大气科学模拟试题

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1、模拟试题模拟试卷一一．填空题（每空1分，共15分）1.自由大气中常取和二力平衡，而在边界层中还需要考虑力的影响。2.大气边界层由下到上分为、和三层。3.根据雷诺平均有：；。4.常用的稳定度参数有两类，一类是从出发，以理查孙数Ri为代表；另一类是以为基础，以Монии-Обухов(M-O)的相似理论最为完整。5.由可以说明在给定时刻，测得的与空间固定点测得的相同。6.无量纲量因含L，可代表。7.在近地层以上，风向随高度变化很大，地转偏向力的作用不可忽略，因而决定大气边界层中湍流状态高度分布的参数除外，还应加上一个。二．名词解释（

2、每小题5分，共20分）1.大气边界层2.闭合问题3.中性层结4.通量理查逊数Rf三．简答题（每小题10分，共50分）1.边界层大气运动有哪些特征？2.简述近地层主要物理特征。3.在强稳定层结中为什么z不是控制变量，即无z尺度？4.湍流达到充分发展状态时，其能谱可分为哪几个区？5.什么叫边界层的参数化问题？四．推导题（每小题15分，共15分）1.试根据基本方程，应用一定的假设条件，推导求解动量常值层的厚度hc。答案：（供参考）一．填空题（每空1分，共15分）1.自由大气中常取科氏力和气压梯度力二力平衡，而在边界层中还需要考虑湍流粘

3、性力的影响。2.大气边界层由下到上分为粘性副层、近地层（常通量层）和Ekman层（上部摩擦层）三层。3.根据雷诺平均有：；。4.常用的稳定度参数有两类，一类是从湍流能量方程出发，以理查孙数Ri为代表；另一类是以相似理论、量纲分析为基础，以Монии-Обухов(M-O)的相似理论最为完整。1.由说明在给定时刻，测得的对数波数谱与空间固定点测得的对数频率谱相同。2.无量纲量因含L，可代表边界层的稳定度。3.在近地层以上，风向随高度变化很大，地转偏向力的作用不可忽略，因而决定大气边界层中湍流状态高度分布的参数除外，还应加上一个地转

4、参数f。二．名词解释（每小题5分，共20分）1.大气边界层——为大气受下垫面影响的层次，或大气与下垫面相互作用的层次，更精确地说，应是在小于一天的时间尺度上相互作用的层次，因为如果时间尺度更长，下垫面影响的高度会更高。2.闭合问题——是研究在哪阶相关矩处截断以及如何用有关参数来表征方程中出现的更高一阶的相关矩。3.中性层结——是热力因子不起作用的大气层结，数学描述就是：阿基米德浮力为零或者湍流热通量为零；位温不随高度变化；空气微团按绝热过程运动。4.通量理查逊数Rf——定义为热力湍能产生率的负值与机械湍能产生率之比，即5.三．简

5、答题（每小题10分，共50分）1.答：边界层大气运动的特征有：（1）必须考虑地球自转的影响—引入科氏力（2）大气密度不均匀，特别是在铅直方向的不均匀—层结流体（3）大气运动的水平尺度大于垂直尺度—视为浅层流体（4）大气边界层主要是湍流运动—运动方程中增加湍流项2.答：近地层大气的主要特征：受地面的动力和热力的强烈影响，气象要素随高度激烈变化，运动尺度小，科氏力可忽略不计，以大气湍流运动为特征，湍流输送占有压倒优势作用，该层中动量、热量和水汽的铅直湍流输送通量几乎不随高度改变，又称常通量层。3.答：在中性层结，

6、L

7、→∞,这时唯一

8、的特征长度就是z，这标志着湍涡的尺度可以达到离地面的高度。但当层结很稳定度时，有强烈的“恢复力”，湍涡受到很大抑制，湍涡尺度小于中性层结的情况。当层结稳定度不断增加时，可以预期湍涡尺度完全受层结制约而与高度无关。4.答：边界层中大气湍流的能谱分布大致如下图所示，可以分为三部分：含能区、惯性区和耗散区。含能区：为低频区，它是从大尺度湍涡得到能量而传递给较小尺度湍涡，也是主要的湍能产生区，大部分湍能集中在该区，典型的长度尺度约几米到几千米，对应的时间尺度是几十秒到几十分钟。在这个区内，谱函数取决于风速、粗糙度和边界层厚度等特征量。惯

9、性区：其典型的长度尺度或波长比其离地面的距离小，湍能在含能区产生，该区内湍能只是从较大的涡传递给较小的涡，能量既不增加也不损耗，只是起到由低频向高频的惯性传递作用，故名惯性区。该区内湍流可近似看作是局地各向同性。耗散区：随着湍涡尺度的减小，由于受粘滞性的影响愈来愈强，能量损失也不断增大。该区内湍能逐渐被耗散。1.答：大气环流、数值预报等研究中需要考虑边界层的影响。如何考虑边界层内湍流过程对大尺度宏观运动的定量影响就构成了所谓的边界层的参数化问题。其中重要的一点是如何将地面的湍流通量(以u*、T*)与宏观参数如地转风、边界层上下界

10、间的位温差、粗糙度等联系起来，以便由外参数求内参数或反之。四．推导题（每小题15分，共15分）1.答：对运动方程略去平流项，分子粘性项，可写成：此处为由上向下的动量通量，比右端各项小一个量级，右端三项具有相同的量级，这是边界层特点；在自由大气中就主要是气压梯度力