《动力气象学》课程辅导资料知识点归纳总结第一章绪论1. 研究地球大气运动时的基本假设连续介质假设：研究大气的宏观运动时，不考虑离散分子的结构，把大气视为连续流体。

从而，表征大气运动状态和热力状态的各种物理量，例如大气运动的速度、气压、密度和温度等可认为是空间和时间的连续函数，并且经常假设这些场变量的各阶微商也是空间和事件的连续函数。

是研究大气运动的基本出发点。

理想气体假设：气压、密度、温度之间的关系满足理想气体状态方程。

2. 地球大气的运动学和热力学特性有哪些？大气是重力场中的旋转流体：大气运动一定是准水平的；静力平衡是大气运动的重要性质之一。

科里奥利力的作用：大尺度运动中科里奥利力作用很重要；中纬度大尺度运动中，科里奥利力与水平气压梯度力基本上相平衡——地转平衡；地球旋转角速度随纬度的变化，与每日天气图上的西风带中的波动有关；起稳定性作用——位能、动能的转换——锋面。

大气是层结流体：大气的密度随高度是改变的——层结稳定度；不稳定层结大气中积云对流；稳定层结大气中重力内波。

大气中含有水份：相变潜热——低纬度扰动和台风的发展。

大气的下边界是不均匀的：湍流性；海陆分布和大气环流。

3. 大气运动的多尺度性大气运动无论在时间尺度还是在水平尺度上都具有很宽的尺度谱，不同尺度系统在性质上有很大差异，对天气的影响也不同，不同尺度运动系统之间还存在相互作用。

而根据流体力学和热力学原理建立起来的大气运动方程组，表征了大气运动普遍规律，从物理上讲，它几乎描述了各种尺度运动和它们之间的相互作用，方程组是高度非线性的，难以求解。

因此，在动力气象中，常对各种运动系统进行尺度分类，利用尺度分析法分析各类运动系统的一般性质，建立各类运动系统的物理模型（第三章）。

第二章描写大气运动的基本方程组1. 作用于大气的力，哪些是真实力，哪些是视示力？真实力：气压梯度力、地球引力、摩擦力，既改变气流的运动方向，也改变速度的大小视示力：科里奥利力、惯性离心力，只改变气流的运动方向，不改变速度的大小2. 描述大气运动的基本方程组和各自遵守的物理原理牛顿第二定律——运动方程质量守恒定律——连续方程理想气体实验定律——状态方程能量守恒定律——热力学能量方程水气质量守恒——水汽质量守恒方程3. 分析流体运动的两种基本方法拉格朗日方法：着眼于微团，研究其空间位置及其他物理属性随时间变化的规律，推广到整个流体运动。

欧拉方法：着眼于空间点，研究不同流体微团流经固定点时的运动状态及物理属性的变化规律，从而掌握流场中各物理量的空间分布及变化规律。

4. 旋转坐标系旋转坐标系：原点位于地球中心，坐标轴固定在地球上的坐标系。

5. 理解局地直角坐标系三个基本方向与球坐标系相同，但不考虑单位矢量的空间变化。

是球坐标系的一种简化，保持了球坐标系的标架但忽略了球面曲率的影响；同时具有笛卡尔坐标系和球坐标系的特点。

6. 全导数和局地导数的关系，全局导数、局地导数和平流变化的物理意义个别变化等于局地变化加平流变化。

7. 速度散度的物理意义它代表物质体积元的体积在运动中的相对膨胀率。

当物质体积元在运动中体积增大时，因质量守恒其密度要减小；运动中体积减小时，其密度要增大。

【例题解析】（1）连续方程表明，当空气块在运动中体积减小时，因质量守恒其密度（）。

A．减小B．先增大后减小C．增大D．先减小后增大答案：C解析：题目考查对连续方程的认识。

连续方程时质量守恒定律在大气运动中的表现，空气块在运动过程中质量守恒，那么其体积减小必然伴随着密度增大。

第三章尺度分析与基本方程组的简化1. 什么是尺度分析法？为什么要做尺度分析？尺度分析法：尺度分析法是依据表征某类运系统的运动状态和热力状态各物理量的特征值，估计大气运动方程中各量级大小的一种方法。

根据尺度分析的结果，结合物理上的考虑，略去方程中量级较小的想，简化方程，分析运动系统的某些基本性质。

大气中存在不同尺度的运动，它们满足同一基本方程组但有不同的运动特点，研究某一特定尺度运动时，只有抓住决定尺度运动性质的主要因子，忽略次要因子，才能把握运动的主要性质，便于数学处理。

使得结论简单，物理意义清楚。

2. 大气运动的尺度分类水平尺度为106、105、104米的运动过程分别为大尺度、中尺度、小尺度运动，大尺度又称为天气尺度。

比如，温带气旋，温带反气旋属于天气尺度运动；飑线，锋面属于中尺度运动；龙卷属于小尺度运动。

水平尺度与地球半径相当的长波，如副热带反气旋、赤道辐合带等属于行星尺度运动。

3. 零级近似和一级近似➢所谓零级简化，通过比较方程中各项的数量级，只保留方程中数量级最大的各项，而其他各项都略去。

➢所谓一级简化，通过比较方程中各项的数量级，除保留方程中数量级最大的各项外，还保留比最大项小一个量级的各项，而将更小的各项略去。

4. 常用的无量纲参数罗斯贝数：描述运动的水平尺度的参数。

基别尔数：描述运动过程是慢过程还是快过程的无量纲参数。

理查森数：与大气层结稳定度和风铅直切变有关的动力学参数。

无量纲厚度参数：垂直尺度和水平尺度之比，用以判断深厚系统和浅薄系统。

5. 如何对方程进行无量纲化对方程中的，依据各特征尺度引入无量纲变量，带入大气基本方程组，得到无量纲形式的方程，由于无量纲变量和其导数的量级为1，通过比较无量纲方程中各项前面的系数的量级，就可决定原方程中各项的相对大小，这为简化方程提供了依据。

6.中纬度大尺度运动的基本特征。

准水平，准地转平衡，准静力平衡，准水平无辐散、缓慢变化的涡旋运动。

7. β平面近似的内容是什么？为什么要采用β平面近似？（1）当f处于系数地位不被微商时，取常数；（2）当f处于对y求微商地位时，取d f / d y = β=常数。

采用β平面近似后，用局地直角坐标系讨论大尺度运动将是方便的。

虽然由于球面效应引起的曲率项被忽略了，但球面效应引起的f 随纬度的变化对大尺度运动的作用却部分保留下来。

第四章 p 坐标，铅直坐标变换1. 等压面分析的必要性利用z 坐标系分析大气运动时，需进行等高面分析，而气象业务中广泛采用的是等压面分析的方法。

为适应等压面分析，建立一个以物理变量气压p 代替铅直坐标z 的坐标系是必要的。

日常天气预报业务工作常绘制的标准等压面图有850、700、500、300、200、100hPa 等。

2. p 坐标系是建立在静力平衡的基础之上的。

3. p 坐标的主要优缺点是什么？优点：在这个坐标系中，可以直接用等压面上分析的资料进行计算；其基本方程组中减少了一个因变量，即密度的影响隐含在等压面位势变化之中；连续方程具有较简单的形式；由于引进了静力平衡近似，方程组中已滤去了对天气变化不起什么作用的沿铅直方向传播的声波。

缺点：这个坐标系中，下边界条件很复杂，不能严格给出下边界条件，很难考虑地形的影响。

由于小尺度运动不满足静力平衡条件，故不能用p 坐标系来描写它们的运动规律。

4. 不同坐标系的转换z p zF F F p x x p x ∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 5. θ坐标系θ坐标系建立的条件是大气层结是稳定的。

θ坐标系对研究绝热运用有其独特的优越性，然而θ坐标系和p 坐标系一样，因地表面不是坐标面，很难正确给出下边界条件。

第五章 自由大气中的平衡流场1. 理解自然坐标系自然坐标系中三个坐标s 、n 、z 的方向分别用单位矢量t 、n 、k 表示。

在空间任一点上，t 都与该点水平气流方向一致，n 是t 的法向量并指向水平气流的左侧，k 的方向垂直向上。

2. 流线和迹线➢ 流线：与水平速度矢量相切的一族有向曲线。

流线方程00(x,y,t )(x,y,t )dx dy u v =，积分可得流线 ➢ 迹线：也称轨迹，是空气微团运动的路径。

迹线方程：()000(x,y,t),(x,y,t)dx u dt t t x =x y y dy v dt ⎧=⎪⎪==⎨⎪=⎪⎩时,，积分可得迹线➢ 流线和迹线只能相切不能相交。

在定常条件下，流线和迹线重合。

3. 自由大气中的平衡流场极其基本型式气流方向无外力分量的定常水平流场称为平衡流场。

平衡流场中等压线即流线，微团的运动是等速率运动。

地转风：水平气压梯度力和科里奥利力相平衡。

此时，沿气流反向无外力分量，运动时水平、定常的。

惯性运动：科里奥利力和惯性离心力平衡。

旋衡运动：水平气压梯度力与惯性离心力相平衡的流动。

梯度风：水平气压梯度力、科里奥利力和惯性离心力平衡。

最普通一般的平衡流场就是梯度风流场，梯度风高度与湍流系数和地理纬度有关。

4. 风压定律？在北半球，高压在运动方向右侧，低压在运动方向左侧；低压伴随有气旋式环流，高压伴随有反气旋式环流。

这是正常的风场。

5. 正压大气与斜压大气正压大气：密度的空间分布只依赖于气压，即ρ = ρ(p )。

正压大气中等压面、等密度面和等温面重合在一起。

斜压大气：密度的空间分布不仅依赖于气压而且依赖于温度，即ρ= ρ(p, T)。

斜压大气中等压面与等密度面、等温面是交割的。

通常正压大气不会维持很久，但是若大气所进行的过程是干绝热过程，则原有的正压状态可以维持。

6. 地转风与热成风实际意义斜压大气是地转风随高度改变的充要条件。

也就是正压大气中不存在热成风。

地转风关系揭示了大尺度运动中风压场关系，而热成风关系揭示了静力平衡大尺度运动中风场、气压场、温度场之间的关系。

可用地转风、热成风关系来校对实测风场、气压场、温度场的分析是否协调一致。

也可以根据单站探空给出的实测风铅直分布，估计各层中温度平流的性质。

可以解释中纬度西风急流。

7. 地转偏差实际风与地转风的矢量差。

地转偏差虽然很小，但对大气运动的演变起着极其重要的作用。

有地转偏差时，空气微团才可能做穿越等压线运动，从而引起质量重新分布，造成气压场和风场的变化。

所以地转偏差是天气系统演变的一个动力因子。

8. 垂直速度的计算方法➢计算垂直速度的重要性：（1）上升运动是形成云雨天气的基本条件；（2）垂直运动对天气系统的发生发展有重要的指示意义。

➢计算垂直速度的必要性：垂直速度不是一个观测量，需要进行诊断计算。

➢计算垂直速度的主要方法：运动学方法和绝热法运动学方法：利用连续方程由水平风场计算垂直速度。

其特点是计算方便简单，但误差较大。

绝热法：利用绝热形式的热力学能量方程，由大气的热力状态来计算垂直速度。

其特点是由等压面位势高度资料和温度资料就可计算出垂直速度，温度局地变化率和静力稳定参数的计算精度对结果有很大影响。

9. 平衡方程平衡方程是诊断方程，在诊断分析和数值预报中常要用到这个方程。

第六章 环流定理与涡度方程1. 环流和涡度环流：流场中某一有向闭合物质曲线上的速度切向分量沿该闭合物质曲线的线积分，定义为速度环流，简称环流。