南信大天气学原理试题及其答案

南信大天气学原理试题一

一、名词解释： （20分）

1． 质量通量散度。

2． 冷式锢囚锋。

3． 气旋族。

4． 大气活动中心。

5． 热成风涡度平流。

二、填空：（36分）

1． 连续方程根据------------------原理求得，P 坐标中的连续方程------------------------。

2． 固定点温度变化由----------------------------------------------------------------------

-------------------------决定。

3． 推导马格拉斯锋面坡度公式假设锋为---------------------------面，其动力学边界条件为

---------------------------------------------------。

4． 一型冷锋与二型冷锋区别是------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------。

5． 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------------------------------------------------------------------。

6． 用ω方程诊断上升及下沉运动是由--------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------项决定。

7． 控制大气环流的基本因子有------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------。

8．任一层风速可用T v A v +=表示，它能成立的条件是

--------------------------------------------------------------------若为地面风速，则A 取---------------------（填：1,0,0-=<>）

9．我国北方气旋活动，一般与-----------急流相对应，南方气旋活动一般与-----------急流相对应。

三、综合题。（44分）

1． 从力的平衡观点说明为什么在北半球大尺度系统运动中，高压内空气作顺时针旋转？（8分）

2． 解释在稳定大气中，冷锋上山（爬坡），此锋是加强还是减弱？（8分）

3． 请写出位势倾向方程：

()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，并用此方程定性解释图中槽的变化（图中波长L<3000KM,，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）

南京信息工程大学天气学原理试题二

一、填空:（25分）

1．尺度分析含义是------------------------------------------------------------------------。

2．控制大气环流的基本因子有-------------------------------------------------------。

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

4．温度平流的拉普拉斯其含义是----------------------------------------------------。

5．热成风涡度平流的含义是----------------------------------------------------。

二、选择:（25分）（对打∨）

1． 惯性离心力表达式是

()()r ∧Ω∧Ω1()()r

∧Ω

∧Ω-2()R 23Ω()R 24Ω-（其中r 为地球半径，R 为纬圈半径）。

2． 高空等压面图上等高线密，则等压面坡度是()1大()2无变化()3小

3． 某站风随高度逆时针旋转，表示有可能()1冷锋通过()2暖锋将来临。

4． 以c 速度相对固定坐标系运动的闭合高压中心有：

()01=??? ????x H dt d

()02=??? ????x H t δδ

()03=???? ????y H dt d ()04=???? ????y H t δδ

5． 位势涡度守恒条件是()1无水平辐散辐合()2斜压大气()3正压大气()4大气不可压缩()5大气可压缩。

三、 在图中标出，无相对涡度平流及正、负相对涡度平流区。（10分）

四、 下图为单站高空风分析图上的热成风T v ，试分析：

1.冷平流及暖平流层次（4分）

2.3KM 高度上的水平气压梯度力方向。（4分）

3.5—6KM 高度上的平均温度梯度方向。（4分）

五、 下图为地面天气图上的冷暖锋的分布，试沿AB 线作一空间垂直剖面图请画出垂直剖面图上锋

附近及其周围等温线的分布示意图。（8分）

六、 试从地形影响分析自西向东移动的高空槽，在青藏高原各点()E D C B A ,,,,上空的移速情况。

（10分）

七、 请写出位势倾向方程

()g g f v f t p f ζ

φσ+??-=?????? ????+?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L<3000KM）。（10分）

南京信息工程大学天气学原理试题三

一、 名词解释：（20分）

1． 地转风和热成风。

2． 绝对涡度。

3． 冷式锢囚锋。

4． 温度平流的拉普拉斯。

5． 东北信风。

一、 填空。（32分）

1． 固定点温度变化由--------------------------------------------------项决定。

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

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

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

-----------项决定。

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． 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． 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。

二、 综合题。（48分）

1． 等压面分析比等高面分析有哪些优越性？（12分）

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． 写出位势倾向方程：

()g g f v f t p f

ζ

φσ+??-=?????? ????+?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）

天气学原理试题一答案

一、名词解释。（20分）(每题4分)

1． 质量通量散度：()ρ?

?表示单位时间通过固定单位体积的净流出或净流入的质量。当()ρ??0>，表示单位时间通过固定单位体积为净流出（为质量通量辐散）,等于单位时间

通过固定单位体积的质量将减少，即0

ρ??0<，为质量通量辐合，即0>??t ρ（该体积内流体质量会增加）。

2． 冷式锢囚锋：暖气团、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气团方向移动使冷气团更冷称冷式锢囚锋，或高空暖舌处于冷式锢囚锋后为冷式锢囚锋。

3． 气旋族：在同一条锋系上出现的气旋序列，即一连串气旋在一条锋上出现，沿锋线顺序移动，

最先一个锢囚，其后跟着一个发展成熟的气旋，再后面跟着一个初生气旋。

4． 大气活动中心：对大范围天气或气候变化有一定影响的半永久性高、低压系统，经常出现在

一定地区，其位置强度和范围随季节变化。如北半球地面图上阿留申低压、冰岛低压、西伯利亚高压、北美高压。

5． 热成风涡度平流：T h T v ζ??-热成风涡度在水平方向分布不均，借助热成风输送使得固定

点热成风涡度增加或减少。从而引起该点上空平均层相对涡度或位势高度变化。

一、 填空。（36分）(每题4分)

1． 质量守恒原理；0

=??+??+??p y v x u ω

2． 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

3． 物质面；N L P P =

4． ()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的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。

5． 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。

6． 考虑大气准地转绝对涡度平流（或简称涡度平流）随高度变化项对波长小于KM 3000的波

而言，以相对涡度平流随高度变化为主；厚度平流（或温度平流）的拉普拉斯项；还有非绝热变化的拉普拉斯。

7． 太阳辐射，地球自转，地表不均匀，地面摩擦。

8． 各层等温线平行或各层之间热成风方向相同，－1。

9． 极锋急流；副热带急流。

二、 综合题。（44分）

1． 从梯度风的三力平衡原理，注意对于大尺度系统运动，中、高纬地区惯性离心力()

是小量，

水平气压梯度力垂直于等压线（等高线）且由高指向低

()G ，从而可得水平地转偏向力()A 方向，由此才可确定运动方向()V ，因此高压周围的空气作顺时针旋转。(8分)

2． 从锋区中等温线变稀角度可确定冷锋上山是减弱。因为冷锋上山（爬坡），靠近等温线密集

带冷一侧上升运动很弱或基本无上升运动，其冷一侧温度基本无变化，而靠近其暖一侧上山（爬坡）上升运动较强，由于在稳定大气中，上升绝热膨胀冷却使其暖一侧降温，这样锋区中等温线密集带变稀，此锋上山（爬坡）减弱。（8分）

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KM L 3000≤波以相对

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。（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的同时，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也可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）

天气学原理试题二答案

一、填空。（25分, 每题5分）

1． 将大气运动进行分类，引入各种尺度系统运动的特征尺度数量级，以此可比较方程中各项

所对应的不同数量级，从而对方程进行简化。

2． 太阳辐射，地球自转，地表不均匀，地面摩擦。

3． ()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。

4． 数学表达式22222y A x A A T T T h ??+??=?，其中T v A h 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． T h T v ζ??-热成风涡度在水平方向分布不均，借助热成风输送使得固定点热成风涡度增加

或减少。从而引起该点上空平均层相对涡度或位势高度变化。

一、 选择。（25分，每题5分）

1．()2 ()3

2．()1

3．()1

4．()2 ()4

5．()3 ()4

二、 AC 为负相对涡度平流区。

CE 为正相对涡度平流区。

EF 为负相对涡度平流区

无相对涡度平流为E C A ,, （共10分）

四、1．-0.1KM 0.4风随高度顺转，此气层KM 0.40.1-之间为暖平流。（2分）

KM 0.60.4-风随高度逆转，此气层KM 0.60.4-之间为冷平流。（2分）

2．

由东南指向西北。（4分）

3． 由东北指向西南。（4分）

五、

由东南指向西北方向

由东北指向西南方向

（8分）

六、槽在A 点变高梯度减小，移速慢；B 点变高梯度加大，移速快；C 点变高梯度无变化，正常；

D 点变高梯度加大，移速快；

E 点变高梯度减小，移速慢。

用位势涡度守恒原理说明在地形作用下，上坡引起等压面高度增高，下坡引起等压面高度降低，

使得槽前后等压面高度增高、降低发生变化。再用运动学公式中槽线两侧变高梯度加大、减小说明槽移动快慢。（10分）

七、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KM L 3000≤，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。(4分)

天气学原理试题三答案

一、名词解释。（20分，每题4分）

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）。?h 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． 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 ?ζζsin 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． 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． 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． 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”。

一、 填空。（32分，每题4分）

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． ()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． 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． ()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． 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． 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． 曲率项s K n H s ????，散合项

n s H K s ???2， 疏密项???? ??????-22n H s 8． 变压表示，长轴与变压（高）升度方向之间。

二、 综合题。（48分）

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 f v ?∧=1 H f h ?∧=8.9，而在等高面分析中计算地转风

P 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

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． 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． 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）

?Finler 2006

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