天气学原理试题三与答案

南京信息工程大学天气学原理试题三
一、一、名词解释：（20分）
1．1．地转风和热成风。

2．2．绝对涡度。

3．3．冷式锢囚锋。

4．4．温度平流的拉普拉斯。

5．5．东北信风。

二、二、填空。

（32分）
1．1．固定点温度变化由--------------------------------------------------项决定。

2．2．一型冷锋与二型冷锋区别是----------------------------------------------。

3．3．若锋作为密度的一级不连续面，则锋附近气压分布特征是-----------------
----------------------------------------------------。

4．4．极锋锋区与副热带锋区的区别是-------------------------------------------------。

5．5．用ω方程诊断上升及下沉运动由----------------------------------------------------
-----------项决定。

6．6．在中、高纬大尺度系统运动中，通常固定点涡度增加（减小）和该固定点等压面位势高度降低（升高）是一致的，这种一致性赖以存在的根据是------------------------------------------------------------------。

7．7．平均层涡度方程中，相对涡度平流项在自然坐标系中采用地转近似后，可以分为-------------------------------------项讨论平均层位势高度局地变化。

8．8．用运动学公式，描述低压中心强度变化用--------------------------------表示，椭圆型高压中心将向-------------------------------------移动。

三、三、综合题。

（48分）
1．1．等压面分析比等高面分析有哪些优越性？（12分）
2．2．解释在不稳定大气中，冷锋上山（爬坡），此锋是加强还是减弱？（8分）
3．3．写出位势倾向方程：
()g g f v f t p f ζφσ+∇⋅-=∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∇2222⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∇⋅-∂∂+dt dQ p R p c f p v p f p g σφσ22
右端各项的名称，并用此方程物理解释图中槽的（图中波长KM L 3000<，实线为hPa 500图上等高线，虚线为等温线，闭合D G ,为地面高低压中心）（14分）
4．请用高空形势预报方程及地面形势预报方程物理解释上图中槽及温带气旋变化？（14分）
天气学原理试题三答案
一、名词解释。

（20分，每题4分）
1．1．()1地转风：水平气压梯度力与水平地转偏向力两力平衡，风沿等压线或等高线吹，背风而立，高气压在右（北半球）。

ϕh g K f g v ∇⨯=
()2热成风：上、下两层地转风矢量差或地转风随高度变化称热成风。

热成风沿着等平均温度线或等厚度线吹，背热成风而立，高温在右（北半球）。

2．2．绝对涡度：是大气绝对运动所产生的旋转运动的度量是由地转涡度和相对涡度两部分之和所组成，其垂直分量的表达式为
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂+Ω=+=y u x v f z a z ϕζζsin 2，若空气运动是水平、正压、无辐散辐
合，则绝对涡度是不变的。

3． 3． 冷式锢囚锋：暖气团、较冷气团、更冷气团，三者相遇迫使暖空气抬离地面锢囚在高空，此两冷气团的交界面，称为锢囚锋，在交界面两侧，如果更冷气团推动冷气团往冷方向运行，使得冷的地方变得更冷，称为冷式锢囚锋或高空暖舌处于冷式锢囚锋后。

4．4．温度平流的拉普拉斯：数学表达式22222y A x A A T T T h ∂∂+∂∂=∇，其中
T v A h T T ∇⋅-=（温度平流），它可以反映大气的上升，下沉运动或地面系统的发展情况，注意温度平流的拉普拉斯不同与温度平流本身它决定于温度平流的分布，但其符号与温度平流相反。

5．5．东北信风：行星风系的重要组成部分，它是指北半球低层大气中从副热带高压吹向赤道低压带的盛行风。

在北半球称为“东北信风”，该风系稳定，长年盛行。

古代，海上的航行常常借助该风，故又名“贸易风”。

二、二、填空。

（32分，每题4分）
1．1．温度平流、稳定度和垂直运动绝热变化的乘积及非绝热变化。

2．2．()1一型冷锋是高空槽前对应地面冷锋；二型冷锋是高空槽后对应地面冷锋。

()2一型冷锋沿锋面暖一侧低层和高层都是沿界面抬升上升；
二型冷锋沿锋面暖一侧低层抬升上升，而高层是下沉。

()3一型冷锋降水处在锋线到锋后附近为稳定性降水；
二型冷锋降水处在锋前到锋线附近为不稳定性降水。

3．3．22x P F ∂∂》22x P L
∂∂及22x P F ∂∂》22x P N ∂∂说明锋区内等压线气旋式曲率比锋区外
大得多，或锋区内等压线反气旋式曲率比锋区外小得多。

4．4．()1地点不同及高度不同，极锋锋区发生在高纬 60N 附近中低层，副
热带锋区发生在较低纬度
30N 附近高层。

()2极锋锋区对应低层地面是极锋；而副热带锋区对应低层地面是下沉辐
散气流，无锋存在。

()3极锋锋区上空对应极锋急流，与副热带锋区上空对应副热带急流相比
后者有一个很强的副热带急流与锋区相对应。

5．5．第一项绝对涡度平流随高度变化项简称涡度平流随高度变化项，对于
KM L 3000≤波以相对涡度平流随高度变化为主。

第二项厚度平流（温度平流）的拉普拉斯。

第三项非绝热加热的拉普拉斯。

6．6．要求大气是准地转即H f f h h g 228.91∇=∇==φζζ，还要考虑固定点位
势或位势高度变化在p y x ,,方向按正弦波变化。

7．7．曲率项s K n H s ∂∂∂∂，散合项
n s H K s ∂∂∂2， 疏密项⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂-22n H s 8．8．变压表示，长轴与变压（高）升度方向之间。

三、三、综合题。

（48分）
1．1．()1实际工作中，不观测空气密度“ρ”，在等压面分析中，研究大气运动不需要非观测值空气密度“ρ”，而在等高面分析中，研究大气运动需要空气密度。

所以等压面分析能满足实际工作需要，而等高面分析不能满足实际工作需要。

()2等压面分析中计算地转风简单
φh g k f v ∇∧=1 H k f h ∇∧=8.9，而在等高面分析中计算地转风P k f v h g ∇∧=ρ1多一个变量ρ，另外等压面分析
中，上下两层地转风可以进行比较，仅决定于等高线的疏密确定地转风大小，而等高面分析上下两层地转风无法比较，涉及到ρ的变化。

()3等压面分析计算水平气压梯度力简单，H G h h ∇-=-∇=8.9φ，而等高
面分析计算水平气压梯度力 P G h ∇-=ρ1 多一个“ρ”。

()4等压面分析水平散度简单，取决于垂直运动分布
p v h h ∂∂-=⋅∇ω，而等
高面分析水平散度多密度ρ变化，即z w dt d v h h ∂∂--=⋅∇ρρ1 （12分）
2．2．从锋区中等温线变密角度确定冷锋上山（爬坡）是加强。

因为冷锋上山（爬坡），靠近等温线密集带暖一侧上升运动较强，在不稳定大气中，上升绝热以大量水汽凝结释放潜热为主，使其暖一侧增温，而靠近其密集带冷一侧上升运动很弱又干燥，基本上无上升运动冷一侧温度变化不大或无变化，这样锋区中等温线（等温线密集带）变密，此冷锋上山（爬坡）加强。

（8分）
3．3．第一项 地转涡度和相对涡度的地转风平流（绝对涡度平流），通常，以相对涡度平流输送为主。

第二项 厚度平流或温度平流随高度变化项。

第三项 非绝热加热随高度变化项。

（每项2分，共6分）
第一项以相对涡度平流输送为主，槽前有正相对涡度平流输送，引起槽前固定点正相对涡度增加，考虑准地转关系，等压面高度降低，有负变高，槽后相反有正变高，槽线上变高为零，对槽强度无影响，指示槽向变高梯度方向移动即前进。

第二项温度平流随高度变化项。

通常对流层温度平流随高度减弱，尤其是在对流层中上层。

对于对流层中上层等压面来说，500hPa 槽线处及其下层，风随高度逆转，有冷平流，此气柱降温收缩，500hPa 槽线处等压面高度降低，有负变高，槽加深。

(8分)
4．上图中hPa 500槽变化
要求：物理解释相对涡度平流输送使槽强度无变化，向变高梯度方向移动即前进；KM L 3000≤波地转涡度平流输送小，以相对涡度平流输送为主；物理解释有正热成风涡度平流输送使槽加深。

（7分参考）
上图中温带气旋变化
要求：用平均层约hPa 500图中物理解释正热成风涡度平流输送使槽加深，曲率变大。

槽前正相对涡度平流输送加强，温带气旋上空对应槽前由于正相对涡度平流输送加强同时在水平地转偏向力作用下伴随水平辐散加强，引起低层地面质量减少，温带气旋降压，此气旋加深发展。

另外平均层约hPa 500槽前脊后本身正相对涡度平流输送的解释使此气旋加深发展。

还有平均层以下温度平流的平均物
理解释使它向变高梯度方向移动即前进。

还有平均层以下稳定度乘以垂直运动绝热变化影响。

因为稳定温带气旋上空上升绝热膨胀冷却会使气柱收缩，地面等压面升高，又会抑制温带气旋发展。

（7分参考）。