲）要求的内容，以问答形式编写，以便学习者能更好地掌握“动力气象学”中的重 要问题和答案。主要参考书为：动力气象学教程，吕美仲、候志明、周毅编著， 气象出版社，2004年。本讲稿的章节与公式编号与此参考书一致（除第五章外）。 第二章（大纲第一章） 描写大气运动的基本方程组 问题2.1 大气运动遵守那些定律？并由这些定律推导出那些基本方程？ 大气运动遵守流体力学定律。它包含有牛顿力学定律，质量守恒定律，气体实 验定律，能量守恒定律，水汽守恒定律等。由牛顿力学定律推导出运动方程（有 三个分量方程）、由质量守恒定律推导出连续方程、由气体实验定律得到状态方 程、由能量守恒定律推导出热力学能量方程、由水汽守恒定律推导出水汽方程。这些方程基本上都是偏微分方程。 问题2.2何谓个别变化？何谓局地变化？何谓平流变化？及其它们之间的关 系？ 表达个别物体或系统的变化称为个别变化，其数学符号为 dt d ，也称为全导数。表达某一固定地点某一物理量变化称为局地变化，其数学符号为t ??，也称为偏导数。表达由空气的水平运动（输送）所引起的局地某物理量的变化称为平流变 化，它的数学符号为??-V ρ。例如，用dt dT 表示个别空气微团温度的变化，用t T ??表示局地空气微团温度的变化。可以证明它们之间有如下的关系
z T w T V dt dT t T ??-??-=??ρ （2.4） 式中V ρ为水平风矢量，W 为垂直速度。（2.4）式等号右边第二项称为温度的平流变化（率），第三项称为温度的对流变化（率）或称为垂直输送项。 问题2.3何谓绝对坐标系？何谓相对坐标系？何谓绝对加速度？何谓相对加速度？何谓牵连速度？ 绝对坐标系也称为惯性坐标系，可以想象成是绝对静止的坐标系。而相对坐标系则是非惯性坐标系，例如，在地球上人们是以跟随地球一起旋转的坐标系来观测大气运动的，这种旋转的坐标系就是相对坐标系。相对于相对坐标系的运动称为相对运动。相对运动中的速度称为相对速度，气象站观测的风速就是空气的相对速度。相对运动中的加速度称为相对加速度。在惯性坐标系中观测到的速度和加速度，分别称为绝对速度和绝对加速度。 绝对速度=相对速度+牵连速度 随地球旋转（旋转角速度为Ω?）的坐标系的牵连速度为r ρ??Ω，r ρ为运动物体在 地球旋转坐标系中的位置矢量。 问题2.4 大气运动受到那些力的作用？ 受到气压梯度力、地心引力、摩擦力、惯性离心力和地转偏向(科里奥利）力等作用。其中气压梯度力、地心引力、摩擦力是真实力，或称牛顿力。而惯性离心力和地转偏向力是“视示力”，是虚拟的力。 问题2.5 气压梯度力的定义及其数学表达式？ 当气压分布不均匀时，气块就会受到净压力的作用。我们定义：作用于单位质量气块上的净压力称为气压梯度力，其数学表达式为 ? p 1G ?-=ρ ?
第四章p坐标，铅直坐标变换习题答案 1、试说明静力平衡大气中气压场与温度场之间的关系、等压面高度与温度的关系。? 答： （1）气压场与温度场之间的关系如下：在铅直方向，等压面之间的厚度完全决定于两等压面之间的温度铅直分布。 （2）等压面的高度与平均温成正比，平均温度越高等压面越高，反之等压面高度愈低。 2、什么是等高面图，什么是等压面图? 采用等压面图分析气压形势的依据是什么？ 答： （1）在一张特制的地图（称天气底图）上，填写各测站上空某一确定高度上探测到气压值，并按一定的气压间隔（如间隔2。5hpa或间隔5hpa）分析等压线，便得到一张等高面气压形势图，即等高面图。实际天气预报业务工作中只分析海平面（z=0）气压形势图，并俗称地面图。 （2）等压面分析是以一个确定的等压面作为分析对象。将不同高度的等高面与空间一确定的等压面相截，相截的曲线就是等压面上高度相等的连线-----等高线，将各等高线投影在天气底图上，这就是该等压面的绝对形势图，通常称等压面图。 （3）采用等压面分析气压形势的依据是：大气在相当程度上满足静力平衡，在此平衡基础上，气压和高度之间存在确定的函数关系，所以等压面上存在的高度形势与等高面上描绘的气压形势有很好的对应关系。 3、如何理解等压面图上分析的等高线也是等压线? 如何理解等压面图上分析的等温线，也是等位温线、等密度线、等饱和比湿线。 答： （1）大气在相当程度上满足静力平衡，在此平衡基础上，气压和高度之间存在确定的函数关系，所以等压面上存在的高度形势与等高面上描绘的气压形势有很好的对应关系。 （2）位温公式的定义， （3）状态方程 （4）饱和比湿的定义 4、为什么说等压面图上等高线愈密集地区水平气压梯度力愈大。 等压面上存在的高度形势与等高面上描绘的气压形势有很好的对应关系。等压面图上等高线越密集说明在相同的高度内气压变化的就越大，也就是说气压梯度就越大。
动力气象学总复习 第一章绪论 掌握动力气象学的性质，研究对象，研究内容以及基本假定动力气象学（性质）是由流体力学中分离出来（分支），是大气科学中一个独立的分支学科。 动力气象学定义：是应用物理学定律研究大气运动的动力过程、热力过程，以及它们之间的相互关系，从理论上探讨大气环流、天气系统演变和其它大气运动过程学科。 动力气象学研究对象：发生在旋转地球上并且密度随高度递减的空气流体运动的特殊规律。 动力气象学研究内容：根据地球大气的特点研究地球大气中各种运动的基本原理以及主要热力学和动力学过程。主要研究内容有大气运动的基本方程、风场、气压坐标、环流与涡度、风与气压场的关系、大气中的波动、大气边界层、大气不稳定等等。 一、基本假设： 大气视为“连续流体”，表征大气运动状态和热力状态的各种物理量(U, V, P, T, et al.) 看成是随时间和空间变化的连续函数； 大气宏观运动时，可视为“理想气体”，气压、密度和温度之间满足理想其他的状态方程，大气是可“压缩流体”，动力过程和热力过程相互影响和相互制约； 二、地球大气的动力学和热力学特性 大气是“旋转流体”：90%的大气质量集中在10km以下的对流层；水平U, V远大于w（满足静力平衡）；Ω =7.29?10-5rad/s，中纬度大尺度
满足地转平衡（科氏力与水平气压梯度力相当）。 大气是“层结流体”：大气密度随高度变化，阿基米德净力使不稳定层结大气中积云对流发展；阿基米德净力使稳定层结大气中产生重力内波。 大气中含有水份：水份的相变过程使大气得到（失去）热量。 大气下垫面的不均匀性：海陆分布和大地形的影响。 大气运动的多尺度性：（见尺度分析） 第二章大气运动方程组 控制大气运动的基本规律有质量守恒、动量守恒、能量守恒等等。支配其运动状态和热力学状态的基本定律有：牛顿第二定律、质量守恒定律、热力学第一定律和状态方程等等。 本章要点： 旋转坐标系；惯性离心力和科氏力；全导数和局地导数；预报和诊断方程；运动方程、连续方程；状态方程、热力学方程及其讨论；局地直角坐标系。 一、全导数和局地导数的概念 拉格朗日方法：以某物质体积元（微团）为对象，研究它的空间位置及其物理属性随时间变化规律，并且推广到整个流体的运动； 欧拉方法则以流体空间某一固定体积元（空间点）为对象，研究不同流体经过该固定点时的运动及其物理属性变化的规律，从而掌握流场中各物理量的空间分布及其变化规律。 以温度T为例： T(x, y, z, t)：x=x(t); y=y(t); z=z(t) u=dx/dt; v=dy/dt; w=dz/dt
动力气象学第三章课后题答案 1. 什么是运动的尺度?什么是尺度分析方法？ 大气任何一类运动系统中，表征大气运动状态和热力状态的各物理场变量，其空间分布是不均匀的，也存在时间变化，这种时空变化都存在一定的范围。为此可以用各物理场变量具有代表意义的量值来表示该系统的基本特征，称之为物理场变量的特征值，这也就是物理场变量的尺度。物理场变量的尺度，只是从量级大小这个意义上来表征系统物理属性特征的。 尺度分析法是依据表征某类运动系统的运动状态和热力状态各物理量的特征值，估计大气运动方程中各项量级大小的一种方法。根据尺度分析的结果，结合物理上的考虑，略去方程中量级较小的项，便可得到简化方程，并可分析运动系统的某些基本性质。 2. 为什么常根据运动的水平尺度对大气运动进行分类？ 基于以下三方面的原因常根据运动的水平尺度对大气运动进行分类：（1）地球大气垂直厚度远小于水平长度；（2）具有气象意义的运动系统的场变量的在水平方向上的变动尺度差别很大，可达几个数量级，并且大气运动的特征与水平尺度有密切关系；（3）大气某些变量在垂直方向的尺度依赖于变量的水平尺度，比如速度的垂直尺度。 3. 根据尺度分析的结果，说明中纬度大尺度运动有哪些基本特征？ 中纬度大尺度运动的基本特征有： （1）在水平方向上，气压梯度力与科氏力基本是相平衡的，即运动的准地转性。 （2）在垂直方向上，满足静力平衡近似。 （3）运动准水平无辐散。 （4）温度的局地变化主要是由温度平流和铅直运动决定的。 （5）运动系统是缓慢变化的。 4. 如何将运动方程组进行无量纲化？ 利用尺度分析中物理量的特征尺度，引进无量纲变量，将运动学方程组进行无量纲化。 5. 地转近似的充分条件是什么？试从物理上对这些条件给予说明。 根据水平运动方程的无量纲化方程（3.54）可知，地转近似的充分条件如
第七章：大气能量 1
科学问题 ?在地球与大气之间以及大气本身中存在着的摩“在地球与大气之间以及大气本身中存在着的摩擦力经常消耗大气的动能，有研究估计，如果没有另外的补充整个大气的动能将于7日内完全耗有另外的补充，整个大气的动能将于7日内完全耗完。但大气一直在运动着，平均动能未见有多少增减，这种动能平衡是如何维持的？ 增减这种动能平衡是如何维持的？” ?“低纬度的辐射平衡是正的，而高纬度的辐射平衡是负的，但是低纬度的温度并没有年年增加，衡是负的但是低纬度的温度并没有年年增加 高纬度的温度也未年年减少，这种热量的平衡又是如何维持的？” 是如何维持的？ ?热量输送与动能转换之间有没有关联？ 叶笃正朱抱真《大气环流中的若干基本问题》
?大气能量的源和汇是什么？传输路径是什么？?由大气斜压不稳定所造成的大型扰动在能量平衡过程中起到什么作用？ 大型扰动的热输送与圈环流的热输送相比?大型扰动的热量输送与经圈环流的热量输送相比，哪个是主要的？ ?平均运动能量与涡动运动能量之间如何转化？
主要内容 大气中的主要能量形态、组合形式及比较?大气中的主要能量形态组合形式及比较?大气能量方程 ?有效位能 ?纬向平均运动和涡动运动的能量方程?影响能量变化的因子 ?大气能量转换的观测事实
§1 大气中的主要能量形态、组合形式及比较?能量转换和守恒定律是物质运动所遵循的普通规律，大气中各种不同尺度运动的产生和发展是与各种形式能量的储存和转换联系在一起的。研究大气能量过程也是研究大气运动的有效途径。 ?大气中常见的能量形式：辐射能、内能、重力位能、动能、潜热能 辐射能 内能 动能重力位能
《高等动力气象学》复习总结 一、名词解释 56、微扰动：任一气象要素（变量），由已知基本量叠加上未知扰动量组成，即：s s s '+=且?<<'s s 微扰动，扰动量的二次及二次以上乘积项（非线性项），可作为高阶小量忽略。 57、>>微扰法（小扰动法）：大气运动方程组是非线性的，直接求解非常困难。因此，通常采用微扰法（小扰动法）将方程组线性化，从而可求得线形波动解。 58、*浮力振荡：在稳定层结中，当气团受到垂直扰动时，它要受到与位移相反的净浮力（回复力）作用而在平衡位置附近发生振荡，这种振荡称为浮力振荡。（类比于弹性振荡）。 59、滤波：根据波动形为的物理机制而采用一定的假设条件，以消除气象意义不大的波动（称为“噪音”）而保留有气象意义波动的方法。 60、声波：由空气的可压缩性产生的振动在空气中的传播。声波是快波，天气学意义不重要。 61、重力外波：是指处于大气上下边界的空气，受到垂直扰动后，偏离平衡位置以后，在重力作用下产生的波动，发生在边界面上，离扰动边界越远，波动越不显著。快波，天气学意义不重要。 62、重力内波：是指在大气内部，由于层结作用和大气内部的不连续面上，受到重力扰动，偏离平衡位置，在重力下产生的波动。重力内波与中，小尺度天气系统关系密切。 63、罗斯贝波是在准水平的大尺度运动中，由于β效应维持绝对涡度守恒而形成的波动。它的传播速度与声波和重力波相比要慢很多，故为涡旋性慢波，同时由于它的水平尺度与地球半径相当，又称为行星波（大气长波）。罗斯贝波是水平横波，单向波，慢波，对大尺度天气变化过程有重要意义。 64、波动稳定性：定常的基本气流u 上有小扰动产生，若扰动继续保持为小扰动或随时间衰减，则称波动是中性的或波动是稳定的；若扰动随时间增强，则称波动不稳定。 65、惯性稳定度：水平面内（南北向）；考虑科氏力和南北向的压力梯度力的合力的方向，与位移的方向的关系。（地转平衡大气中，基本气流上作南北运动的空气质点形成的扰动其振幅随时间增长的问题，表示惯性振荡与快波的不稳定发展现象。） 66、>>惯性不稳定：南北移动的空气质点离开平衡位置而穿越正压、地转平衡的基本纬向气流，若基本气流对空气质点的位移起加速作用，则称惯性不稳定。 67、静力稳定度：层结大气中，垂直面内；考虑重力和垂直向的压力梯度力（浮力）的合力的方向，与位移的方向的关系。 68、正压不稳定：在正压大气中，由于平均纬向气流的水平切变引起的大气长波扰动发展的动力机制，称为正压不稳定。长波正压不稳定发展的能量来自于基本气流的动能。 69、>>正压稳定度：正压基流上，扰动形成的正压大气Rossby 波的振幅是否随时间增长的问题。 70、斜压不稳定：由于基本气流的垂直切变所引起的长波不稳定称为斜压不稳定，即由于基本场南北向温度梯度所造成的不稳定，是中纬度天气尺度扰动发生发展的主要物理机制。扰动发展的能量主要来自有效位能的释放。 71、>>斜压稳定度：斜压基本气流上，扰动形成的斜压大气长波随时间增长的问题。 72、斜压二层模式：模式中将整个对流层分为上下两层。上层的运动由写在等压面p1上的涡度方程来描写，下层的运动由写在等压面p3上的涡度方程来描写，上下两层的运动通过写在等压面p2上的热力学能量方程建立起相互联系。 73、*地转适应过程：当地转平衡被破坏后，风压场进行快速调整，达到新的地转平衡状态，这种动力调整过程称为“地转适应过程”，是一个很快的，由地转不平衡到平衡的过程。 74、地转演变过程：准地转状态下的缓慢变化过程，称为“地转演变过程”，是一个慢过程。 75、CISK 机制：大尺度的天气系统低压扰动和小尺度积云对流群之间的相互协同而构成的一种正反馈机制，会造成大尺度系统低压扰动的不稳定发展，同时使积云对流也得到加强，称这种机制为CISK 机制，又叫“第二类条件不稳定”。