模擬試題模擬試卷一一．填空題（每空1分，共15分）自由大氣中常取和二力平衡，而在邊界層中還需要考慮力的影響。大氣邊界層由下到上分為、和三層。根據(jù)雷諾平均有：；。常用的穩(wěn)定度參數(shù)有兩類，一類是從出發(fā)，以理查孫數(shù)Ri為代表；另一類是以為基礎(chǔ)，以Монии-Обухов(M-O)的相似理論最為完整。由可以闡明在給定期刻，測得的與空間固定點測得的相似。無量綱量因含L，可代表。在近地層以上，風向隨高度變化很大，地轉(zhuǎn)偏向力的作用不可忽視，因而決定大氣邊界層中湍流狀態(tài)高度分布的參數(shù)除外，還應加上一種。二．名詞解釋（每題5分，共20分）大氣邊界層閉合問題中性層結(jié)通量理查遜數(shù)Rf三．簡答題（每題10分，共50分）邊界層大氣運動有哪些特性？簡述近地層重要物理特性。在強穩(wěn)定層結(jié)中為何z不是控制變量，即無z尺度？湍流到達充足發(fā)展狀態(tài)時，其能譜可分為哪幾種區(qū)？什么叫邊界層的參數(shù)化問題？四．推導題（每題15分，共15分）試根據(jù)基本方程，應用一定的假設(shè)條件，推導求解動量常值層的厚度hc。答案：（供參照）一．填空題（每空1分，共15分）自由大氣中常取科氏力和氣壓梯度力二力平衡，而在邊界層中還需要考慮湍流粘性力的影響。大氣邊界層由下到上分為粘性副層、近地層（常通量層）和Ekman層（上部摩擦層）三層。根據(jù)雷諾平均有：；。常用的穩(wěn)定度參數(shù)有兩類，一類是從湍流能量方程出發(fā)，以理查孫數(shù)Ri為代表；另一類是以相似理論、量綱分析為基礎(chǔ)，以Монии-Обухов(M-O)的相似理論最為完整。由闡明在給定期刻，測得的對數(shù)波數(shù)譜與空間固定點測得的對數(shù)頻率譜相似。無量綱量因含L，可代表邊界層的穩(wěn)定度。在近地層以上，風向隨高度變化很大，地轉(zhuǎn)偏向力的作用不可忽視，因而決定大氣邊界層中湍流狀態(tài)高度分布的參數(shù)除外，還應加上一種地轉(zhuǎn)參數(shù)f。二．名詞解釋（每題5分，共20分）大氣邊界層——為大氣受下墊面影響的層次，或大氣與下墊面互相作用的層次，更精確地說，應是在不不小于一天的時間尺度上互相作用的層次，由于假如時間尺度更長，下墊面影響的高度會更高。閉合問題——是研究在哪階有關(guān)矩處截斷以及怎樣用有關(guān)參數(shù)來表征方程中出現(xiàn)的更高一階的有關(guān)矩。中性層結(jié)——是熱力因子不起作用的大氣層結(jié)，數(shù)學描述就是：阿基米德浮力為零或者湍流熱通量為零；位溫不隨高度變化；空氣微團按絕熱過程運動。通量理查遜數(shù)Rf——定義為熱力湍能產(chǎn)生率的負值與機械湍能產(chǎn)生率之比，即三．簡答題（每題10分，共50分）答：邊界層大氣運動的特性有：（1）必須考慮地球自轉(zhuǎn)的影響—引入科氏力（2）大氣密度不均勻，尤其是在鉛直方向的不均勻—層結(jié)流體（3）大氣運動的水平尺度不小于垂直尺度—視為淺層流體（4）大氣邊界層重要是湍流運動—運動方程中增長湍流項答：近地層大氣的重要特性：受地面的動力和熱力的強烈影響，氣象要素隨高度劇烈變化，運動尺度小，科氏力可忽視不計，以大氣湍流運動為特性，湍流輸送占有壓倒優(yōu)勢作用，該層中動量、熱量和水汽的鉛直湍流輸送通量幾乎不隨高度變化，又稱常通量層。答：在中性層結(jié)，|L|→∞,這時唯一的特性長度就是z，這標志著湍渦的尺度可以到達離地面的高度。但當層結(jié)很穩(wěn)定度時，有強烈的“恢復力”，湍渦受到很大克制，湍渦尺度不不小于中性層結(jié)的狀況。當層結(jié)穩(wěn)定度不停增長時，可以預期湍渦尺度完全受層結(jié)制約而與高度無關(guān)。答：邊界層中大氣湍流的能譜分布大體如下圖所示，可以分為三部分：含能區(qū)、慣性區(qū)和耗散區(qū)。含能區(qū)：為低頻區(qū)，它是從大尺度湍渦得到能量而傳遞給較小尺度湍渦，也是重要的湍能產(chǎn)生區(qū)，大部分湍能集中在該區(qū)，經(jīng)典的長度尺度約幾米到幾千米，對應的時間尺度是幾十秒到幾十分鐘。在這個區(qū)內(nèi)，譜函數(shù)取決于風速、粗糙度和邊界層厚度等特性量。慣性區(qū)：其經(jīng)典的長度尺度或波長比其離地面的距離小，湍能在含能區(qū)產(chǎn)生，該區(qū)內(nèi)湍能只是從較大的渦傳遞給較小的渦，能量既不增長也不損耗，只是起到由低頻向高頻的慣性傳遞作用，故名慣性區(qū)。該區(qū)內(nèi)湍流可近似看作是局地各向同性。耗散區(qū)：伴隨湍渦尺度的減小，由于受粘滯性的影響愈來愈強，能量損失也不停增大。該區(qū)內(nèi)湍能逐漸被耗散。答：大氣環(huán)流、數(shù)值預報等研究中需要考慮邊界層的影響。怎樣考慮邊界層內(nèi)湍流過程對大尺度宏觀運動的定量影響就構(gòu)成了所謂的邊界層的參數(shù)化問題。其中重要的一點是怎樣將地面的湍流通量(以u*、T*)與宏觀參數(shù)如地轉(zhuǎn)風、邊界層上下界間的位溫差、粗糙度等聯(lián)絡(luò)起來，以便由外參數(shù)求內(nèi)參數(shù)或反之。四．推導題（每題15分，共15分）答：對運動方程略去平流項，分子粘性項，可寫成：此處為由上向下的動量通量，比右端各項小一種量級，右端三項具有相似的量級，這是邊界層特點；在自由大氣中就重要是氣壓梯度力和科氏力。在中緯度地區(qū)，f=10-4s-1，v=10m·s-2，即由此可以估計出高度變化多少可使τx變化一種預先給定的相對值，例如，我們問在多大的△z上可使△τx等于其地面值τx0的1/10，此時△z就等于常值通量層的厚度hc。則有：取，代入右式得：hc=100m，即在100m高度處，通量減少10%。即若我們?nèi)萑?0%的誤差，則100m可認為是常值通量層的厚度。

模擬試卷二 一．填空題（每空1分，共15分）歷史上大氣邊界層氣象學是在和研究的推進下發(fā)展起來的，前者需要弄清大氣邊界層的；后者需要。根據(jù)點乘運算規(guī)則有：；。目前，用的最多的閉合方案是。由動力因子形成的湍流稱；由熱力因子形成的湍流稱。常用的穩(wěn)定度參數(shù)有兩類，一類是從出發(fā)，以理查孫數(shù)Ri為代表；另一類是以為基礎(chǔ)，以Монии-Обухов(M-O)的相似理論最為完整。判斷粗糙流和光滑流的原則是。根據(jù)現(xiàn)代湍流理論，湍流有兩類尺度：一類稱作；另一類稱作。是具有長度量綱的新的長度尺度，認為與只差一種常數(shù)因子。二．名詞解釋（每題4分，共20分）低空急流大氣邊界層局地閉合波恩比非局地閉合三．簡答題（每題10分，共50分）大氣邊界層分哪些層？各層特點？K理論的優(yōu)缺陷怎樣？簡述空氣動力學光滑流和空氣動力學粗糙流區(qū)別。常常用的理查孫數(shù)有哪些？分別簡介之。常用的譜圖有哪些形式？四．論述題（每題15分，共15分）試繪圖闡明多種層結(jié)穩(wěn)定度下的風廓線規(guī)律。答案：（供參照）一．填空題（每空1分，共15分）歷史上大氣邊界層氣象學是在大氣污染擴散和數(shù)值預報研究的推進下發(fā)展起來的，前者需要弄清大氣邊界層的湍流場構(gòu)造和時空分布；后者需要求解大氣邊界層方程組及處理大氣模式中邊界層參數(shù)化問題。根據(jù)點乘運算規(guī)則有：；。目前，用的最多的閉合方案是一階閉合（K理論）。由動力因子形成的湍流稱動力湍流或機械湍流；由熱力因子形成的湍流稱熱力湍流。常用的穩(wěn)定度參數(shù)有兩類，一類是從湍流能量方程出發(fā)，以理查孫數(shù)Ri為代表；另一類是以相似理論、量綱分析為基礎(chǔ)，以Монии-Обухов(M-O)的相似理論最為完整。判斷粗糙流和光滑流的原則是邊界層附近分子粘性力和湍流粘性力的相對大小。根據(jù)現(xiàn)代湍流理論，湍流有兩類尺度：一類稱作湍流的微尺度；另一類稱作湍流的大尺度或積分尺度。是具有長度量綱的新的長度尺度，認為與中性時大氣邊界層高度只差一種常數(shù)因子。二．名詞解釋（每題5分，共20分）低空急流——邊界層內(nèi)，在幾百米的高度上，尤其是在夜間，常常出現(xiàn)風速極大值的區(qū)域，假如這種風極大區(qū)域比較薄，風速又較大，就稱為低空急流。大氣邊界層——為大氣受下墊面影響的層次，或大氣與下墊面互相作用的層次，更精確地說，應是在不不小于一天的時間尺度上互相作用的層次，由于假如時間尺度更長，下墊面影響的高度會更高。局部閉合——是空間任一點的未知量是用同一點已知量的值和（或）梯度來參數(shù)化的。波恩比——定義為感熱通量和潛熱通量之比。非局部閉合——是空間任一點的未知量是用空間許多點的已知量的值和（或）梯度來參數(shù)化的。三．簡答題（每題10分，共50分）答：大氣邊界層一般可分為粘性副層，近地層（常通量層），Ekman層（上部摩擦層）三層。粘性副層：緊貼地面的一薄層，分子粘性力遠不小于湍流切應力，分子輸送過程處在支配地位。這一層的經(jīng)典厚度1cm~幾種cm，因此對多數(shù)實際問題而言，可以忽視它。近地層（常通量層）：從粘性副層到50-100m，這一層大氣運動展現(xiàn)明顯的湍流性質(zhì)，湍流輸送占有壓倒優(yōu)勢作用。由于近地層中湍流強烈混合的成果，該層中各物理屬性的鉛直輸送通量近似為常值，故又稱為常通量層。Ekman層（上部摩擦層）：從近地層以上到1-1.5km。湍流粘性力、科氏力和氣壓梯度力同等重要，需要考慮風隨高度的切變。答：將湍流互換用分子互換同樣的措施來處理的做法稱為K理論，又因它帶有一定的經(jīng)驗性，亦稱半經(jīng)驗理論，它的好處是簡樸，缺陷是理論基礎(chǔ)不夠，并不能普遍合用，對大氣而言，在強不穩(wěn)定層結(jié)時幾乎不能用，由于不穩(wěn)定期，湍流互換重要由“大渦”完畢，而大渦的輸送機制并不服從上面的規(guī)律。但由于簡樸，它如今仍是用得最多的措施。答：空氣動力學光滑流與粗糙流的區(qū)別：光滑流的固壁邊界比較光滑，湍流微弱，以分子粘性為主；粗糙流的固壁邊界凹凸不平，且凹凸厚度超過粘性副層，形成湍流，以湍流粘性為主。答：常用的有三種理查孫數(shù)有：①通量理查遜數(shù)RfRf數(shù)定義為熱力湍能產(chǎn)生率的負值與機械湍能產(chǎn)生率之比，即靜力不穩(wěn)定期：Rf<0，表達熱力作用增強湍能；靜力中性時：Rf=0，表達熱力湍能產(chǎn)生率為零；靜力穩(wěn)定期：Rf>0，表達熱力作用減弱湍能。無論怎樣，Rf的絕對值越大，熱力作用越強。②梯度理查遜數(shù)RiRf雖然物理概念清晰，不過其中具有脈動量的協(xié)方差()，直接測量比較困難，應用很不以便。于是引入用平均風、溫度梯度表達的梯度理查遜數(shù)Ri。定義梯度理查遜數(shù)RiRi數(shù)的好處是可由溫度和風速的梯度計算，即只要有溫、風的梯度觀測，即可算得。Ri的符號與Rf是一致的，穩(wěn)定層結(jié)均為正值，不穩(wěn)定層結(jié)均為負值，中性時皆為零。③總體理查遜數(shù)RbRi好處是它可以代表某一高度的穩(wěn)定度，但假如平均風場、溫度場的的觀測數(shù)據(jù)精度不高，則由此計算的風、溫度梯度，尤其是分母的風梯度平方，會引起較大的誤差，并且計算中的差分取對數(shù)畢竟麻煩，假如取線性差分，便不能代表某一高度，而只能代表z2和z1高度間的總體穩(wěn)定度狀況，這邊是總體理查遜數(shù)Rb，兩個高度中一種常取為地面，設(shè)z處與地面處位溫差為△θ，因地面風為零，設(shè)z處風為u，則0～z間的Rb數(shù)：Rb數(shù)由于簡樸，在實用中也很有用。答：譜圖有如下形式：1）線性-線性表達法：s(n)~n或F(K1)~K1。由于，因此曲線下方的面積與所在頻率范圍表達的方差成正比。很輕易闡明這個頻率范圍的湍渦對總能量的奉獻?？梢郧逦胤磻鐾哪艿念l率分布狀況。2）半對數(shù)表達法：nS(n)—lnn縱坐標為線性，橫坐標為對數(shù)，畫出nS(n)—lnn?？v坐標用nS(n)是為了使曲線下面的面積仍然等于該頻率段的方差。這樣的譜圖至少會出現(xiàn)一種極大值，而這個極大值所在位置往往是湍流的經(jīng)典尺度。3）對數(shù)—對數(shù)表達法：ln［nS(n)］—lnn能使多種各樣的頻率和譜密度顯示出來，S(n)與n之間的任何冪律關(guān)系也表達為直線，S(n)與n-5/3成正比，但曲線下方的面積不再與能量成正比。四．論述題（每題15分，共15分）答：非中性層結(jié)的大氣，由于受熱力因子的作用，湍流構(gòu)造要發(fā)生對應的變化。氣象要素的鉛直分布受大氣穩(wěn)定度影響也會發(fā)生對應的變化。以風速為例，平均風廓線，在平坦、均一的下墊面上，中性層結(jié)時呈對數(shù)分布，在單對數(shù)坐標系為直線形式，如圖5.1所示。非中性層結(jié)風廓線偏離對數(shù)分布，穩(wěn)定層結(jié)呈上凸型，不穩(wěn)定層結(jié)呈下凹型，并且高度愈低，愈靠近對數(shù)律，即熱力作用愈不明顯。圖上的三條風廓線，也表達了經(jīng)典的風速分布的日變化。清晨或傍晚，近中性層結(jié)，風廓線靠近對數(shù)律；白天太陽輻射強，溫度超絕熱遞減，為不穩(wěn)定層結(jié)；夜晚地面輻射降溫，為穩(wěn)定層結(jié)。晴空、小風時，日變化明顯；陰天、大風時，這種日變化不明顯。風廓線日變化定性解釋：層結(jié)不穩(wěn)定，湍流發(fā)展，上下各層空氣湍流互換強烈，風速分布趨向均勻，差異減小，故呈下凹型；層結(jié)穩(wěn)定，湍流受克制，湍流互換微弱，上下風速差異大，故呈上凸型。

模擬試卷三 一．填空題（每空1分，共15分）大氣邊界層由下到上分為、和三層。根據(jù)叉乘運算規(guī)則有：；。穩(wěn)定層結(jié)中，M-O長度L0；中性層結(jié)中，M-O長度L0；不穩(wěn)定層結(jié)中M-O長度L0。與中性層結(jié)不一樣，非中性層結(jié)的基本特性就是同機械作用一起參與對湍流構(gòu)造的影響。假如把湍流場分解為不一樣頻率或不一樣大小的湍渦的疊加，則可見能量是由的湍渦即渦向的渦傳播。由闡明在給定期刻，測得的與空間固定點測得的相似。二．判斷題（每題2分，共20分）大氣邊界層有別于其上的自由大氣的基本特點就是其運動的湍流性。（）粘性副層中大氣運動展現(xiàn)明顯的湍流性質(zhì)，湍流輸送占有壓倒優(yōu)勢作用。（）近地層中動量通量、水汽通量和熱通量等均為恒定的常值。（）通過運用相似理論分析可以得到無量綱組之間滿足的詳細方程或關(guān)系式。（）中性近地層風速廓線為“對數(shù)+線性律”。（）粗糙度z0并不等于地面上各個粗糙元的高度，但這些粗糙元與z0之間是一一對應的關(guān)系。（）無論穩(wěn)定還是不穩(wěn)定，Ri的絕對值越大，熱力作用越強。（）機械湍流與熱力湍流相比，熱力湍流能量更集中于低頻端，也就是說不穩(wěn)定層結(jié)引起的熱力湍流重要是小渦，當熱力湍流強盛時，脈動場的低頻部分占重要地位。（）熱互換規(guī)律闡明可由穩(wěn)定度m及外參數(shù)求地面湍流動量通量。（）根據(jù)實測資料發(fā)現(xiàn)，在不一樣高度上都展現(xiàn)溫度波，高度愈高，振幅愈小，而溫度最大時的位相隨高度增長而落后。（）三．簡答題（每題10分，共50分）何謂閉合問題？一般怎樣處理？簡述近地層重要物理特性。什么叫湍流通量的參數(shù)化？近地層中影響湍流場的重要參變量有哪些？確定邊界層高度的措施和途徑有哪些？四．推導題（每題15分，共15分）試推導近地層粗糙流下的風速隨高度分布的對數(shù)律廓線。答案：（供參照）一．填空題（每空1分，共15分）大氣邊界層由下到上分為粘性副層、近地層（常通量層）和Ekman層（上部摩擦層）三層。根據(jù)叉乘運算規(guī)則有：；。穩(wěn)定層結(jié)中，M-O長度L>0；中性層結(jié)中，M-O長度L=0；不穩(wěn)定層結(jié)中M-O長度L<0。與中性層結(jié)不一樣，非中性層結(jié)的基本特性就是熱力作用同機械作用一起參與對湍流構(gòu)造的影響。假如把湍流場分解為不一樣頻率或不一樣大小的湍渦的疊加，則可見能量是由尺度大的湍渦即低頻渦向尺度小的高頻渦傳播。由闡明在給定期刻，測得的對數(shù)波數(shù)譜與空間固定點測得的對數(shù)頻率譜相似。二．判斷題（每題2分，共20分）大氣邊界層有別于其上的自由大氣的基本特點就是其運動的湍流性。（T）粘性副層中大氣運動展現(xiàn)明顯的湍流性質(zhì)，湍流輸送占有壓倒優(yōu)勢作用。（F）近地層中動量通量、水汽通量和熱通量等均為恒定的常值。（F）通過運用相似理論分析可以得到無量綱組之間滿足的詳細方程或關(guān)系式。（F）中性近地層風速廓線為“對數(shù)+線性律”。（T）粗糙度z0并不等于地面上各個粗糙元的高度，但這些粗糙元與z0之間是一一對應的關(guān)系。（T）無論穩(wěn)定還是不穩(wěn)定，Ri的絕對值越大，熱力作用越強。（T）機械湍流與熱力湍流相比，熱力湍流能量更集中于低頻端，也就是說不穩(wěn)定層結(jié)引起的熱力湍流重要是小渦，當熱力湍流強盛時，脈動場的低頻部分占重要地位。（F）熱互換規(guī)律闡明可由穩(wěn)定度m及外參數(shù)求地面湍流動量通量。（F）根據(jù)實測資料發(fā)現(xiàn)，在不一樣高度上都展現(xiàn)溫度波，高度愈高，振幅愈小，而溫度最大時的位相隨高度增長而落后。（T）三．簡答題（每題10分，共50分）答：所謂閉合問題實質(zhì)上是研究在哪階有關(guān)矩處截斷以及怎樣用有關(guān)參數(shù)來表征方程中出現(xiàn)的更高一階的有關(guān)矩。這一問題十分重要，由于邊界層內(nèi)運動的湍流性是關(guān)鍵特性，它的變化是引起邊界層構(gòu)造變化的重要因子。處理措施：使用一種有限數(shù)目的方程組，然后用已知量來近似未知量。這種閉合近似或閉合假說是通過保留最高階的預報方程命名的。常用的閉合方案有：0階閉合、1階閉合、高階閉合，非局地閉合等。答：近地層大氣的重要特性：受地面的動力和熱力的強烈影響，氣象要素隨高度劇烈變化，運動尺度小，科氏力可忽視不計，以大氣湍流運動為特性，湍流輸送占有壓倒優(yōu)勢作用，該層中動量、熱量和水汽的鉛直湍流輸送通量幾乎不隨高度變化，又稱常通量層。答：根據(jù)湍流通量的定義，直接計算需要有湍流脈動資料，如等，而湍流觀測及其資料并非常規(guī)氣象量，沒有專門的觀測就很難得到，因此常用氣象量將其參數(shù)化就成為計算通量的重要措施。這當中，前面講過的風、溫、濕廓線求通量就成為最重要的措施，由于這些廓線都表達了通量和風、溫、濕梯度的關(guān)系。也就是說，應用近地層相似理論，以盡量少的平均風、溫資料，可以確定動量、熱量和水汽通量，這就是湍流通量的參數(shù)化。答：應用相似理論，近地層大氣影響湍流構(gòu)造的重要通量是：動量通量t（特性速度u*），熱通量H（特性溫度T*），水汽通量E（特性濕度q*），這些通量在近地層為常量。此外尚有阿基米德凈浮力系數(shù)g/`T（或g/`q），在近地層中近似可作為常數(shù)，分子導溫系數(shù)kT，分子粘性系數(shù)n，高度z，粗糙度z0。答：大氣邊界層高度是一種重要的參數(shù)，在大氣模式中邊界層參數(shù)化，大氣污染擴散，邊界層構(gòu)造，各物理量廓線中都是一種重要參數(shù)，它是一種變量，前面講的邊界層高度為1km只是一種平均概念。實際上，白天有對流時，它可以到達1~2km，而夜間強逆溫時甚至只有100~200m。從邊界層高度確實定來說，可以有不一樣的途徑和措施。例如從風隨高度的變化講，可以取風向達地轉(zhuǎn)風的高度(hd)，風速達地轉(zhuǎn)風的高度(hv)，或風速達最值的高度(hm)，這是從動力原因出發(fā)的。從熱力原因出發(fā)，將溫度梯度變?yōu)樽杂纱髿馑哂械闹档母叨?，或溫度梯度明顯不持續(xù)的高度，或溫度日變化非常小，靠近消失的高度作為邊界層高度。從能量出發(fā)，將湍流能量靠近消失或湍流應力靠近消失的高度作為邊界層高度。在大氣模式中往往把Ri數(shù)等于臨界值的高度作為邊界層高度，即是根據(jù)這一點。不一樣措施確定的邊界層高度有的互相靠近，有的有差異。從實用上說，而不是從嚴格的物理上說，由溫度廓線定邊界層高度更清晰，輕易某些，例如在白天對流發(fā)展時，就將對流混合層的頂即上部穩(wěn)定層的底作為邊界層高度；而夜間穩(wěn)定期當逆溫發(fā)展到一定程度就將地面逆溫層的高度作為邊界層高度。但從物理上說，把湍流消失的高度作為邊界層高度應更合理。四．推導題（每題15分，共15分）答：對數(shù)律風廓線推導措施1:Prandtl假設(shè)：在固壁附近湍流混合長與離固壁的距離成正比，即（3.1）式中k為karman常數(shù)，一般取0.4，l為混合長。近地層---常值通量，湍流應力為不隨z變化的常數(shù)，并有（3.2）式中為摩擦速度，其值表征脈動速度的大小，是大氣湍流的一種重要參數(shù)，與湍流應力同樣，在近地層也是常數(shù)。由湍流半經(jīng)驗理論有：（3.3）Km為湍流動量互換系數(shù)，u為近地層風速，取x軸沿風速方向。根據(jù)混合長理論，有（3.4）綜上：取邊界條件：z=z0時，u=0，定積分上式中常數(shù)C，得：上式合用于z>z0的范圍，當z≤z0，平均風速u皆為零。

模擬試卷四 一．填空題（每空1分，共15分）自由大氣中常取和二力平衡，而在邊界層中還需要考慮力的影響。20世紀50年代前蘇聯(lián)科學家Momin和Obukhov建立的成了現(xiàn)代邊界層氣象學的基礎(chǔ)。標量的通量是量，矢量的通量是量。寫出最常用的粗糙流的近地層風速廓線公式：。|z|越大，則表達熱力作用相對機械作用越，因而大氣越或。根據(jù)現(xiàn)代湍流理論，湍流有兩類尺度：一類稱作；另一類稱作。假如比較不一樣粗糙度的風廓線，則在相似穩(wěn)定度下，粗糙度小的地區(qū)，風對高度增長較，在較高度即到達地轉(zhuǎn)風大小，而粗糙度大的地區(qū)則風隨高度增長比粗糙度小時要。二．判斷題（每題2分，共20分）近地層中大氣受地表動力和熱力影響強烈，氣象要素隨高度變化劇烈，各物理屬性的鉛直輸送通量近似為常值。（）自由大氣中不存在湍流運動。（）熱通量、水汽通量、動量通量均可提成一種垂直分量和兩個水平分量，共3個分量。（）方程中每當兩個相似的指數(shù)出目前同一項中時，它總是意味著反復指數(shù)取每一種值（1，2，3）后對該項求和。（）0階閉合是最簡樸的閉合方案，即不計湍流脈動有關(guān)矩項，是研究邊界層問題時用的最多的閉合方案。（）整個邊界層中風向隨高度的變化可以忽視。（）要計算熱量通量，至少需要兩層的風和兩層的溫度的觀測。（）湍能來源重要是尺度較大的湍渦。（）中性時K自地面向上增長，最大值在200m左右，然后向上遞減。()全邊界層相似理論的一種重要結(jié)論即內(nèi)外參數(shù)間存在對應的關(guān)系，可以由外參數(shù)求出內(nèi)參數(shù)來，這就為邊界層內(nèi)通量的參數(shù)化提供了一種可行的途徑。（）三．簡答題（每題10分，共50分）Boussinesq近似下的大氣運動方程組有何特點？閉合問題是怎樣產(chǎn)生的？氣象要素的分布狀況，是近地層大氣的湍流場多種因子綜合作用的成果，重要的作用因子有哪些？試解釋有效中性的產(chǎn)生。分別解釋內(nèi)參數(shù)、外參數(shù)。闡明如下方程里面的參數(shù)哪些是內(nèi)參數(shù)，哪些是外參數(shù)？四．推導題（每題15分，共15分）試推導阻力規(guī)律并闡明其意義。答案：（供參照）一．填空題（每空1分，共15分）自由大氣中常取科氏力和氣壓梯度力二力平衡，而在邊界層中還需要考慮湍流粘性力的影響。20世紀50年代前蘇聯(lián)科學家Momin和Obukhov建立的相似理論成了現(xiàn)代邊界層氣象學的基礎(chǔ)。標量的通量是矢量，矢量的通量是張量。寫出最常用的粗糙流的近地層風速廓線公式：。|z|越大，則表達熱力作用相對機械作用越大，因而大氣越不穩(wěn)定或越穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)代湍流理論，湍流有兩類尺度：一類稱作湍流的微尺度；另一類稱作湍流的大尺度或積分尺度。假如比較不一樣粗糙度的風廓線，則在相似穩(wěn)定度下，粗糙度小的地區(qū)，風對高度增長較快，在較低高度即到達地轉(zhuǎn)風大小，而粗糙度大的地區(qū)則風隨高度增長比粗糙度小時要慢。二．判斷題（每題2分，共20分）近地層中大氣受地表動力和熱力影響強烈，氣象要素隨高度變化劇烈，各物理屬性的鉛直輸送通量近似為常值。（T）自由大氣中不存在湍流運動。（F）熱通量、水汽通量、動量通量均可提成一種垂直分量和兩個水平分量，共3個分量。（F）方程中每當兩個相似的指數(shù)出目前同一項中時，它總是意味著反復指數(shù)取每一種值（1，2，3）后對該項求和。（T）0階閉合是最簡樸的閉合方案，即不計湍流脈動有關(guān)矩項，是研究邊界層問題時用的最多的閉合方案。（F）整個邊界層中風向隨高度的變化可以忽視。（F）要計算熱量通量，至少需要兩層的風和兩層的溫度的觀測。（F）湍能來源重要是尺度較大的湍渦。（T）中性時K自地面向上增長，最大值在200m左右，然后向上遞減。(T)全邊界層相似理論的一種重要結(jié)論即內(nèi)外參數(shù)間存在對應的關(guān)系，可以由外參數(shù)求出內(nèi)參數(shù)來，這就為邊界層內(nèi)通量的參數(shù)化提供了一種可行的途徑。（T）三．簡答題（每題10分，共50分）答：Boussinesq假設(shè)下的大氣近似方程組為從以上的方程組，可以清晰看出Boussinesq近似有如下特點：持續(xù)方程中可以不考慮密度的擾動，仍可認為空氣是不可壓的。狀態(tài)方程中密度的偏差項重要由溫度偏差引起的，假如已知溫度擾動，則密度擾動也就確定。在運動方程中，由于溫度的擾動產(chǎn)生的密度擾動在中立作用的配合下，構(gòu)成了阿基米德凈浮力，它重要存在于垂直分量運動方程中，即在與重力有關(guān)的運動中要考慮密度的變化。這一附加的力的產(chǎn)生，使邊界層大氣出現(xiàn)了許多重要的現(xiàn)象。因此Boussinesq近似成功地考慮了大氣的層結(jié)作用。答：在導出描寫邊界層運動的平均運動的控制方程組時，方程內(nèi)出現(xiàn)了由湍流脈動量構(gòu)成的記錄量，例如，項。于是，方程所包括的未知量超過了方程的個數(shù)，必須要給出和項，方程組才能求解。然