动力气象学第1章描写大气运动的基本方程组.pdfVIP

第一章 描写大气运动的基本方程组 复习思考题 1.支配大气运动状态和热力状态的基本物理定律有哪些？大气运动方程组一般有几个方程组 成？哪些是预报方程？哪些是诊断方程？ 答：基本物理定律是牛顿运动定律、质量守恒定律、热力学能量守恒定律、气体实验定律； 大气运动方程组一般有六个方程组成 （三个运动方程、连续方程、热力学能量方程、状态方 程）；若是湿空气还要加一个水汽方程。 运动方程、连续方程、热力学能量方程是预报方程，状态方程是诊断方程。 2.研究大气运动变化规律为什么选用旋转坐标系？旋转参考系与惯性参考系中的运动方程有 什么不同？ 答：相对于惯性参考系中的运动方程而言，旋转参考系中的运动方程加入了视示力 （科里奥 利力、惯性离心力）。 3.地球旋转对大气运动有哪些动力作用？ 答：产生惯性离心力，相对于地球有运动的大气还受科里奥利力作用。 4.科里奥利力是怎样产生的？他与速度的关系如何？南北半球有何区别？它在赤道、极地的方 向如何？ 答：由于地球旋转及空气微团相对于地球有运动时产生；  科里奥利力垂直于V ，在北半球指向运动的右侧，在赤道处沿半径向外，在极地其垂直于地 轴向外。 5.惯性离心力是怎样产生的？如果没有地球旋转，此力存在不存在？ 答：处在旋转坐标系中产生的；若没有地球旋转，此力不存在。 6. 曲率项力怎样产生的？如果没有地球自转，此力存在不存在？ 答：由于地球的球面性引起的；若没有地球旋转，此力不存在。 7.惯性离心力与科里奥利力有哪些异同点？ 答：都是在旋转参考系中的视示力，惯性离心力恒存在，而大气相对于地球有运动时才会产 生科里奥利力。 8.为什么把地球引力与惯性离心力合并为重力？   2 答：地球引力g 仅与空气微团的位置有关，而惯性离心力 R 也只与空气微团的位置有关， 从逻辑上很自然将这两力合并在一起。地球引力与惯性离心力的矢量和称作重力。 9.为什么地球不可能是一个绝对球体？ 答：惯性离心力可分解为两个相互垂直的分力。一个分立部分抵消了地球引力，一个分立与 地表面相切指向赤道。后一个分立促使物体向赤道方向运动。在这个分立的长久作用下，便 在一定程度上决定了地球球壳的形状，使地球在赤道处隆起，地球成为扁平的椭球体。 10.重力的方向如何？与等高面是否垂直？海平面上的重力如何？ 答：重力g 的方向垂直于等重力位势面，且由高重力位势指向低重力位势；与等高面不垂直 海平面为等重力位势面，重力与海平面垂直。 11.如何认识不考虑重力在水平面上的分量？ 1 答：因地心引力与重力的夹角非常小 （不到0.1 度），在水平方向的分量很小，以致我们就认 为重力指向地心。 12.物理上什么样的力是位势力 （或保守力）？位势力有哪些主要的性质？ 答：保守力：在物理系统里，假若一个粒子，从起始点移动到终结点，由于受到作用力， 所做的功，不因为路径的不同而改变。则称此力为保守力。假若一个物理系统里，所有的 作用力都是保守力，则称此系统为保守系统。 由于保守力所做的功与运动物体所经过的路径无关,因此，如果物体沿闭合路径绕行一 周，则保守力对物体所做的功恒为 0 。因为保守力的功具有这样的特点，所以在只有 保守力作用在物体上的情况下可以定义势能(位能) 。 13.重力位势与重力位能这两个概念有何差异？引进重力位势这个概念有何好处？ 答：重力位势：重力位势表示移动单位质量空气微团从海平面 （Z=0 ）到Z 高度，克服重 力所做的功。 重力位能：重力位能可简称为位能。重力场中距海平面 z 高度上单位质量空气微团所具有的 位能为  gz 引进重力位势后，g 等重力位势面 （等面）相垂直，方向为高值等重力位势面指向低等重 力位势面，其大小由等重力位势面的疏密程度来确定。所以，重力位势的空间分布完全刻画 除了重力场的特征。 14.位势高度的量纲是什么？因位势米与几何米在数值上差不多，能否写成1gpm 1m ？ 2 2