2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——大氣動力學(xué)的基本原理考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.在水平氣壓梯度力與科里奧利力相平衡的狀態(tài)下，風(fēng)稱為：(A)梯度風(fēng)(B)地轉(zhuǎn)風(fēng)(C)摩擦風(fēng)(D)地轉(zhuǎn)梯度風(fēng)2.下列哪個物理量是描述大氣垂直運動狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)？(A)水平風(fēng)速(B)水平氣壓梯度(C)大氣靜力穩(wěn)定度(D)地球自轉(zhuǎn)角速度3.根據(jù)靜力方程，如果環(huán)境溫度隨高度增加而遞減，則該大氣層結(jié)：(A)絕對穩(wěn)定(B)絕對不穩(wěn)定(C)條件性不穩(wěn)定(D)中性穩(wěn)定4.科里奧利力的方向在北半球和南半球：(A)都指向高壓(B)都指向低壓(C)北半球指向低壓，南半球指向高壓(D)北半球指向高壓，南半球指向低壓5.大氣中的摩擦力主要影響：(A)高空風(fēng)的方向和大小(B)近地面風(fēng)的方向和大小(C)氣壓場的水平梯度(D)大氣的垂直溫度梯度6.湍流現(xiàn)象的主要特征是：(A)風(fēng)速恒定不變(B)存在持續(xù)的、不規(guī)則的流體質(zhì)點運動(C)溫度場完全穩(wěn)定(D)氣壓梯度力為零7.地轉(zhuǎn)風(fēng)公式中的緯度項sinφ表示：(A)氣壓梯度力的大小(B)科里奧利參數(shù)f的大小(C)地球自轉(zhuǎn)速度的變化(D)大氣密度的影響8.在一個絕對不穩(wěn)定的氣層中，如果釋放一個微小擾動，它將：(A)自行消失(B)停留在原地(C)做小幅度振動(D)自由地向上或向下發(fā)展9.連續(xù)方程?ρ/?t+??(ρv)=0主要表達(dá)了：(A)動量守恒(B)質(zhì)量守恒(C)能量守恒(D)熱力學(xué)定律10.梯度風(fēng)是假設(shè)在梯度平衡狀態(tài)下存在的風(fēng)，其形成主要受：(A)水平氣壓梯度和科里奧利力的平衡(B)水平氣壓梯度和摩擦力的平衡(C)科里奧利力和地轉(zhuǎn)偏向力的平衡(D)大氣靜力和重力勢能的平衡二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.描述單位質(zhì)量空氣所受水平氣壓梯度力的矢量稱為________。2.科里奧利加速度的大小與地球自轉(zhuǎn)角速度、風(fēng)速及緯度的________成正比。3.大氣靜力穩(wěn)定度判據(jù)通常基于環(huán)境溫度隨高度的________變化率。4.地轉(zhuǎn)風(fēng)公式U=-Γ/4Ωsinφ中的Γ表示________。5.氣象學(xué)中常用的坐標(biāo)系包括慣性坐標(biāo)系和________坐標(biāo)系。6.絕熱過程的特征是空氣塊在運動過程中與外界沒有________交換。7.摩擦力使得近地面風(fēng)的方向總是比地轉(zhuǎn)風(fēng)方向________（偏左/偏右）。8.大氣波動是大氣運動的另一種形式，其能量在________和勢能之間轉(zhuǎn)換。9.大氣邊界層是指大氣低層受地面________影響顯著的薄層。10.控制大氣熱力垂直結(jié)構(gòu)的根本原因是大氣中的________交換。三、名詞解釋（每題3分，共15分）1.絕對不穩(wěn)定2.地轉(zhuǎn)平衡3.摩擦力4.連續(xù)方程5.慣性坐標(biāo)系四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)的主要區(qū)別及其適用條件。2.解釋科里奧利力的產(chǎn)生原因及其對大氣運動的影響。3.簡述大氣靜力穩(wěn)定的物理意義，并說明其對大氣垂直運動的限制。4.為什么近地面風(fēng)速通常小于地轉(zhuǎn)風(fēng)速？五、計算題（每題10分，共30分）1.已知某地緯度為30°N，地面氣壓為1000hPa，1000hPa到500hPa之間氣壓差為20hPa，且風(fēng)向為東北風(fēng)。假設(shè)該氣層處于地轉(zhuǎn)平衡狀態(tài)，地球自轉(zhuǎn)角速度為7.29×10??rad/s。試估算500hPa高度上的地轉(zhuǎn)風(fēng)速大小和方向。（提示：地轉(zhuǎn)風(fēng)公式，注意風(fēng)向與氣壓梯度方向的關(guān)系）2.一團(tuán)空氣從地面（溫度20°C）上升至500hPa高度（溫度-20°C），假設(shè)空氣塊做絕熱運動。試計算該空氣塊的絕熱冷卻（或增溫）量。（提示：干絕熱遞減率約為9.8K/km）3.根據(jù)以下環(huán)境垂直溫度廊線數(shù)據(jù)，判斷該大氣層結(jié)的靜力穩(wěn)定度類型，并簡要說明理由。高度（km）:00.51.01.52.0溫度（K）:288285280275270---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.C5.B6.B7.B8.D9.B10.A二、填空題1.水平氣壓梯度矢量2.正比3.減速率4.水平氣壓梯度5.球面6.熱量7.偏左8.動能9.地面摩擦10.熱量三、名詞解釋1.絕對不穩(wěn)定：當(dāng)大氣環(huán)境溫度隨高度增加下降的速率大于干絕熱遞減率時，任何原始擾動都會導(dǎo)致對流運動自由發(fā)展，空氣塊無論向上還是向下運動都會繼續(xù)不穩(wěn)定。2.地轉(zhuǎn)平衡：在水平方向上，作用在單位質(zhì)量空氣上的水平氣壓梯度力與科里奧利力大小相等、方向相反，達(dá)到平衡狀態(tài)。3.摩擦力：空氣與地面或云底等粗糙表面之間產(chǎn)生的阻礙運動的作用力，通常使風(fēng)速減小，并使風(fēng)在北半球偏向低壓側(cè)，南半球偏向高壓側(cè)。4.連續(xù)方程：描述大氣中質(zhì)量守恒的方程，表示空氣密度的時空變化率等于其散度（即空氣的凈流出率）。5.慣性坐標(biāo)系：一個隨地球一起旋轉(zhuǎn)，但相對于地球表面靜止的參考坐標(biāo)系，其坐標(biāo)軸指向相對于空間固定方向。四、簡答題1.地轉(zhuǎn)風(fēng)假設(shè)整個氣層處于平衡狀態(tài)，只受氣壓梯度和科里奧利力作用，風(fēng)速與等壓面平行，大小與氣壓梯度成正比，與緯度正弦成反比。梯度風(fēng)則考慮了氣壓隨高度變化（即等壓面彎曲），假設(shè)風(fēng)與等壓面相切，適用于高空小尺度系統(tǒng)，其風(fēng)速比地轉(zhuǎn)風(fēng)更大。地轉(zhuǎn)風(fēng)適用于大尺度、高空、摩擦影響小的穩(wěn)定氣層；梯度風(fēng)適用于高空、小尺度系統(tǒng)。2.科里奧利力是地球自轉(zhuǎn)時，運動物體在旋轉(zhuǎn)參考系中受到的慣性力，方向垂直于運動方向和旋轉(zhuǎn)軸。它產(chǎn)生的原因是地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)參考系本身具有加速度?？评飱W利力是產(chǎn)生地轉(zhuǎn)風(fēng)、氣旋和反氣旋等大型天氣系統(tǒng)運動特征的關(guān)鍵因素，它使北半球氣流繞高壓中心逆時針旋轉(zhuǎn)，南半球順時針旋轉(zhuǎn)。3.大氣靜力穩(wěn)定度描述了大氣垂直運動的傾向。絕對穩(wěn)定意味著空氣塊被加熱會上升，但上升過程中受環(huán)境冷卻而變得比環(huán)境輕，最終會下沉回到原處，抑制垂直運動。絕對不穩(wěn)定則相反，空氣塊上升會變得更輕，加速上升；下沉則會變得更重，加速下沉，促進(jìn)垂直運動。靜力穩(wěn)定度是大氣垂直結(jié)構(gòu)對擾動響應(yīng)能力的度量。4.近地面空氣不僅受水平氣壓梯度力驅(qū)動，還受到顯著的地表摩擦力作用。摩擦力方向與風(fēng)速相反，削弱了水平氣壓梯度力，導(dǎo)致近地面風(fēng)速小于理論上的地轉(zhuǎn)風(fēng)速。同時，摩擦力還會使近地面風(fēng)在北半球偏向低壓左側(cè)，南半球偏向高壓右側(cè)，與高空地轉(zhuǎn)風(fēng)方向不同。五、計算題1.解：設(shè)地面氣壓P1=1000hPa，500hPa氣壓為P2，氣壓差ΔP=P1-P2=20hPa。緯度φ=30°，地球自轉(zhuǎn)角速度Ω=7.29×10??rad/s。地轉(zhuǎn)風(fēng)公式：U=-Γ/4Ωsinφ，其中Γ=ΔP/(Rsinφ)，R為氣柱長度，近似取地球半徑R=6370km。Γ=20hPa/(6370km*sin30°)=20*102Pa/(6370km*0.5)≈0.627Pa/km。U=-(0.627Pa/km)/(4*7.29×10??rad/s*sin30°)U≈-0.627Pa/km/(2.916×10??rad/s)U≈-2.15m/s。地轉(zhuǎn)風(fēng)速大小約為2.15m/s。風(fēng)向為東北風(fēng)，地轉(zhuǎn)風(fēng)與等壓線平行，因此500hPa處風(fēng)向為西北風(fēng)。答案：500hPa高度上的地轉(zhuǎn)風(fēng)速約為2.15m/s，風(fēng)向為西北風(fēng)。2.解：地面溫度T1=20°C=293K，500hPa溫度T2=-20°C=253K。假設(shè)為干絕熱過程，干絕熱遞減率γ_d≈9.8K/km。溫度差ΔT=T1-T2=293K-253K=40K。絕熱冷卻量=溫度差=40K。答案：該空氣塊的絕熱冷卻量為40K。3.解：計算環(huán)境溫度直減率Γ_env。0-0.5km：Γ1=(285K-288K)/(0.5km-0km)=-3K/km。0.5-1.0km：Γ2=(280K-285K)/(1.0km-0.5km)=-10K/km。1.0-1.5km：Γ3=(275K-280K)/(1.5km-1.0km)=-10K/km。1.5-2.0km：Γ4=(270K-275K)/(2.0km-1.5km)=-10K/km。平均直減率Γ_env≈(-3-10-10-10)/4=-6.25K/km。