气象与气候学作业习题(作业与思考题分十章)

作业习题(作业与思考题分十章)

第一章 绪论

1. 系统分类的作用是什么?举例说明大气中存在的各种天气系统。 2. 天气包含哪些现象?可定量化的要素是哪些? 3. 天气和气候是怎样定义的?

4. 天气与气候有什么关系?知道过去的、现在的和未来的天气和气候信息对我们的生产和

生活有什么作用?

5. 对流层大气有哪些基本的特征?

6. 研究天气学需要用到哪些传统学科的基础知识?天气学与动力学的关系怎样?天气学怎

样走进人们的生活?

7. 什么叫专业气象服务?什么叫气象经济学?

8. 对地面附近的天气系统和对流层中、高层大气扰动，有哪些水平尺度与时间尺度匹配的

天气系统?它们之间有什么关系?

9. 描述大尺度天气学与大尺度天气动力学，中小尺度天气学与中小尺度天气动力学，以及

大气湍流等方面的关系。

10. 天气学的基本原理包括哪些方面? 11. 制作天气预报用到哪些方法和手段? 12. 有哪些地图投影方法? 13. 天气图的种类有哪些?

14. 怎样分析等压线、等高线和等温线? 15. 怎样分析流线?

16. 地面天气图有哪些要素?高空天气图上有哪些要素? 17. 日常天气预报中有哪些内容?

18. 现在人们可以从哪些媒体上获得天气信息? 19. 什么叫滚动预报?

20. 天气学的发展有哪些阶段?天气学发展的前景怎样?

21. 学习天气学需要具备哪些学科的基础知识?它在国民经济发展中有哪些应用? 22. 为什么我国很多气象台站冬半年与夏半年用的地面天气图底图范围不同?

第二章 基础理论

1. 等引力位势面与重力位势面之间有什么关系?

2. 为什么气压随高度的降低在冷空气中比在暖空气中快? 3. 解释为什么地面天气图上要用海平面气压? 4. 重力位势是怎样引进的?

5. 大气运动方程中哪些项是非线性项，哪些项是线性项? 6. 气象学问题的研究中常用的热力学第一定律形式是怎样的?

7. 写出气压坐标下大气运动方程的形式，与高度z坐标方程有什么不一样? 8. 由大气热力学方程如何做出局地的日平均和日最高、最低气温预报来?

9. 利用厚度方程可以讨论等压面形势的垂直变化和水平温度分布之间的联系，给出几种气

压系统与温度场的配置关系。

10. 天气尺度的大气运动存在哪些平衡关系?

11. 地转风关系在怎样的条件下满足?在画什么地方的天气图时要考虑地转风关系? 12. 解释为什么北半球上层等压面图上平均高度向北降低?

13. 梯度风是在哪三个力的平衡下得出的?为什么高压对应的风小，低压对应的风大?

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14. 在自由大气中什么力导致了大气的运动? 15. 描述天气动力学中尺度分析的基本原理。

16. 在高空图上解释为什么等高线密集的地方风速大，而等高线稀疏的地方风速小? 17. 为什么在赤道上观测不到地转风? 18. 为什么两半球中纬度自由大气吹西风?

19. 描述北半球和南半球风是怎样绕着地面和高层高压与低压吹的?

20. 画出风随高度做顺时针转动和逆时针转动对应的气流相对本站的平流性质。 21. 哪些力影响空气的水平运动?

22. 解释摩擦作用是怎样影响风速和风向的? 23. 为什么近地面风在下午特别强?

24. 什么叫变压风，它与地面天气图上三小时等变压有什么关系?

25. 为什么气流在低压中心附近有向低压中心辐合的分量，高压中心附近有辐散的分量? 26. 在自然坐标系中，垂直涡度分量?由哪两个部分组成?

27. 给出上层大气散度、中层大气涡度和地面天气系统之间的对应位置关系。 28. 解释什么叫“补偿原理”和“准无辐散层”?

29. 用“槽线方程”说明哪些因素影响槽脊的移动速度?

30. 为什么地面高低压闭合系统的上空气流具有波动的特性?用图示描述它们之间的关系。 31. 用位涡守恒定理解释西风气流过山后背风槽的形成。 32. 在地面涡度变化方程中哪几项影响系统的发展? 33. 给位势倾向方程和?方程以相关影响的物理解释。 34. 什么样的大气是正压大气?什么样的大气是斜压大气? 35. 给出斜压天气系统发展的例子。

36. 描述北半球地转风与气压场关系和热成风与等温线之间的关系。 37. 大气长波是在满足哪些条件下推导出来的? 38. 长波移动速度与哪些因子有关系?

39. 热力不对称气压系统轴线在温压场什么情况下向西倾斜？什么情况下向东倾斜? 40. 如果地球停止旋转，地球涡度的作用怎样?此时气块的绝对涡度怎样?

第三章 大气环流

1. 根据全球观测资料如何得到大气环流的概貌?又如何得到大气环流的异常? 2. Hadley时代提出单圈环流的依据是什么?

3. 环流实验能够模拟大气环流现象中的哪些特征?

4. 青藏高原对西风带有什么影响？对我国天气和气候有什么影响?

5. 天气预报为什么常常发布的是概率预报？哪些预报是确定的？哪些预报是不确定的? 6. 描述气候与太阳辐射，气候与洋流，气候与内陆地形分布等的关系。 7. 阐述海气是怎样相互怎样的？ENSO循环怎样影响全球气候的年际变化? 8. 全球存在哪些大气活动中心？它们在地区气候季节变化中的作用是怎样的? 9. 极涡怎样影响中低纬度地区的天气和气候? 10. 南北半球存在哪些气候带，怎样形成的?

11. 在低纬度地区和中纬度地区角动量的维持依靠怎样的输送机制? 12. 青藏高原随季节变化的热力特征是怎样改变大气环流的?

13. 用热成风原理解释高原南侧西风减弱与北侧的西风加强以及当高原成为一个巨大的热

源时高原南侧西风消失而为东风所取代的情况。

14. 与青藏高原热力和动力因素有关概括出的三种级别的环流有哪些基本的特征? 15. 解释为什么高原上近地面层有如此多的低值系统,而高层只有大的单一系统?

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16. 解释平均的地面气压系统是怎样随季节变化的?

17. 解释为什么在地球上Hadley环流是不可能从赤道到极地的? 18. 解释大气环流与海洋环流之间的关系。 19. 列出3-4个重要的海气相互作用过程。 20. 什么条件对海洋上翻的出现是必要的?

21. ENSO形成后的气压异常和海温异常分布的格局怎样?La Nina形成时的太平洋风场和对

流情况怎样?

22. 描述全球气候的基本特征。

23. 地球和大气之间是怎样满足角动量平衡的?

24. 描述大气中的主要经向环流圈以及青藏高原的存在对平均环流的影响。

第四章 气团与锋

1. 影响我国的有哪些气团活动? 2. 什么叫气团变性?

3. 给出锋面附近的热力学和动力学特征? 4. 锋有哪些分类方法?

5. 高空锋与地面锋的主要区别是什么?

6. 锋面附近温度和位温场的水平特征和垂直分布特征怎样? 7. 锋面附近气压场和风场有哪些特征? 8. 描述地面图上锋面的分析方法。 9. 描述地形对锋面的影响。

10. 锋附近垂直运动产生的原因有哪些？如何估计?

11. 冷锋附近、暖锋附近、锢囚锋附近和准静止锋附近的三小时变压分布怎样? 12. 各类锋面附近的云系分布和天气怎样?

13. 地面图分析的实际工作中哪些天气现象及要素场的变化能够说明是锋生的，还是锋消

的?

14. 讨论在我国的冷锋锋生和暖锋锋生的情况。 15. 列出影响我国气团的气温和湿度特征。 16. 为什么冬季气团发展的比夏季的强烈？

17. 怎样依靠高空图上的温度场分布确认地面锋的位置? 18. 怎样判断地面上的锋生?

19. 影响锋生、锋消的物理因子有哪些，给出表达式。什么样的流场形式最有利于锋生? 20. 解释为什么当冷锋或锢囚锋接近观测站时气压会降低?

21. 描述冷锋附近、暖锋附近、锢囚锋附近和准静止锋附近的云型分布。

22.描述倒槽锋生的天气特征。

23.位于60N的地面锋，锋后冷气团为NE风5m/s，锋前暖气团为WS风10m/s，冷空气的

温度为-5C，暖空气的温度为0C，试求东北-西南走向的锋面坡度。

第五章 气旋

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

给出气旋的定义和气旋的分类。 南方气旋与北方气旋有什么区别? 描述经典气旋模型中的天气分布。

描述准静止锋上锋面波动即气旋发展的不同阶段。 从500百帕的环流形势描述气旋发展的过程。 描述冷锋进入倒槽暖锋锋生的过程。

描述高层西风气流波动与地面气旋及天气分布的位置配置。 有哪些形式的气旋再生过程?

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9. 如何从卫星云图上判断气旋的发展过程? 10. 我国主要有哪些气旋活动?

11. 发生在我国的气旋会导致哪些天气? 12. 描述气旋的发展的能量源。 13. 为什么气旋锢囚后会消亡?

14. 描述我国哪些地方最有利于气旋的形成和发展? 15. 怎样的高层环流有利于气旋的发展? 16. 为什么中纬度低压区随高度向西倾斜? 17. 为什么气旋入海后还会得到发展? 18. 为什么我国西南地区会形成西南涡?

19. 我国东北涡是怎样形成的?对应怎样的天气? 20. 我国冬季的气旋活动是怎样影响沙尘天气的? 21. 锋面气旋天气与锋面天气有什么不同? 22. 用什么量可以描述气旋的强弱?

23. 用?方程和位涡的观点讨论中纬度气旋的发展。

第六章 西风带扰动

1. 描述行星锋区南北两侧的气团特征和环流系统。

2. 为什么在极地大陆冷干气团与副热带暖湿气团之间常出现多层锋区？这种多层锋区在

哪些地区最为明显?

3. 高空急流有哪些基本的特征?

4. 极锋急流和大型扰动，极锋急流和地面气压系统之间有哪些联系?

5. 高空急流和低空急流是怎样定义的?它们与天气和环流系统有什么联系? 6. 什么是长波，长波槽的温压场结构是怎样的?

7. 长波与地面上的哪些天气系统相联系?短波与地面上的哪些天气系统有联系? 8. 长波和短波与大气温度场之间有什么联系? 9. 描述低层闭合系统与高层波状流型的关系。 10. 大气长波上的散度和涡度分布怎样? 11. 什么是西风带的指数循环? 12. 阻塞高压的定义是什么?

13. 阻塞高压维持和崩溃消失的条件是什么? 14. 阻塞高压与一般反气旋有什么区别?

15. 在我国有哪些系统是切断低压形成的? 切断低压的形成及其天气学意义如何? 16. 给出寒潮的定义。

17. 在我国哪些天气系统的变化会导致寒潮的暴发?

18. 影响我国的寒潮路径有哪些?影响我国的寒潮灾害有哪些?

19. 围绕纬带绘制高层大尺度波动与地面大型高低压系统示意图。 20. 解释极锋是怎样影响极锋急流形成的?

21. 描述角动量守恒是怎样扮演了对急流形成起重要角色的? 22. 为什么极锋急流在冬季比夏季强?

23. 什么条件导致了低空急流的发展?夏季低空急流是怎样影响我国天气的? 24. 为什么上层西风带中的长波不同于短波?

25. 为什么上层低压与地面低压变得垂直后使地面风暴趋于填塞? 26. 为什么极锋急流影响气旋波的形成?

27. 为什么极锋急流与极锋位置一致?哪些位置有利于气旋波的发展?

28. 用图说明,在北半球为什么地面高压向东南方向移动，而地面低压向东北方向移动? 29. 阻塞形势出现时环流型是高指数还是低指数，指数循环的天气学意义是什么?

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30. 阻塞高压是如何形成和崩溃的，起主要作用的因素是什么?

第七章 中尺度系统

1. 什么是中小尺度天气和中小尺度天气系统? 2. 天气系统之间存在怎样的尺度关系? 3. 中小尺度天气系统有哪些基本的特征?

4. 中小尺度天气系统的垂直速度量级、散度量级是多少? 5. 对流发展的热力和动力条件有哪些? 6. 叙述雷暴高压的形成和结构。 7. 从哪些方面认识飑线?

8. 冰雹云的形成有哪些环境条件? 9. 描述龙卷的一般特征。

10. 中尺度雨团有哪些基本的特征? 11. 对流性天气的发生与哪些条件有关?

12. 哪些大尺度环境背景对对流性天气发生有利?

13. 描述雷暴发展的不同阶段。为什么雷暴多发生在下午? 14. 什么是多单体雷暴?

15. 为什么极地纬度很少有雷暴发生? 16. 解释锋前飑线的形成。 17. 飑线与锋有哪些区别?

18. 解释云-地闪电。为什么雷暴时人在树木底下危险?

19. 为什么预报员夏季预报用语多用“局部地方有时有雷阵雨”? 20. 给出龙卷风水平尺度、风速和移动速度等的基本统计。 21. 龙卷会造成哪些天气灾害?

22. 重力波如何产生，对天气带来什么影响? 23. 中尺度天气分析方法的主要特点是什么? 24. 叙述热雷暴预报的要点。

25. 举例说明对流性天气产生的有利大尺度天气形势。 26. 哪些系统能够成为龙卷风的母体?

27. 描述Doppler雷达是怎样测量雷暴中风场的?

第八章 季风

1. 用“热－风－雨”的关系解释海陆风及对流降水的日变化形成过程。 2. 给出Ramage (1971)总结的季风定义。

3. 对季风区天气直接有影响的主要大尺度天气系统有哪些? 4. 在亚洲可以分为哪几个季风区?其降水有哪些特色? 5. 为什么我国气象学家对季风研究极为重视? 6. 亚洲地区哪些国家受季风的影响? 7. 为什么全球最强的季风发生在亚洲?

8. 描述季风形成的原因，太阳辐射纬度变化、海陆和地形对季风的作用。 9. 如果全球为海洋覆盖或大陆覆盖，大气环流会是怎样的?

10. 在北半球的夏季，亚洲大陆为热低压和南半球存在冷高压的时候，为什么低层大气的气

流不直接由高压指向低压跨越赤道? 11. 影响我国夏季的季风气流是怎样的? 12. 亚洲季风暴发的季节进程怎样? 13. 南海季风暴发有什么特色?

14. 南海季风暴发对东亚季风降水有什么影响?

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在台风强度变化不大和移动时加速度不大的情况下，台风的移动，就由大型气压场的水平气压梯度力（A）、地转偏向力（C）和内力（N）所决定，这时可近似地认为三个力处于平衡状态，即

A＋C＋N＝0 下图给出的是台风在副高南侧、副高北侧和副高脊线的位置受到的上述3力的作用，也就

?决定了它的移向(V)。副高南侧台风移向西北，有逆等压线的移动；台风达到副高脊线上就

会出现向东北的分量，使台风加快转向；在副高北侧，台风会加快向东北移去。

（3）用地转风、梯度风和热成风原理描述大气中风场、气压场和温度场之间的关系。

自由大气中的风场（或空气运动）如果不考虑随时间变化，大致有3种基本的运动和分布。一是空气作平直的水平运动；二是空气作旋转运动；三是风速随高度变化。这些运动分别与地转风、梯度风和热成风有关。

在自由大气中不考虑摩擦力，空气质点所受的气压梯度力与科氏力近似平衡，从而得到地转风分量 ug??11?P11?P，vg?.

f??yf??x由上式可知，在北半球，背风而立，低压在左，高压在右。

当空气作水平曲线运动时，空气的运动是在气压梯度力、地转偏向力和惯性离心力3力平衡下的运动。当空气质点作气旋式旋转时，气压梯度力是向圆心的，地转偏向力是向圆外的，这时只有气压梯度力大于地转偏向力才能出现向心力，有

???V?(f?)V。 ?nR在空气质点作反气旋旋转时，气压梯度力是指向圆外的，地转偏向力是指向圆心的，当存在

有向心力时，则有地转偏向力减去气压梯度力等于向心力，即 ?

??V?(f?)V。 ?nR11

比较看出，在同样风速的情况下，气旋的气压梯度比较大，即等压线较密，反气旋的气压梯度比较小，即等压线比较稀疏。

热成风定义为上下两层等压面上地转风之差 vg1?vg2?vgt??? 即

ugT??RP2?TmRP?Tmln，vgT?ln2， fP1?yfP1?x热成风与等温线之间的关系为：在北半球，背风而立，低温在左，高温在右。

（4）“槽线方程”或Rossby波公式是在什么样的条件下得到的？说明哪些因素影响槽脊的移动速度?

将涡度方程用于准无辐散层，略去散度项并得到绝对涡度守恒方程。此时长波系统的涡度变化，即系统的移动决定于相对涡度平流A?和地球自转涡度平流??v。考虑平直西风气流U上叠加上南北方向上的扰动气流v，则得到长波（Rossby波）移动速度的公式：

?L? c?U????，

?2??该式也称为“槽线方程”，它给出了槽脊移动速度c和西风风速U，波长L的关系。由此可得出：

槽脊的移动速度总是小于西风风速； 西风风速越大，槽脊移动的速度也越大；反之，西风风速越小，槽脊移动的速度也越小； 槽脊移动速度还和它的波长有关，当波长越短，移动越快。在波长很短时移动速度c和西风风速U很接近。若波长越长，移动速度c与U的差就增大，到一个临界值L?Ls时，

2?L?c=0，这时有U???s?，波动呈现准静止状态，这个临界波长称为准静止波长。如果波

?2??长大于Ls，则波动就会后退。

与??(2?cos?)/a有关，高纬度移动快，低纬度移动慢，最后成为横槽或切变线。 传统天气图的预报就是基于长波槽脊系统的预报。

（5） 我国东部作为受季风影响的地区，天气和气候受哪些系统的影响？季节变化的过程怎样？

影响我国东部地区天气和气候的大气环流系统有随季节变化的大气活动中心，如冬季控制我国东部广大地区的蒙古高压。由于青藏高原的存在，蒙古冷高压，也为极地冷气团多从我国东部南下，形成影响我国东部地区的一次次寒潮过程。夏季的情况比较复杂，影响系统有西太平洋副热带（暖）高压和印度热低压。高原对流层高层还存在南亚高压。亚洲高纬度地区还常常有阻塞高压出现。在比较稳定的上述大型环流系统和高原地形作用下，高原南北两侧会出现南支暖湿气流和高原北支冷干气流。这两支气流多以短波形式活动在我国东部地区，形成区域降水等天气。

在东亚地区，行星锋区也具有“多层结构”特征。由于高原地形作用我国东部也出现北方锋区和南方锋区，对应不断出现的我国南方气旋和北方气旋。这些气旋是造成我国降水天气的主要系统。

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2 气候上，南海季风在5月中旬突然爆发，标志着东亚夏季风的开始。南海夏季风爆发前，华南就有春雨，是西风带与副高相互作用形成的静止锋降水。南海季风爆发后，华南首先进入季风汛期。到6月中旬季风降水到达长江流域，即为梅雨天气。7月中旬到8月降水出现在华北和东北地区，它的气候特征表现为：主要年降水集中在７月中旬到８月中旬，更多的集中在几次降水事件。

上述季风降水向北推进的季节变化直接与副高强度和位置（脊线）阶段性变化相联系。

附件2

2002年本科生天气学试题

1、（20分）名词解释：

大气活动中心，Hadley环流，季风，寒潮，低空急流，静止锋，切变线，雷暴高压，飑线，龙卷气旋。 2．（10分）阐述大气中角动量输送的两种主要型式。 3．（10分）影响台风移动的因素有哪些？ 4．（10分）指数循环和阻塞形势分别是怎样定义的？它们之间有什么联系？

5. （10分）哪些物理量可以反映或能够描述季风的爆发？我国夏季风爆发有什么具体的区域特征？

6. （10分）哪些天气尺度和次天气尺度系统的活动可以导致我国的降水过程？ 7．（15分）在北半球中纬度地区，低层（地面）多为闭合气压系统，而中、高层对流层大

气中为西风波动气流。描述它们之间的关系（加图示）。

8.（15分）描述中纬度气旋形成的过程，它与台风发展过程有什么不同（加图示）？

·课程论文：前面思考题中一些尚不能在《天气学》书中找到答案，需要同学查找其他的

参考文献来回答。这些问题，同学可以上网查找，做成word文件。2004年春季本科生的作业已经由同学做成文件并写在光盘上。这样的课程论文可以弥补天气学内容多，课堂上有可能讲不到和讲不透的不足。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6x07.html