天气学原理考试答案

1什么是气团?气团有哪些分类?

气团是指气象要素(主要是温度和湿度)水平分布比较均匀的大范围的空气团。气团水平尺度:~1000Km;垂直尺度:~10Km

地理分类:北极气团;极地气团(大陆和海洋);热带气团(大陆和海洋);赤道气团.

热力分类:根据气团温度和气团所经过的下垫面温度对比来划分,分暖气团和冷气团

2什么是锋面?锋面的类型?

锋面:在天气图上由于比例尺小,锋区的宽度表示不出来,可把它看作为空间的一个面,即为锋面。

A.根据锋在移动过程中冷、暖气团所占主次地位,可分为:冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。

B.根据锋的伸展高度可将锋分为;地面锋(或低层锋)和高空锋(或高层对流层锋)

C.根据锋面两侧的气团来源的地理位置不同,可将锋分为:冰洋锋、极锋和赤道锋(热带锋)。

3锋面形成过程中,为什么锋面向冷空气倾斜,且锋面在垂直面上表现为上宽下窄?

锋的一侧为冷气团,另一侧为暖气团,由于密度不同,两者之间便产生一个由冷气团指向暖气团的水平气压梯度力G,迫使冷空气呈契形伸向暖气团的下方,力图把暖气团挤到它的上方,使两者分界面趋于水平,但当G开始作用时,地转偏向力A就随之起作用,改变冷空气的运动方向,使冷空气的运动方向与锋线趋于平行,当G=A时,气流便平行于锋面作地转运动,此时, 冷暖气团的分界面就不再向水平方向过度,而呈倾斜方向.

由于气压梯度力低空大于高空.由知,随着高度的增加,改变相同的位势高度, ,则即锋面在垂直面上上宽下窄.

4.什么是零级不连续面和一级不连续面?什么又是物质面?

零级不连续:气象要素本身不连续;

一级不连续:气象要素本身连续,而它的一阶空间导数不连续

物质面:由相同空气质点组成的不连续面称为物质面。

5.以密度的零级不连续面模拟锋面时,封面附近气象要素场的分布特征?

气压场的特征: 1.等压线通过锋面时呈气旋式弯折,且折角指向高压;2.锋线一般位于地面气压槽内。

变压场的特征:一般来说冷锋在锋后有三小时的正变压,而冷锋前的气压变化不大。相反在暖锋的锋前有三小时的负变压,而暖锋后的气压变化不大。对于锢囚锋来说,一般是由冷锋追上暖锋而形成,所以锢囚锋前多为三小时的负变压,而锢囚锋后多为三小时的正变压。暖式锢囚锋,由于冷锋位于暖锋的上方,故正变压线常出现在锋前;冷式锢囚锋,由于暖锋位于冷锋的上方,故负变压线常出现在地面锋线的后面。准静止锋,由于其移动性较小,所以它附近的气压变化较小。

风场特征:锋面附近的风场具有气旋式切变,这种现象在有摩擦的地方更为明显;

6.何谓锋生和锋消?影响锋生的因子有哪些?

锋生一般是指密度或温度不连续形成的一种过程,或者是指已有一条锋面存在,其密度(或温度)水平梯度增大的过程。锋消是指与锋生过程相反的过程。

1.非绝热加热

T1=

表示沿已存在温度梯度方向的非绝热加热的梯度产生的锋生作用。

2.垂直运动作用(地形影响)

T2 =

若大气为稳定层结?θ/?p<0,当暖气团中下沉运动>0,而冷气团中有上升运动<0,则T2>0,表示锋生;相反为锋消过程。

3.水平运动辐合

T3 =

表示在已有的水平温度梯度情况下,水平辐合(D<0)或水平辐散(D>0)产生的水平温度梯度的增加(或减弱),即锋生或锋消。

7.什么是锋面气旋?与热带气旋有何异同?

气旋中有锋面的气旋叫锋面气旋,锋面气旋的温压场是不对称的,移动性大,而且是带来云和降水的主要天气系统.见15题

8.掌握涡度方程、OMIGA方程和位势倾向方程。(每项物理意义)

9.能利用上述公式解释温带气旋的发展。

10.东亚气旋的发展有何特点?为什么冬春季节,东亚地区常有暴发性气旋发生?

11.三圈环流是怎样建立的?大气环流的形成中,形成因子和维持因子分别是什么?海、陆下垫面和地形的影响?

大气温度的变化表现为低纬度地区大气温度高于高纬度地区,高层大气温度低于低层大气。在地一气系统接收太阳辐射随纬度变化的分布状况下,低纬低层大气为热源,高层和极地大气为热汇(冷源)。因此,流体为了平衡内部不平衡的热量分布,将自发产生宏观的由南向北,由低向高的定向运动,由于柯示力的作用,在低纬形成Hadley环流。

极地由于能量的亏损,空气不断冷却伴随着密度不断增大,气压随高度的递减率比低纬要大.于是高层产生自低纬指向极地的气压梯度,低层则有自极地指向较低纬度的气压梯度,由于柯示力的作用,在高纬形成极地环流. Hadley环流与极地环流之间形成费雷尔环流形成原因:太阳辐射,地球自转

维持因子:摩擦作用(大气运动的角动量平衡),地球表面的不均匀性

海陆分布的影响: 冬季,大陆是冷源,海洋是热源;夏季,大陆是热源,海洋是冷源。海陆分布影响近地面的气压系统,同时对对流层西风带槽脊的形成也有重要作用。

地形影响 A.动力作用(绕流为主)大气中下层南部槽、北部脊;高原东北侧多出现地面反气旋、东南侧有西南涡;B.热力影响冬季--冷源:使南支西风急流加速;夏季--热源:a.使高原南侧对流层上层出现地球上唯一东风急流;b.对流层上层出现最强大的系统–南亚高压;c.对流层低层出现最深厚的西南季风,该地区生成反hadley环流,气流在高原上升,在赤道地区下沉。

12.大气平均流场分布的特征。随着太阳直射点的变化,大气环流是否有季节变化?(1).平均纬向环流:平均纬向环流是指平均纬向风的经向分布。如果不计经向风速分量,平均而言,近地面层的纬向风带可分为三个:极地东风带、中纬度西风带和低纬度信风带。与这三个风带相应的地面气压带是四个:极地高压带、副极地低压带、副热带高压带和赤道低压带。通常称为“三风四带”。

(2).平均经圈环流:经圈环流是指风的经向分量和空气的垂直运动在子午面上组成的环流圈。北半球冬季子午面上有三个平均环流圈:高纬和低纬地区是两个正环流圈,中纬度地区是一个逆环流圈,低纬度的正环流圈,通常称之为信风环流圈,也叫哈德莱(Hadley)环流圈。它对应着低空由副热带高压吹向赤道的信风和高空由赤道吹向副热带地区的反信风。(3).平均水平环流:①对流层中部冬季北半球对流层中部环流的最主要特点是盛行着以极地为中心的沿纬圈的西风环流,西风带上有行星尺度的平均槽、脊。三个明显的槽:一在亚洲东岸(由鄂霍次克海向较低纬度的日本及中国东海倾斜),称为东亚大槽;二是位于北美东岸(自大湖区向较低纬度的西南方倾斜),称为北美大槽;三是由欧洲白海向西南方向

伸展的较弱的欧洲浅槽,是三槽中最弱的一个,在三个槽之间有三个平均脊,分别位于阿拉斯加、西欧沿岸和青藏高原的北部。夏季北半球对流层中部的环流与冬季相比有显著的不同。西风带明显北移,等高线变稀,中高纬度的西风带上由三个槽转变为四个槽,其强度比冬季显著减弱。②对流层底部:冬季,北半球的主要活动中心是两个低压和几个高压。一个是阿留申低压,与高空东亚大槽相对应;另一个是冰岛低压,与北美大槽相对应。几个高压有西伯利亚高压、北美高压、太平洋高压和大西洋高压。前两个为冷高压,后两个为副热带高压。夏季与冬季的最突出的差别是冬季大陆上的两个冷高压到了夏季变成了两个热低压:亚洲低压和北美低压。阿留申低压和冰岛低压在夏季虽仍存在,但比冬季弱得多。副热带高压夏季显著北移,海上的两个副热带高压变得非常强大。

(4)大气环流的季节变化:冬季和夏季大气环流型式是基本的、稳定的,占了全年相当长的时间。因此,在大气环流的年变化中,基本上是冬季环流和夏季环流两种形式的交替,而春季和秋季为过渡季节。两次显著的变化分别发生在北半球的六月和十月,相当于夏季和冬季的来临。这两次显著的变化具有突变的性质,是全球性的,以亚洲地区最为明显。

13.什么是西风环流指数?西风带槽脊在水平和垂直方向的结构有什么特点?解释原因。对应这种结构特点,处于槽脊的不同位置,有什么天气系统产生?为什么?

(1.)一般情况下,高空,西风带风速比等温线移速大(U>c),等温线位相稍落后于等高线;有时两者重合,少数情况下等温线超前等高线。总的说来,长波具有冷槽暖脊的热力结构特点。(2).槽脊的位置随高度向西倾斜。暖平流区,上升运动;在冷平流区,下沉运动。

(3.)高空槽前对应着地面低压(锋前气旋),槽后对应着高压。更为一般的情况是高空长波槽前对应着地面气旋族。

在整个对流层中,发展斜压波的槽轴与脊轴随高度向西倾斜,而冷轴和暖轴则随高度向东倾斜,这种配置是斜压波把南北温度梯度所存储的位能转换到波动动能的必要条件,也就是槽脊发展的必要条件,当槽、脊轴线随高度变为垂直或向东倾斜时,冷、暖平流和能量转换将变得非常微弱,这时槽脊将开始减弱。

14.急流的出口区和入口区各有什么特点?这两个区域的二级环流是如何产生的?

①沿急流轴方向上,风速大小存在着明显的差异。在急流轴上有一个或几个急流中心;急流区两端,有气流的散合。在气流汇合的区域,等高线(或流线)呈辐合状,称急流入口区;在气流散开的区域,等高线(或流线)呈辐散状,称急流出口区。②高空急流轴的南侧,风速具有反气旋式切变,相对涡度为负;高空急流的北侧,风速具有气旋式切变,相对涡度为正。③空气微团在穿过急流带的上风方部位(即入口区)期间,增大了速度,而在穿过下风方部位(即出口区)期间,减小了速度。这样在急流入口区的左侧由于地转偏差引起辐合,其右侧为辐散。相应的高层的辐合辐散会诱发出下沉和上升运动,即在入口区左侧空气下沉,右侧为上升,存在着正环流。同理,在出口区左侧有一支较冷空气上升,右侧有一支较暖空气下沉的反环流存在。

15.热带气旋是如何定义的?与温带气旋比较有何异、同?

定义:热带气旋是形成在热带或副热带洋面上,具有暖中心结构的强烈气旋性地面环流的非锋面性天气尺度系统,伴有狂风暴雨,造成受影响地区严重灾害。

共同点:均为天气尺度系统,均为地面低压系统,风均绕其中心逆时针方向旋转,都产生大风、降水天气

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16.产生热带气旋的必要条件有哪些?

(1).热力条件暖性洋面,SST>26.5C (2.)要有一个低层的初始扰动

(3).生成位置一般距赤道5个纬距之外(4.)整个对流层风的垂直切变要小

17.热带气旋的结构中,台风眼和云墙区是如何形成的?

在台风外围的低层,有数支同台风区等压线呈10-20度交角的螺旋状气流卷入台风区,辐合上升,促使对流云系发展,形成台风外层区的外云带和内云带,相应云系有数条螺旋状雨带。按角动量守恒原理,卷入气流越向台风内部旋进(R ),切向风速也越大(V ),地转偏向力FV ,在离台风中心一定距离处(当R=R0),气压梯度力同离心力和科氏力平衡,气流不再旋进(R?0),于是大量的潮湿空气被迫强烈上升,形成环绕中心的高耸云墙,云墙的积雨云顶可高达19公里,这就是云墙区。

风中最大风速发生在云墙的内侧,最大暴雨发生在云墙区,凝结潜热增暖了空气柱,使地面气压急剧下降,低层径向气压梯度加大,而当云墙区的上升气流到达高空后,由于气压梯度的减弱,气压梯度力不再与离心力和柯氏力平衡,大量空气被迫外抛,形成流出层,只有小部分空气向内流入台风中心,并下沉,造成晴朗的台风中心,这就是台风眼区。18.什么是第二类条件性不稳定(CISK)?分析台风形成的物理过程。

第二类条件(性)不稳定机制的学说认为:在热带对流层中、下部经常处于条件不稳定的情况下,当低空出现气旋性环流时,由于摩擦作用,可以在大气边界层内造成摩擦辐合,使水汽通过边界层顶向上输送,在中、上部凝结,释放的潜热使中心变暖;这时地面气压下降,气旋性环流加强,进一步促使摩擦辐合加大,向上输送的水汽增多,再继续促使对流层中、上部加热,地面气压继续下降。如此循环,就形成了台风

台风形成的物理过程正反馈机制:低空气旋性环流扰动-- (摩擦作用)---〉边界层摩擦辐合------〉上升运动-----〉积云对流-----〉高空凝结潜热释放----〉高空中心变暖-----〉地面气压下降(高空气压升高产生辐散)-----〉气旋性环流加强-----〉边界层摩擦辐合

19.ENSO循环与低纬度经圈环流及纬圈环流的关系。

偏东信风增强-----〉东西温度梯度加大-----〉W ALKER环流加强------〉东西向气压

梯度加大----〉偏东信风增强

偏东信风增强-----〉EQ东太平洋冷水上涌加强-----〉冷水加强西伸,中东太平洋SSTA低

-----〉低纬EQ大气加热减少-----〉南北向温度梯度减小------〉HADLEY环流减弱----〉

副高减弱-----〉偏东信风减弱-----〉EQ东太平洋冷水上翻减弱-----〉冷水带变弱东缩中东太平洋SSTA高----〉对大气加热增加----〉南北向温度梯度增大-------〉HADLEY环流增强---〉副高加强------〉偏东信风增强

偏东信风减弱-----〉东西向温度梯度减小-----〉W ALKER环流减弱-----〉东西向气压梯度减小-----〉偏东信风减弱

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