中尺度气象学习题集.doc

.中尺度气象学习题集一、填空题1中尺度气象学主要包括以下学科：（1）、（2）、（3）和（4）。【答案】：（1）中尺度气象学包括中尺度天气学（2）中尺度动力学与数值模拟（3）中尺度天气的短期和甚短期预报（4）中尺度大气物理学。2在Orlanski对中尺度运动进行的分类中，依照水平尺度由小到大分别为（1）、（2）、（3），对应的水平尺度为（4）、（5）、（6）。【答案】：（1）中尺度（2）中尺度（3）中尺度（4）220km（5）20200km（6）2002000km3中尺度运动的基本特征有（1）、（2）、（3）、（4）。【答案】：（1）空间尺度小，生命期短（2）气象要素梯度大（3）非地转平衡和非静力平衡及强的垂直运动（4）小概率和频谱宽、大振幅事件4滞弹性近似与包辛内斯克近似的比较，滞弹性近似的连续性方程形式为(1)无辐散，而包辛内斯克近似的连续性方程形式为(2)无辐散；滞弹性近似中密度的变化不仅考虑热膨胀效应，而且也考虑（3）效应；对于适用范围，滞弹性近似可应用于（4）对流运动，而包辛内斯克近似只能应用于（5）对流运动。【答案】：（1）质量（2）速度（3）压缩（4）深（5）浅5对称不稳定，从物理上看，就是在垂直方向上为(1)和水平方向上为(2)的环境中，空气作倾斜上升运动时仍然可能发生的一种不稳定。其不稳定判据等(3)面斜率小于等(4)面斜率。【答案】：（1）对流稳定（2）惯性稳定（3）绝对动量（4）位温6在CISK过程中，大尺度流场通过(1)的抽吸作用，对积云对流提供了必须的水汽辐合和上升运动，积云对流释放的(2)又为驱动大尺度扰动提供了能量，于是小尺度积云对流与大尺度流场演变相互作用互为因果共同发展。如(3)提供了CISK过程中启动积云对流的上升运动，则称之为波型第二类条件不稳定（WaveCISK）。【答案】：（1）摩擦边界层（2）凝结潜热（3）大气中的内波尤其是重力内波7中纬度地区常见的中尺度对流系统有三类：(1)（普通单体雷暴和局地强风暴），(2)（如飑线）及近于圆形团状结构的(3)（MCC）。【答案】：（1）局地对流系统（2）二维线状（带状）对流系统（3）中尺度对流复合体8局地强风暴被认为是大气中最重要的中尺度环流，其环境场最重要的特征是强(1)和强(2)。【答案】：（1）位势不稳定（2）垂直风切变9.中尺度天气现象分为二类，一类是(1)，如(2)、(3)等；另一类是(4)，如(5)、(6)、(7)、(8)等。【答案】：(1)稳定性天气(2)局地低云(3)浓雾(4)对流性天气(5)雷暴(6)大风(7)下击暴流(8)冰雹10中尺度天气系统，就其产生的基本原因可分为(1)和(2)两类，其中地形性环流有(3)，和(4)等，强对流天气系统有(5)，(6)，(7)和(8)等。【答案】：（1）非均匀性质下垫面强迫（2）大气的内部过程（3）背风波（4）海陆风环流（5）雷暴单体（6）飑线（7）中尺度对流复合体（8）龙卷11在有基本气流条件下，重力波发展的条件是(1),它们表示了这样的物理意义，即(2)和(3)是有利于重力波发展的。【答案】：（1）Ri1/4（2）弱的静力稳定度（3）强的垂直风切变12中尺度大气运动遵循以下物理原理：(1)、(2)、(3)、（4）以及其它气体和气溶胶物资守恒。【答案】：（1）质量守恒（2）能量守恒（3）动量守恒（4）水物质守恒(了解)13经典的对流发展的三要素是：(1)、(2)和(3)。【答案】：（1）水汽（2）不稳定（3）抬升机制14只有与(1)力联系的项中保留了密度扰动，而在(2)力项中，则略去了密度扰动的影响，这样的近似称为对流近似。【答案】：（1）重（2）气压梯度15弹性流体方程组包含的四种重力波解，分别是一对（1）重力波，一对（2）重力波；而弹性近似之后的中尺度运动方程组则滤去了（3）重力波，而保留了（3）重力波。【答案】：（1）高频（2）低频（3）高频（4）低频二、简答题16简述对流近似的含义。【答案】只有与重力联系的项中保留了密度扰动，而在气压梯度力项中，则略去了密度扰动的影响，这样的近似称为对流近似。17简述中尺度运动的基本特征。【答案】：（1）空间尺度小，生命期短（2）气象要素梯度大（3）非地转平衡和非静力平衡及强的垂直运动（4）小概率和频谱宽、大振幅事件（了解）18写出Orlanski对中尺度运动的分类标准。【答案】：Orlanski把中尺度运动分为中尺度、中尺度和、中尺度，对应的水平尺度分别为：220km、20200km、2002000km19简述大气标高和扰动垂直尺度的区别。【答案】：大气标高描述的是基本热力学变量的垂直尺度，用表示，它表征的是基本热力学变量垂直方向变化达到本身量级的尺度，而常用H表示扰动的特征垂直尺度，它表征的是扰动在垂直方向的伸展范围，一般情况下，显然H，对于浅对流运动来说，H100000B.内部-52的冷云区面积必须50000开始A和B的尺度条件首先满足持续期符合A和B尺度定义的时间必须6h最大范围领近的冷云罩（红外温度-32）达到最大尺度形状最大范围时的偏心率（短轴/长轴）0.7结束A和B的定义不再满足40.地形影响对流天气的主要作用是什么？【答案】：地形影响对流天气的主要作用是抬升作用、辐合作用和云物理作用。41.地形引起的云物理作用有哪些？【答案】：地形的作用在于当降水天气系统移进山区时，由于抬升和辐合作用，使对流云和高层云得到充分发展，因而形成播种云。另外，天气系统内的低层云，由于山坡上持续的抬升运动提供了源源不断的水分而得到维持，当上层冰晶或雪粒落入山区低云，对其播撒和冲刷，捕捉大量的小水滴，使两层云的造雨过程得到充分发展，形成地形暴雨，所以当地形迎风破出现不同层次的降水云或不同种类的云同时出现的地区要特别警惕出现强降水的可能。42.地形波主要有几类，造成差别的原因是什么，它对天气预报的启示是什么？【答案】：（1）气流过山引起的波动称为地形波。大气中的不连续面是形成地形波的主要物理作用。许多观测事实表明，逆温层或至少是稳定层（600hpa）几乎是地形波产生的必要条件。（2）地形波气流分为四种类型，分别是片状气流、定常涡旋气流、波状气流和旋子气流。这四种不同类型之间的差别是由风速垂直分布不同形成的。（3）我国的实际天气分析表明，有些地方在地形背风面的降水比迎风面还要多，而冰雹现象又往往产生在地形背风面，这说明在地形背风面的中小尺度天气系统活动对局地暴雨和强对流天气起着重要的作用。43.什么叫热岛效应？它对天气通常有哪些影响。【答案】：（1）在一定范围内，当某区域的温度比周围其他区域的温度明显偏高时，我们称该区域为一个热岛。因热岛存在对局部天气产生的影响称为热岛效应。（2）在城市中由于人类的活动频繁，而且大气污染严重，热岛效应非常明显。热岛效应对天气影响主要是造成恶劣的能见度、一定的降水和影响雷暴分布等。44.什么叫下坡风？产生下坡风的机制中主要应考虑什么?【答案】：（1）自山上向山下吹得局地强风，称为下坡风。（2）产生下坡风的机制中主要应考虑下坡风相对冷暖的原因和下坡气流产生的原因。45.什么叫中小尺度分析，简述它的主要特点。【答案】：（1）对中小尺度天气系统的描述分析，称为中小尺度天气分析。（2）它的主要特点是：分析中会使用大量的非常规观测资料或经过处理的常规资料；分析方法和采用的参数都要考虑时空分辨率高，分析的要素和物理量变化大，不满足地转平衡等约束关系，对一些强烈天气系统，静力平衡关系也不适用。46.中小尺度天气系统简述Shuman-Shapiro滤波方法的基本思路。【答案】：这种方法的基本思路是：选取适当的滤波系数S，用一定的滤波算子滤去n倍格局的波动，再用原始场减去滤波后的平滑场，就可以分离出n倍格局的波长的扰动场。47.简述用，和（空气饱和时的）的垂直分布表征大气层结稳定度的判据。【答案】：判据如下：绝对不稳定：0条件不稳定：0或绝对稳定：对流不稳定：48.简述常用的热力稳定度指数的表达式和判据。【答案】：(1)抬升指数：LI：LI=-.LI正值愈大，表示愈不稳定。（2）沙瓦特指数：SI:SI=,SI0表示不稳定，负值愈大，表示愈不稳定。（3）简化沙氏指数：SSI：SSI=,正值越小，表示气层愈不稳定。（4）总指数：TT：TT=,TT越大，表示气层越不稳定。（5）A指数：A=()+,A值越大，层结越不稳定。（6）K指数：K=()+-,K值越大，层结越不稳定。（7）里查森数：:()/,当0.25-1易发生中纬度系统性对流；当-1易发生气团性雷暴；当-2易发生热带性积雨云。（8）能量螺旋指数：EHI:EHI=,当EHI较大时，出现超级单体和龙卷风的可能性较大49.简述计算高分辨率不稳定能量方法的设计思路。【答案】：通常，大气不稳定能量都是使用探空资料进行计算。但常规高空探测资料对生命使仅几小时的强对流系统来说，其时间和空间分辨率都是不足的。在高分辨不稳定能量的计算中，采用二次曲面拟合方法，由区域附近的高空观测站的探空资料算出某地面测站上空的高空气象要素值，从而得到地面测站密度的高分辨的不稳定能量分布。采用的计算公式为=g()式中为与间的不稳定能量，g为重力加速速度，为与等压面间的厚度。50.按预报时效，简述天气预报的分类。【答案】：天气预报按时效分为长期（10d）、中期（310d）和短期（400.0mm）。60.简述暴雨预报中的“落区法”。【答案】：暴雨“落区法”即暴雨“综合叠套法”，它是通过对暴雨成因分析，找到各种有利于暴雨发生发展的有利因子，将其叠加在同一张天气图上，并分析出有利因子集中得最多的地区，这个地区便是暴雨最可能发生的地区。这种预报暴雨的方法称为“综合叠套法”，或称为“围区法”，“落区法”。61.简述用MOS法作暴雨预报的难点和修订技术。【答案】：MOS预报制作暴雨预报面临的难点是暴雨属小概率事件，统计方法用于小概率事件的预报其效果不佳；而且暴雨的发生往往是次天气尺度和中小尺度系统直接造成的，而目前的数值预报产品，尚不能反映次天气尺度以下的天气系统。为此，我国在用MOS方法作暴雨预报时，常采用以下技术来克服和弥补上述缺陷：消空处理；对天气形式分类；挑选好的预报因子；适当处理预报对象。62.什么是强对流？简述强对流天气发生发展的典型形势特征。【答案】：强对流天气一般是指伴随雷暴发生的大雹、强风、龙卷风等剧烈天气。强对流天气发生发展的典型形势特征是高低层有高空急流和低空急流，在低层有暖湿舌伸展，中层有干舌叠加在低层湿舌之上，层结不稳定度很大。63.如何预报雷暴大风？【答案】：观测证明，雷暴大风通常是同强雷暴相联系的，尤其是下击暴流，它是超级单体强对流风暴的产物。当天气形势为可能出现雷暴时，在预报工作实践中常用以下方法预报大风：使用雷达资料；使用卫星云图资料；使用探空资料；使用经验指标；使用诊断指标。64.简述冰雹预报的关注要点。【答案】：冰雹预报的关注要点是：是否有强上升气流；0和-20层高度是否适宜于冰雹胚胎不断增大。-20层高度常在7.5km（400hPa）附近或以下，0层高度高度在4km（600hPa）左右；雹粒在通过冻结高度到地面这一气层时的融化作用（冻结高度到地面的距离；这个距离内的平均气温；雹粒尺寸）；使用多普勒雷达垂直累积液态含水量（VIL）资料，判断雷暴云是否为冰雹云和出现冰雹的大小。65.什么叫CSI指标？【答案】：CSI指标即临界成功指数。它是对预报准确率或对一种预报方法和技术进行客观评估的指标。CSI指标同时考虑漏报和空报两类错误，其数值在01之间。0表示完全失败，1表示完全正确。CSI=x/(x+y+z)其中x为成功的预报，y为漏报，z为空报。66.试从表达式CSI=x/(x+y+z)推导出CSI=/1+(【答案】：步骤如下：注意到x+y0,以及z+w0，及(x+y)/N=（强雷暴概率）,(z+w)/N=（无强雷暴概率）,(N=x+y+z+w），x/(x+y)=（强雷暴探测概率）,w/(z+w)=（无强雷暴探测概率）,+=1,则有=1-=1-=/-./=(1-)/=1-=1-1CSI=/()=/1+67.简述甚短期和临近预报系统的基本特点。【答案】：甚短期和临近预报系统的基本特点是：研究的对象主要是中小尺度系统，考虑的大气物理过程复杂，涉及水相变化，对流传输，边界层效应，湍流和辐射平衡等。处理的资料时空分辨率高，信息流量大；更新时效短；预报内容要求具体，预报产品常需定地点、定时间、定要素核定强度；预报或警报的制作和发布要快速及时。68.位涡重要特性是什么？简述它们在天气分析中的意义。【答案】：（1）位涡具有两个重要特性是守恒性和可反演性。位涡的守恒性（即在绝热、无摩擦条件下，运动大气的位涡保持不变），使得可以通过追踪位涡异常区（即位涡高值或低值区）来追踪大气扰动的演变情况。位涡的可反演性是指在给定位涡分布和边界条件，并假定运动是平衡（如地转平衡、梯度风平衡）情况下，可以反演出同一时刻的风、温度、位势高度等的发布来。利用位涡守恒性和可反演性原理，通过等熵位涡分析，清楚地显示了高空位涡异常和低层位温异常所对应的高低空系统的结构特征和演变趋势。而且，反演理论即使在出现非绝热加热或冷却以及非守恒效应时，仍然是适用的。（2）位涡概念还优于涡度概念，因为等熵位涡能将平流效应与垂直运动效应有效地分离开来，这为天气现象的空间分析提供了清晰的认识。69写出中尺度的观测定义、动力学定义与实用定义。【答案】（1）观测定义：中尺度描述性地定义为时间尺度和空间尺度比常规探测站网小，但比积云单体又大得多的一种尺度，即它们的水平尺度约为几千米到几百千米，时间尺度约为112h。（2）动力学定义：在大气动力学中，一般是通过大气内部的各种物理参数的大小，来区分大气现象的时空尺度的。Ro数和Fr数的差异所决定的不同尺度运动的特性。对于中尺度运动来说Ro约为1，Fr1。（3）实用定义：常采用Orlanski给出的中尺度的定义，中尺度大气运动的水平尺度一般在22000km之间，而2002000km是中-尺度，20200km是中-尺度，220km是中-尺度。70中尺度气象学面临的主要科学问题是什么？【答案】：（1）关于中尺度对流系统及形成暴雨的系统三维结构和发生、发展过程的观测研究；中尺度系统和地形的关系研究；（2）各类尺度天气系统与中尺度系统相互作用研究；（3）中尺度系统触发机制研究；（4）中尺度大气运动不稳定研究；（5）中尺度天气数值模拟和预报研究；（6）中尺度灾害性天气的短期、甚短期和临近预报方法研究。单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善 教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。.