高等大气环流复习题(终稿).doc

高等大气环流复习题一、简述下列概念1、平均经圈环流：指在南北向的垂直剖面上，由风速的南北分量和垂直分量共同组成的平均环流圈。北半球有3个环流圈：即低纬度的哈得莱环流圈；中纬度的费雷尔环流圈；高纬度的极地环流圈。2、定常波：设任一大气变量A的时间平均为： t1到t2是平均时段，则代表对时间平均的偏差，又称瞬变扰动。变量A的纬向平均为：，则为对纬向平均的偏差。A的定常扰动可定义为时间平均值的纬向偏差，即。定常波的振幅不随时间变化，它是气候平均环流和纬向对称环流的偏差。3、风暴轴：既是指2.5-6天天气尺度瞬变波最强烈的区域，又代表天气尺度瞬变波本身，位于中纬度太平洋地区和大西洋地区急流下游偏北地区。4、大气低频变化：大气中时间尺度在10天以上的大气运动变化称为大气低频变化，它包括：准双周振荡、指数循环、30-60天低频振荡等。5、气候系统：气候系统是一个包括大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统。太阳辐射是这个系统的主要能源。在太阳辐射的作用下，气候系统内部产生一系列的复杂过程，各个组成部分之间，通过物质交换和能量交换，紧密地联结成一个开放系统。6、大气环流：大气环流是指大范围(水平尺度几千公里以上)较长时间尺度的(几天以上)大气运动的基本状况。7、EP通量：在准地转理论基础上，定义y、p平面上的向量 称为E-P通量，其本身可以看做是波动从某一纬度和某一高度传输到另一个纬度和某一高度的净通量的度量。8、瞬变波：形式上，任意一变量可以写作： ，其中表示在样本区间上的时间平均，表示变量s的瞬变部分（）。按通常的术语，所有包含的量都被称作瞬变波动量或瞬变涡动量。在这种定义中，瞬变波动不仅包含了纬向波动的贡献，也包含了瞬变轴对称（即沿纬圈平均）环流的贡献。另外，瞬变波动的强度和特征还与样本的时间区间有关。常把2.56天（或一周以内）尺度的瞬变波成为天气尺度瞬变波。9、大气遥相关：许多观测事实表明，一个区域大气环流异常可引起遥远的另一些区域大气环流的异常，这种区域性环流异常及它所引起的要素异常的相关性就称为大气遥相关。10、合理的最短求平均时段：把气流分为“平均”部分和“瞬变”部分，而后制作表示“瞬变”部分平均效应的场。这样做，含有一个假定：即时间平均涡动的相关是统计稳定的集合。也即假定由瞬变涡动场引起的热量和动量等通量必定是由个别事件的累加结果，满足这一假定的最短求平均时段称为合理的最短求平均时段。二、回答下列各题1、驱动大尺度大气环流的主要影响因子有哪些？ （1）大气本身的特殊尺度；（2）太阳辐射能随纬度分布的不均匀；（3）地球自转；（4）地球表面的不均匀性（海陆和地形）；（5）地面摩擦。2、下图为冬季300hPa纬向平均风下，球面上Rossby波从源地向外在经向上传播的临界波数曲线。试：A、在图上标明传播区和截陷区；B、说明Rossby波经向频散的特点。A、 B、1）u0时，ns，即无解。约在10N附近，波无法传播临界纬度；2）10N以南（东风带中）截陷；3）可见，越往北，越大尺度波动（即波数较小的波）即被截陷；4）n=3时，55N附近，n=3的波可以穿过45N附近低ns区，向热带传播。该气流不能捕获n=3的共振空腔；5）当n，故）。但是由于夜间下垫面的不均匀加热，陆地降温快于海洋，从而，陆地上空温度相对较低，海洋上空温度相对较高。根据，在等压面上有，换言之。所以，等比容面会向暖区倾斜（即，海洋一侧倾斜），等比容梯度如图。另一方面，假设气压随着高度递减，且保持和下垫面平行，即P0P1P2，所以由上指向下。故而，根据皮叶克尼斯定理：易判断出，在夜间，风是从陆地吹向海洋，即陆风。三、叙述下列各题1、简述北半球500hPa高度场上中高纬度定常波在冬夏两季的主要差异及其原因。 冬季500hPa高度场上，极涡有两个中心；西风带平均槽脊为三槽三脊（槽：亚洲大陆东岸、北美大陆东岸和乌拉尔山以西；脊：阿拉斯加、西欧沿岸和贝加尔湖地区）；副热带高压约位于15N；水平结构：喜马拉雅山和落基山上空为西北气流，气候平均气流向极一侧有明显下游槽。夏季500hPa高度场上，极涡有一个中心；西风带平均为四槽四脊；副高北抬到25-30N附近；水平结构：存在四对短波槽脊，山顶为脊，山两侧为槽，槽脊间隔为1500km。原因：夏季定常波以热带型为主。通过海陆热力差异引起的非绝热加热梯度制造了大量有效位能，以后通过热力直接环流转换为动能。而冬季的情况则不同，主要通过斜压转换过程来维持定常波的动能，即由纬向有效位能转换为定常波有效位能，再转换为定常波动能。2、简述冬季北半球定常波的观测特征（主要系统及其水平和垂直结构特点）。 主要系统：1）海平面气压场：有四个大气活动中心（阿留申低压，冰岛低压，蒙古高压和加拿大高压）。 2）对流层中部：极涡有两个中心；西风带平均槽脊为三槽三脊（槽：亚洲大陆东岸，北美大陆东岸，乌拉尔山以西；脊：阿拉斯加，西欧沿岸，贝加尔湖地区）；副热带高压约位于15N。 3）平流层底部：极涡有两个中心；西风带平均槽脊为两槽两脊（槽：亚洲和北美大陆东岸；脊：太平洋和大西洋中部）；南亚高压显著，中心位置位于我国南海上空。 4）平流层中部：极涡型绕极偏西风环流。5）总的看来，定常波的结构有向西倾斜的现象，对流层低层具有明显热力影响的痕迹，高层大地形的影响非常显著。水平结构：1）200hPa上，高低纬呈现不同流型，分界线的位置即急流所在。中高纬是明显的二波型（两槽两脊）。 2）500hPa上，喜马拉雅山和落基山上空为西北气流，气候平均气流向极一侧有明显的下游槽。 3）海平面气压，大陆为冷高压，海洋为低压，海陆交界处等压线密集，气压梯度大，主要是由下垫面的热力状况决定的。 垂直结构：1）具有相当正压结构。 2）斜压性：高度场随高度西倾，反映斜压性。特别在较高纬度上，定常波倾斜向上伸展至平流层下部。 3）对流层顶，特别是低纬，定常波被垂直捕获。 4）700hPa以上高度场和温度场的相关系数比下面小。 5）在地面上，温度场的极值多位于高度场值西边的1/4波长处。3、亚洲季风之所以成为世界上最显著季风的主要原因？并简述东亚夏季风的主要特征及其对我国天气气候的可能影响。原因：亚洲位于世界上最大的大陆（亚欧大陆）的东部，同时位于世界上最大的大洋（太平洋）的西岸，海陆热力性质差异非常显著。夏季，亚欧大陆形成亚洲低压，太平洋上形成夏威夷高压，形成夏季风。冬季，亚欧大陆形成蒙古高压，太平洋上形成阿留申低压，形成冬季风。特点： 东亚夏季风是东南风；东亚季风主要是由海陆热力性质的巨大差异引起的，其次青藏高原也会和大陆平原地区产生独特的高原季风，也会影响东亚。东亚夏季风起源于澳大利亚高压，在105-125E附近越过赤道以后，在南海、西太平洋地区成为西南气流，由于西太平洋副热带高压的影响，形成ITCZ。副热带高压南侧的东南气流向北又变成西南气流，与北方冷空气活动配合，在长江流域形成梅雨锋；再从大气热源的分布看，南海和东亚大陆的热源与澳大利亚的冷源维持了南海和西太平洋ITCZ的上升支和澳大利亚的下沉支，从而组成了东南亚季风系统的季风经圈环流；东亚夏季风又可划分为南海西太平洋夏季风和中国大陆东部日本副热带两个相互独立的东亚夏季风子系统。可见，东亚夏季风完全不同于印度夏季风，其不是单纯的热带季风，而具有热带季风和副热带季风的双重特性；影响：东亚夏季风的强弱对我国夏季降水的分布会产生很大影响。如果东亚夏季风较强，偏南风会将热带地区充沛的水汽输送到偏北地区，我国北方降水将会增多；如果东亚夏季风较弱，则南方地区降水就会偏多，北方少雨。随着东亚夏季风的进一步增强和北推, 中国的主要雨带也从华南跳至江淮地区。4、海洋在长期天气过程中的重要性表现在哪些方面？并简述ENSO对全球及东亚的大气环流和天气气候异常的可能影响。 海洋在长期天气过程中的重要性： 1）具有天气气候意义的海洋特性 （1）海洋的巨大面积与质量：是大气中水汽的主要源地。 （2）海水的辐射特性：对太阳的短波辐射具有吸收率高、透过率高的特性，有利于热量的贮存。 （3）巨大的热惯性：1g海水升高1所需的热量为0.932卡，此热量可以使同质量的土壤升温1.9，可使同质量的空气升温3.9。由于海水的比热大，比土壤、比空气具有更大的热惯性，这有利于热量的储存。 （4）海水的流动性：水平、垂直运动，热量通过平流与乱流向其它地方和海洋深层传播 （5）海洋热源的时、空尺度：持续时间长，空间尺度大。 完全符合索耶提出的能造成长期天气异常的异常热源的三个标准。2）海洋在地球大气系统热量平衡及水分平衡中的作用：（1）海洋是大气热机运转的主要燃料供应地；（2）海洋是地气系统热量的“贮存器”；（3）海洋是地气系统能量的“调节器”；（4）海洋蒸发的重要性；（5）热带海洋信风区在水分平衡中的作用。对全球气候：(1)ENSO通过影响Walker环流和Hadley环流，而影响大气环流，并可通过PNA等大气遥相关而影响中高纬大气环流。(2)厄尔尼诺事件时，离SST正距平较近的中南美太平洋沿岸地区多洪涝；南亚、印度尼西亚和东南非洲地区多干旱；中纬度西风加强，阿留申低压比正常时强，因而给北美西岸地区造成频繁的强风暴活动；造成澳大利亚，特别是其东南部地区的干旱。ENSO与中国夏季气候异常：西太平洋和南海台风的数目，以及登陆中国大陆的台风数，都是在厄尔尼诺年偏少，而在拉尼娜年偏多；中国东北气温，在厄尔尼诺年夏季偏低，在拉尼娜年夏季偏高；长江中下游地区的汛期降水量同ENSO之间没有明显的关系，但华北汛期降水量，在厄尔尼诺年容易偏少，在拉尼娜年容易偏多。补充：厄尔尼诺指在赤道太平洋东部秘鲁、厄瓜多尔一带发生的海温异常升高现象。南方涛动指发生在东南太平洋与印度洋及印尼之间的反相气压振动，即东南太平洋气压偏高时，印度洋及印尼地区气压偏低，反之亦然。气象学家已经把这两种现象结合起来一起研究，并将它们的英文字头拼成ENSO，称之为恩索现象。第 7 页，共 7 页