2025年大学《应用气象学》专业题库—— 大气湍流结构的动力学分析.docxVIP

2025年大学《应用气象学》专业题库——大气湍流结构的动力学分析

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）

1.下列哪个量是湍流脉动速度的统计特征量？

(A)平均速度

(B)雷诺数

(C)湍流强度

(D)动粘性系数

2.在湍流理论中，卡门（Kármán）涡街现象主要与哪种类型的湍流产生机制相关？

(A)热力对流

(B)机械剪切

(C)分子扩散

(D)内波破碎

3.大气边界层中，随着高度增加，风速廓线近似呈对数线性分布的层次是？

(A)粘性底层

(B)惯性层

(C)对数律层

(D)粗糙度层

4.湍动能（k）的单位是？

(A)m2/s2

(B)kg/(m·s2)

(C)m/s

(D)s?1

5.湍流耗散率（ε）的主要物理意义是？

(A)湍动能的生成率

(B)湍动能的耗散率，即湍动能转化为热能的速率

(C)湍流脉动的强度

(D)湍流尺度的大小

6.根据普朗特（Prandtl）混合长理论，湍流扩散系数与混合长（l）的关系是？

(A)成正比

(B)成反比

(C)平方成正比

(D)无关

7.对于近地面大气湍流，机械湍流产生的典型例子是？

(A)海陆风转换期间的湍流

(B)热带辐合带（ITCZ）的强对流天气中的湍流

(C)风暴过境时的强风和湍流

(D)平静无风天气下的地表湍流

8.湍流脉动方程（Reynolds平均运动方程）中，Reynolds应力项（-ρuv）代表？

(A)湍流产生的升力

(B)湍流产生的阻力

(C)平均动量与湍流动量的交换

(D)平均动量耗散

9.湍流闭合问题的核心在于如何参数化？

(A)平均粘性系数

(B)湍流扩散系数

(C)湍流产生项

(D)湍流耗散项

10.大气中的内波破碎过程是产生大气边界层湍流的重要机制之一，其主要发生在？

(A)近地面层

(B)对数律层顶附近

(C)粗糙度层

(D)惯性层顶

二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）

1.湍流是一种随机的不规则流动，其核心特征是存在______和______。

2.根据湍流的积分时间尺度，大尺度涡旋的寿命通常远大于______尺度湍流脉动的寿命。

3.在中性大气边界层中，风速廊线对数律公式中的风速梯度与近地面层的粗糙度______成正比。

4.湍流脉动方程通过引入______项，将湍流动量交换表示为未知的湍流应力。

5.Kolmogorov理论描述了______（或称“小尺度”）湍流结构的能量分布规律，其谱函数与波数的______次方成正比。

6.海风和陆风环流的形成，是由于白天陆地和海洋上空存在______差异，导致气压差异并产生风，风的切变和地表摩擦会在边界层内产生______。

7.湍流输送理论中，科尔本（Kolmogorov）理论给出了在充分发展湍流边界层中，垂直方向上的湍流热量通量与湍动能的关系式：χ=______（χ为湍流热通量，k为湍动能，χ为湍流普朗特数）。

8.湍流强度通常定义为瞬时速度的时间标准差除以平均速度，即u=______。

9.雷诺平均法通过对流场变量进行时间平均，得到______场，但仍无法完全描述湍流的全部信息。

10.湍流产生的直接条件是流体的______超过某个临界值。

三、名词解释（每题4分，共16分）

1.湍流脉动

2.积分时间尺度

3.湍流输送

4.大涡模拟（LES）

四、简答题（每题6分，共18分）

1.简述雷诺数的物理意义及其在判别层流与湍流中的作用。

2.简述大气边界层中粘性底层的主要特征及其对湍流的影响。

3.简要说明湍流产生需要满足的基本条件。

五、计算题（每题8分，共16分）

1.已知某近地面气象站观测到10米高度处的平均风速为5m/s，湍流强度为0.1。试计算该高度处风速脉动的标准差。

2.在中性大气边界层中，若近地面（z=0.1m）的风速为1m/s，粗糙度长度为0.01m。根据对数律公式计算，10米高度处的风速约为多少？假设摩擦速度u*已知。

六、论述题（10分）

试结合湍流产生的机制，论述海风和陆风环流形成过程中的动力学差异，并说明这些差异如何影响近地面湍流结构的特征。

试卷答案

一、选择题

1.C

2