【正文】 7. 什么是焚風？介紹其形成過程。1）焚風是氣流過山后在背風坡形成的干熱風，它有可能使植物、莊稼枯死，森林出現(xiàn)火災。焚風是自然界中存在的一種假絕熱過程，又稱欽諾克風。2）當氣流遇山被迫抬升時，若其凝結(jié)高度ZC低于山脈高度，則山前氣流先按干絕熱遞減率γd降溫，到凝結(jié)高度，達飽和后，水汽開始凝結(jié)，并進而形成云和降水，這時空氣按濕絕熱遞減率γm緩慢降溫。當氣流過山頂沿山坡下滑時，因凝結(jié)物大多在迎風坡作為雨降落，有山坡空氣在開始下滑的短時間內(nèi)，會因保留在氣塊內(nèi)的一小部分凝結(jié)物的蒸發(fā)而按濕絕熱遞減率增溫。但在以后的大部分時間里，則以干絕熱變溫率增溫。結(jié)果，越山氣流到達山下時，其溫度就會比越山前高的多，而濕度卻小得多，形成焚風。58. 什么是邊界層？邊界層厚度一般是多少？邊界層主要有什么特征?指靠近地球表面、受地面摩擦阻力影響的大氣層區(qū)域。邊界層厚度：一般1~2km，隨時間空間變化，從幾百米~4km。邊界層上方為自由大氣（free atmosphere）湍流是邊界層最重要的特征。（1）由于流體的連續(xù)性和地面的粘附作用，在邊界層中形成了很大的風速垂直梯度，致使湍流運動成為行星邊界層內(nèi)流動主要特征；（2）風向有規(guī)則地隨高度右旋；（3）受地面熱力作用影響大，低層大氣溫度分布呈現(xiàn)出很大的垂直梯度； 59. 用熱成風理論解釋為什么副熱帶高壓是深厚系統(tǒng)。60. 何為大氣長波的長波不穩(wěn)定？為何說斜壓不穩(wěn)定是中緯度天氣尺度擾動的發(fā)生發(fā)展的主要機制。61. 請解釋為什么在山脈的背風一側(cè)通常會有地面低壓或低壓槽生成。由位渦守恒，氣流過山后沿著山脈背風潑下降時，氣柱垂直拉伸和水平輻合將產(chǎn)生正變渦（渦度增加），從而產(chǎn)生負變壓（氣壓下降）。如果下坡氣流足夠強，在山脈的下風方向，海平面氣壓場將會形成地面低壓或低壓槽。62. 熱帶氣旋的移動受哪些力的作用？設(shè)有一個對稱的圓形熱帶氣旋，其強度不變，試分析它在副高南側(cè)、副高北側(cè)和副高脊線位置的受力情況和移動方向，請繪圖示意。三、 問答1. 暴雨形成的主要因素有哪些？為什么？一般降水的形成條件是：具備宏觀的水汽條件和垂直運動條件，同時具備微觀的物理條件即云滴增長條件。暴雨的形成需要有更佳條件(2個)的配置：充沛的水汽供應。要產(chǎn)生暴雨以上的大降水量必須要有源源不斷的水汽供應。水汽供應取決于兩方面：1）大氣中水汽含量高（TTd5186。C），2）有水汽的輸送和累積 通常要求在外圍(面積至少比暴雨區(qū)大10倍)有大范圍的水汽輻合,即有水汽的輸送和累積,并集中到較小范圍的暴雨區(qū)內(nèi),以供應暴雨所需的水汽。B．強烈的上升運動1）低層的水汽必須上升到空中，才能凝結(jié)成云致雨；大尺度天氣系統(tǒng)的作用并不是直接造成暴雨的原因，因為垂直速度很小，只有幾厘米/秒，在水汽充沛的條件下，造成的降水只有12mm/小時或2448毫米/天，最多達到中大雨，而達不到暴雨。2）天氣系統(tǒng)在暴雨形成中的作用是制約造成暴雨的中尺度系統(tǒng)的活動和造成水汽的集中。 C．持久的作用時間；這有兩種含義：降雨天氣系統(tǒng)移動緩慢甚至停滯不動；多次重復出現(xiàn)降雨天氣系統(tǒng)（如西風槽、氣旋波）。D． 有利的地形使暴雨增幅；地形的強迫抬升作用1）暖濕氣流遇到山脈和丘陵，被強迫抬升，最大雨量往往出現(xiàn)在5001000m的迎風坡上，尤其是面向暖濕氣流來向的喇叭口形山谷中，它既有迎風坡的抬升，又有地形輻合上升，往往出現(xiàn)特大暴雨。2）地形還可起到觸發(fā)作用，抬升運動或背風波促使?jié)撛诓环€(wěn)定能量釋放，激發(fā)重力波和中尺度擾動等所以，迎風坡多雨，背風坡少雨。2. 何謂鋒生和鋒生函數(shù)？說明空氣的水平運動和垂直運動對鋒生、鋒消的作用。1)鋒生：鋒的形成或增強；用鋒生函數(shù)來描述鋒生物理過程。鋒生函數(shù)Fh=ddt?hθ, Fh0鋒生；Fh0鋒消（水平位溫梯度的水平變化）。2）垂直：在穩(wěn)定大氣中，若暖空氣相對于冷空氣有下沉，或冷空氣相對于暖空氣有上升，導致溫度梯度加大的同時有?w?z0，則利于鋒生；反之利于鋒消。? 在不穩(wěn)定大氣中，暖氣團相對上升(或冷空氣相對下沉)，溫度梯度加大的同時有?w?z0，利于鋒生；反之利于鋒消。不穩(wěn)定大氣中，暖濕空氣上升較強烈，相對于冷空氣上升運動的同時釋放大量凝結(jié)潛熱，導致溫度梯度加大，鋒生。3） 水平：垂直于等位溫線的方向上有氣流輻合，等位溫線漸趨變密，利于鋒生；反之利于鋒消。變形流場是最有利的鋒生流場，鞍型場是最典型的變形場。3. 造成地面氣壓局地變化的主要因子是什么？在什么情況下使地面氣旋發(fā)展？4. 根據(jù)下面500hpa形勢示意圖，從渦度變化的觀點出發(fā)，討論：（1）低壓槽（2）高壓脊的發(fā)展情況。5. 大氣運動從運動的水平尺度來劃分大致可以分為哪三類尺度運動，其各類運動的基本動力學特征是什么？大、中、小尺度。①大尺度運動：Ｌ≥106m （天氣尺度）大氣長波、大型氣旋、阻塞高壓、副高—H：整個對流層（10km)；生命史：5天以上；水平風速：十幾m/s 垂直速度：(1~5)*102m/s；準地轉(zhuǎn)、準靜力平衡、準水平、準水平無輻散。②中尺度運動：Ｌ~105m 臺風、颮線、小低渦、海陸風、雷暴高壓；分為中α、中β、中γ；H：大部分對流層(=10km)；生命史：1~5天；水平風速：5~20 m/s；垂直速度：(510)*102m/s；③小尺度運動：Ｌ~104m；龍卷、小雷暴、積云；H：幾公里~十幾公里；生命史：10小時；水平風速：10~25m/s垂直速度：~1 m/s；非地轉(zhuǎn)、非靜力；6. Rossby波的基本特征是什么？其形成的物理機制是什么？寫出描述線性Rossby波的線性化的控制方程。A．（1）正壓大氣中Rossby波是由絕對渦度守恒控制的一種大尺度渦旋性波動，β效應是它得以傳播的最主要機制；（2）Rossby波相對于基流向西傳播。對于典型中緯度天氣尺度波動，若取波長Lx=6000km，波寬Ly=3000km，β=2*1011 CXu=βk2+m2~4m/s說明Rossby波速度緩慢，大尺度渦旋慢波；（3）頻散波；（4）Rossby波是大尺度波動，具有準地轉(zhuǎn)性，這是與重力慣性波的區(qū)別之一。 （5）U、L對波動速度C起著決定性作用。重疊在基本西風氣流上的長波，其傳播速度總小于緯向風速，波長短時，其傳播速度稍小于西風基流，波長較長時，C與西風基流差別較大 c=ωk=uβk2=uβL24π2b. 回復機制： 初始時刻，基本西風氣流下，ζ＝0?，F(xiàn)在：受到向北的擾動，由于φ↑，f↑，ζ↓，ζ0在u，u39。的作用下，作反氣旋的圓周運動；直至回到原緯度，f回到原值；但由于慣性，會繼續(xù)向南，此時φ↓，f↓，ζ↑，ζ0作氣旋式運動；……再回到原緯度，受慣性繼續(xù)向北；……c．正壓Rossby波線性化控制方程ω=ukβk。c=ωk=uβk2=uβL24π2。cg=u+βk2。7. 如何來構(gòu)造大氣運動的垂直坐標？其數(shù)學、物理基礎(chǔ)是什么？并用一個例子說明之。8. 從大氣能量角度來描述的大氣運動。一般采用四種能量形式,請寫出這四種能量形式的名稱和數(shù)學表達式。如果它們之間存在轉(zhuǎn)換過程，是如何轉(zhuǎn)換的？其轉(zhuǎn)換與哪些動力學過程有關(guān)？（不要學數(shù)學表達式）9. 從渦度變化的觀點出發(fā)，詳細分析地面氣旋發(fā)展各因子的作用。10. 概述我國寒潮形成的條件以及天氣形勢特征（小槽發(fā)展或橫槽轉(zhuǎn)豎型）1）條件：a冷源條件，要有冷空氣的醞釀和積聚過程。一般700hPa：有36186。C冷中心；500hPa：有40186。C冷中心；b引導條件，要有引導冷空氣入侵我國的合適流場；2）三種寒潮天氣形勢A小槽發(fā)展型寒潮過程的基本特征l 冷空氣源地在歐亞大陸的西北部，取西北路徑侵入我國 l 500百帕圖上烏拉爾山地區(qū)有長波脊建立 l 寒潮的爆發(fā)由不穩(wěn)定小槽的發(fā)展所引發(fā)，且與500百帕上小槽發(fā)展并代替東亞大槽的過程相伴隨，從小槽出現(xiàn)到發(fā)展成東亞大槽一般需57天 B槽脊東移型寒潮過程的基本特征l 冷空氣源地偏南，路徑偏西，因路徑很長，容易變性，溫度較其他型偏高，所以寒潮強度和勢力相對較弱 l 冷空氣由位于我國以西的低槽東移發(fā)展引發(fā)，西來槽在到達蒙古西部山區(qū)前一般不會發(fā)展 l 高壓脊的發(fā)展，比小槽發(fā)展型寒潮的烏山地區(qū)的高壓脊弱，位置偏南，且很少能形成阻塞形勢 C橫槽型寒潮過程的基本特征1）冷空氣的源地偏東，多在中西伯利亞以東的內(nèi)陸或北冰洋上 ；2）烏拉爾山地區(qū)有阻塞高壓，阻高以東有橫槽； 阻高和橫槽切斷了正常的西風環(huán)流，使亞洲高緯地區(qū)成為北高南低的氣壓場形勢 ；3）前期穩(wěn)定，爆發(fā)突然 ；阻高和橫槽都是較穩(wěn)定系統(tǒng)，醞釀期天氣形勢穩(wěn)定（3~6天，11天），橫槽前的平直西風中有小波動東傳；當烏山北部有強冷平流時，阻高漸崩潰，橫槽轉(zhuǎn)豎，冷空氣大舉爆發(fā) 11. 熱帶氣旋移動的基本路徑有哪些？試分析影響熱帶氣旋移動的物理因子。熱帶氣旋的正常路徑：西行、西北行、轉(zhuǎn)向；熱帶氣旋的移動由作用于整個熱帶氣旋的科氏力、背景場的氣壓梯度力和內(nèi)力決定?？梢?，對一個結(jié)構(gòu)對稱的熱帶氣旋，由于內(nèi)部空氣質(zhì)點受地轉(zhuǎn)偏向力和氣旋內(nèi)上升運動的作用，存在著指向西北方向的內(nèi)力；在內(nèi)力的作用下，熱帶氣旋向西北方向移動；熱帶氣旋的移動是內(nèi)力和外力綜合作用的結(jié)果。12. 用Margules鋒面坡度公式說明鋒面附近的風場和氣壓場的特征，并作出示意圖。由 故鋒面兩側(cè)氣壓梯度不連續(xù)。 鋒面位于氣壓槽中，等壓線通過鋒面時呈氣旋式彎曲，其折角指向高壓。2）風場 A．水平切變 地面鋒位于氣壓槽中，等壓線通過鋒面時呈氣旋式彎曲，故鋒面附近的風場具有氣旋式切變，而地面摩擦使風與等壓線成一交角，在鋒面附近形成輻合區(qū)。B．垂直切變 風速的垂直切變：因為鋒區(qū)內(nèi)水平溫度梯度很大，所以熱成風很大，故風速的垂直方向切變很大。風向的垂直切變：地面冷鋒之后的測站，自低層至高空，通過鋒層時風向作逆時針旋轉(zhuǎn)，對應有冷平流；地面暖鋒之前的測站，自低層至高空通過鋒層，風向作順時針旋轉(zhuǎn)，對應有暖平流。13. 說明環(huán)境風的垂直切變對強風暴形成的作用。①在切變環(huán)境中使上升氣流傾斜，從而使上升氣流中形成的降水質(zhì)點能夠脫離出上升氣流，而不致因拖帶作用減弱上升氣流的浮力。相反，降落到下沉氣流中的降水質(zhì)點，因蒸發(fā)冷卻和下沉拖帶作用，會增強下沉冷空氣出流，從而維持和激發(fā)上升氣流增強；②可以增強中層干冷空氣的吸入，加強風暴中的下沉氣流和低層的冷空氣外流，而后通過強迫抬升，使流入的暖濕空氣更強烈的上升，導致對流加強；③造成一定的散度分布，有利于風暴在順切變一方不斷再生，使風暴向前傳播；④能產(chǎn)生流體動力學壓強，有利于在風暴左側(cè)新的對流單體增長。14. Petterssen地面氣旋發(fā)展方程的含義是什么？分別討論方程中各因子對溫帶氣旋發(fā)展所起的作用。?ζ0?t=V5??ζ5+fRf?2p5p0[V??T+γaγω+1CpdQdt]dlnp含義：表示地面相對渦度的變化1) 500hPa絕對渦度平流項。槽前脊后，正渦度平流，氣旋發(fā)展，反氣旋減弱；槽后脊前，負渦度平流，氣旋減弱，反氣旋發(fā)展。地面氣旋多在槽前脊后處發(fā)展。 該項作用對于初生、發(fā)展中的氣旋作用最大，因為這時溫度平流的作用較小。2）溫度平流項；溫度平流的直接作用是引導氣旋移動，而不改變氣旋的強度。在暖平流最強處，氣旋發(fā)展；在冷平流最強處，反氣旋發(fā)展在氣旋前部暖平流最強，暖鋒前正渦度增加。在氣旋后部冷平流最強，冷鋒后負渦度增加。氣旋中心部分溫度平流很弱，并不使地面氣壓系統(tǒng)加強或減弱。3）絕熱變化垂直運動項；l 干絕熱時，ga=gd, gdg，大氣穩(wěn)定 w0，在↑最強處，▽2( )0，氣旋減弱，反氣旋增強 w0，在↓最強處，▽2( )0，氣旋發(fā)展，反氣旋減弱對于南北向的山脈，西風在迎風坡上升產(chǎn)生反氣旋渦度，在背風坡下沉產(chǎn)生氣旋渦度232。232。背風氣旋發(fā)展l 濕絕熱過程中，ga=gm, gmg，大氣不穩(wěn)定 w0，在↑最強處，▽2( )0，氣旋發(fā)展，反氣旋減弱 w0，在↓最強處，▽2( )0，氣旋減弱，反氣旋增強大氣層結(jié)不穩(wěn)定時，上升（下沉）運動對氣旋（反氣旋）的發(fā)展起促進作用4）非絕熱加熱項；l 在加熱率最大區(qū)，dQ/dt 0，▽2( )0， 氣旋發(fā)展，反氣旋減弱；l 在冷卻率最大區(qū)，dQ/dt 0，▽2( )0， 氣旋減弱，反氣旋發(fā)展； 非絕熱過程主要有：下墊面作用: 輻射，傳導，亂流等；水汽凝結(jié)與蒸發(fā)等。15. 描述旋轉(zhuǎn)大氣渦旋特征有哪些物理量（至少四種），具體的表達式是什么？這些物理量在描述大氣渦旋特征的優(yōu)缺點是什么？1） 絕對環(huán)流，2） 相對環(huán)流，3） 絕對渦度，4） 相對渦度，5） 位勢渦度16. 為什么要研究大氣運動的動力學不穩(wěn)定性問題，如何研究線性不穩(wěn)定？請給出兩類動力學不穩(wěn)定性，并說明這類動力學不穩(wěn)定性可以解釋何種大氣系統(tǒng)的變化？（看看課本）2）利用標準模方法3）慣性不穩(wěn)定和正壓不穩(wěn)定。17. 什么是Ekman抽吸（速度）？它是用何方法求得的？wT=?ug?yhE2=hE2ζg(hE=2Kf)由上式確定的垂直速度wT通常稱為Ekman抽吸，表明邊界層頂?shù)乃俣群偷剞D(zhuǎn)渦度成正比。當?shù)剞D(zhuǎn)渦度不為零時，就會在邊界層中激發(fā)出強制的垂直環(huán)流。推導見課件。四、計算和推導1. 分別推導多元大氣、等溫大氣和均質(zhì)大氣的壓高公式。，假設(shè)大氣平均透明系數(shù)P=,計算當太陽高度為30度時，考慮和不考慮大氣時到達地表的太陽直接輻射之比。3. 已知850百帕等壓面地轉(zhuǎn)風為10m/s，西風，700hpa~850hpa之間的平均氣溫每向東100Km下降2℃，求700hpa等壓面上地轉(zhuǎn)風大小與風向。（f=，R=287焦耳/度/千克）36