动力气象学总复习

总复习

一，方程组

1， 物理定律：控制大气运动的动力、热力过程是什么？

运动学方程：牛顿第二定律；

连续性方程：质量守恒；

热力学方程、状态方程、能量方程：

2， 各项意义：影响大气运动的因子

加热不均匀→T 分布不均匀→P 不均匀→趋动大气运动。

3， z －坐标系。

二，尺度分析：

1， 方法

2， 特征量：

s m s f f s m H m L s m U /10~W ,10~~

~,10~,10~,10~,/10~-214546--τ 3，无量纲数：

Ro 数：定义、应用。

4，大尺度大气运动的特点：

什么是地转、准地转？

5，正压大气、斜压大气、热成风：

1） 定义

2） 上下配置不同，热成风不等于0

3） 天气学意义

作业：

1、何为Ro 数？大尺度大气运动的Ro 数为多大？大尺度大气运动的主要特征是什么？请利用Rossby 数，分别判断中高纬度大尺度大气运动、中小尺度和热带大尺度大气运动为何种性质的运动？

2、正压大气和斜压大气概念

3、何为热成风？请详细说明热成风是由于大气的斜压性所引起，并由此说明大气大尺度动力系统与热力系统在天气图上的主要表现特征，并举出实例。

三，涡度方程： 1，涡度是什么？k

ζζ= 涡度方程：各项意义（引起涡度、天气系统变化的因子）

这些因子是什么，产生机制是什么，对天气系统的影响，何时重要、何时次要。 ★了解天气系统的发生发展机制。

2，位涡方程；

什么是位涡?由热力学和动力学过程组合而成的量；

位涡守恒——绝热无摩擦。

应用：过山（大尺度）气流：

没有热力过程，没有体现位涡特点。 0)(=+h

f dt d ζ

引起????－效应～散度项

大气厚度βζh

3，什么是β－平面近似？

作业：

1、正压大气中涡度方程0)(0=?=??+a a a dt

d V dt d σζζζ 物理意义是什么？解释说明系统有辐合、辐散运动和整体做南北运动时涡度的变化。

2、请说明一个气旋系统作辐合运动和向南运动时，其强度将会加强。

3、β－平面近似、β效应

四，能量学

1， 能量形态

2， 无限高气柱的位能－内能的关系。

——全位能？

——有效位能？

3， 质点的动能方程

如何推导？?V ”运动方程”

引起动能变化的机制：压力梯度力的作用。

4，闭合系统：什么是？

特点：没有通过运动形式引起的物流交换；所有通量都等于0。

（全位能A 与动能K:A<-->K ）

闭合系统能量守恒——绝热无摩擦

转化条件：

必要条件是垂直运动；暖空气输送，冷空气下沉，全位能向动能转化。

作业：

1、大气中有哪几种能量形式？内能与位能的关系

2、全位能和有效位能概念；纬向平均运动

3、闭合系统中动能与全位能发生转换的必要条件是什么？何时动能向全位能转换？何时全位能向动能转换？

4、根据实际大气北半球中高纬度大气环流和天气系统的结构（斜槽结构），利用下式说明扰动运动动能将向平均运动动能转换。

{}dM y

u v u K K M ???''=',，其中符号同惯常意义。

5、根据实际大气北半球中高纬度位势高度场和温度场的配置，利用下式说明扰动有效位能将向扰动动能转换的机制。

{}dM K A M

?''-=''ωα,，其中符号同惯常意义。

6、实际大气北半球中高纬度纬向平均有效位能转换成扰动有效位能（A A '→）的机

制。

{,}()[]

P M C A A T V T dM T '''=??? ，其中符号同惯常意义。 7、试论述大型涡旋在实际大气能量循环中的重要作用。

8、EKman 抽吸、二级环流及大气旋转减弱

五，波动学——主流理论。

槽脊，长波，短波～波动中的术语。

1，波动概念：

1） 振荡机制——回复机制（负反馈机制）

2） 传播机制——质点与质点间的相互联系。

特点：空间、时间上周期变化。

波参数：有哪些？定义？关系？

求波解？

单波：讨论波动传播问题，不能讨论波的发展。

群速度——波群

——群速度

2，微扰动的线性化方法：

基本思想、假设？

如何做？

3，基本方程中有哪些波？各种波的机制、性质？滤波条件？

重力内波——浮力振荡（体现产生机制）

β－效应（体现Rossby 波产生机制）

重力外波——用自由面h 体现的连续方程——h 变化，引起辐合辐散——传播机制。 上游效应

4，会解：重力外波，大气长波

物理（气象）模型、数学模型、线性化、设波解、本征值、求波速c 、讨论气象意义 4， 滤波概念：掌握思想。

作业：

1、频散波和非频散波；相速度和群速度；上游效应和下游效应；浮力振荡，稳定层结和不稳定层结

2、已知自由表面高度为h 的均质不可压大气满足下式:

????

?????=??+??=-??-??-=??+??0011z w x u g z p x p x u u t u ρρ 其中符号同惯常意义。 1. 请说出重力外波传播的物理机制。

2. 导出重力外波的波速公式，并讨论之。

3、已知方程：?????

??????=??+????-??==+???? ?

???+??+??00y v x u y u x v v y v x u t ξβξ 其中：各符号同惯常意义。

（1）由上式导出Rossby 波的波速和群速公式，并讨论之。

（2）请说出Rossby 波的主要特征及其形成的物理机制。

4、何谓?-效应？很据Rossby 波的传播机制，说明下图所示的涡旋系统将会向西

移动。

5、已知某波动位于北纬45度，其纬向波长为5000km ，试求出纬向波数。（地球半径6370km ）

6、已知：???

?????-=???。气块温度干绝热递减率环境温度垂直递减率；＝－dz dT z T d γγ。试从物理上说明，当d γγ>时，大气层结是不稳定的。