第四章气压风和乱流习题.docx

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第四章气压风和乱流习题

第四章气压、风和乱流

一、名词解释题：

1.低气压：

又称气旋，是中心气压低，四周气压高的闭合气压系统。

2.高气压：

又称反气旋，是中心气压高，四周气压低的闭合气压系统。

3.地转风：

当地转偏向力与气压梯度力大小相等，方向相反达到平衡时，空气沿等压线作直线运动所形成的风。

4.季风：

大范围地区的盛行风向随季节而改变的风，其中1月和7月风向变换需在120°以上。

5.海陆风：

在沿海地区，由于海陆热力差异，形成白天由海洋吹向陆地，夜间风由陆地吹向海洋，这样一种昼夜风向转变的现象。

6.山谷风：

在山区，白天风从谷地吹向山坡，夜间由山坡吹向山谷这样一种以日为周期的地方性风。

7.焚风：

气流越山后在山的背风坡绝热下沉而形成的干而热的风。

8.标准大气压：

温度为0℃，在纬度45°的海平面上的大气压力，其值为1013.2hPa。

9.低压：

10.三圈环流：

11.水平气压梯度力：

地表受热不均，使同一水平面上产生了气压差异．我们把单位距离间的气压差叫做气压梯度。

只要水平面上存在着气压梯度，就产生了促使大气由高气压区流向低气压区的力，这个力称为气压梯度力。

12.地转风：

在自由大气中空气作水平运动时会受到水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用，当这两力达到平衡时，空气会作水平等速直线运动，此时的风叫做地转风，以Vg表示

13.梯度风：

在自由大气中，当空气作水平曲线运动时，作用于空气上的力，除了气压梯度和地转偏向力外，还有惯性离心力，三力达到平衡的风，称为梯度风。

14.水平地转偏向力：

由于地球自转作用而产生的使运动空气偏离气压梯度力方向的力，叫做地转偏向力，水平分力叫水平地转偏向力。

15.干绝热直减率（γd）：

在大气静力条件下（即气块的气压时时都与周围大气的气压处于平衡），干绝热升降引起的温度随高度的变化率（γd=-dT/dZ），称为干绝热直减率。

据计算，γd=0.98℃/hm，实际工作中取γd=1℃/hm。

16.白贝罗风压定律：

北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反。

17.摩擦风：

有摩擦力参与，水平气压梯度力与水平地转偏向力，摩擦力保持平衡条件下所产生的风称为摩擦风。

18.焚风：

是由于空气下沉运动，而使空气温度升高，湿度降低的一种干而热的风。

通常指气流越过山顶后由山上吹下来的热而干燥的风。

。

19.山谷风：

在山区，白天，风从山谷吹向山上，叫做谷风，夜间风从山上向山下吹，叫做山风。

这种风向昼夜交替的地方性风称为山谷风。

20.大气活动中心：

由于海陆分布割断了气压带而形成的高低气压中心称为大气活动中心。

21.季风：

范围地区盛行的、以一年为周期随季节改变风向的风，称为季风。

22.海陆风：

晴稳天气时，海岸附近，白天由海洋吹向陆地，夜间由陆地吹向海洋，这种风向昼夜交替的地方性风称为海陆风。

23.峡谷风：

在两高地对峙的狭窄谷口，常观测到流速比附近地区大得多的风，称为峡谷风。

24.大气环流：

地球上各种规模大气运动的综合表现，称为大气环流．它既包含着大范围的大气运动现象，又包含着一些中、小范围的大气运动现象。

二、填空题：

　1.按照三圈环流理论，北半球有

（1）赤道低压带、

（2）副热带高压带、（3）副极地低压带、（4）极地高压带四个气压带和（5）东北信风带、（6）盛行西风带、（7）极地东风带三个风带。

2.季风以（8）年为周期，海陆风以（9）日为周期，且海风（10）强于陆风。

3.作用于空气运动的力有（11）水平气压梯度力、（12）地转偏向力、（13）摩擦力和（14）惯性离心力；其中在高层大气中，（15）摩擦力力可以忽略；而空气作直线运动时，（16）惯性离心力力可以忽略。

4.白天，由山谷吹向山坡的风是（17）谷风，夜晚，由陆地吹向海洋的风是（18）陆风。

5.风向规定为风的（19）来向，由南向北运动的空气，风向为（20）南。

6.一般情况下，气压随着高度增加是按______________规律降低。

7.大气运动的根本原因是，大气运动的直接原因是。

8.读下面两幅等压线图，A、B、C、D四处风力最大的是（D）

8.读右图北半球海平面等压线分布图回答

A是高_压，B是低压，D是___压

C是_脊_线，E是______线

E

D

甲地吹西风

乙地吹东风

甲、乙两地的风力较大的

是。

9.地面与空气之间主要通过辐射、乱流（或空气流动）、潜热交换等方式进行热量交换。

10.大气为绝对不稳定的判定条件是γ>γd。

11.大气条件不稳定的判定条件是γm<γ<γd。

12.梯度风是自由大气中水平气压梯度力、地转偏向力和惯性离心力达到平衡时的风。

13.海拔越高，气压越低。

14.在摩擦层中，风向与水平气压场的关系是风斜低压。

15.风可调节补充空气中的二氧化碳，有利于光合作用。

16.季风主要是因海陆之间的热力差异而引起的。

17.北半球中纬度地区，主要盛行西风。

18.北半球由南向北的四个气压带是__赤道低气压带_、__副热带高气压带_、副极地低气压带、极地高气压带。

三、判断题：

1.在赤道和极地都存在有地转偏向力，但赤道上没有惯性离心力。

错

2.顾名思义，季风就是季节性的风，如春季为春季风，夏季为夏季风等。

错

3.高大山体的迎风坡，云雾往往比背风坡多。

对

4.当空气作绝热上升运动时，气温要逐渐升高，气流越过山后，在山的背风坡下沉，气温将下降。

错

5.在山区的山谷风，夜间由山坡吹向山谷。

对

6.一团湿空气从海平面沿一山坡上升，其温度必然会升高。

错

7.海陆风以日为周期，白天风由海洋吹向陆地，晚上相反。

对

8.夏季影响我国大部分地区的大气活动中心是太平洋高压和阿留申低压。

错

四、选择题：

1.在摩擦层中，空气的流动（BD）。

A、偏向高压B、偏向低压C、不偏转

D、斜穿等压线E、直穿等压线

2.（CE）以一天为周期，风向交替变化。

A、季风B、峡谷风C、山谷风

D、焚风　E、海陆风

3.海拔越高，则（BD）。

A、气压越高B、气压越低C、空气密度越大　　

D、空气密度越小E、风速越小F、风速越大

4.下面属于地方性风的是（DEFG）。

A、地转风B、梯度风C、摩擦风D、焚风　

　E、海陆风F、峡谷风G、山谷风

5.北半球行星风带包括有（BDE）。

A、西北信风带　B、东北信风带

　C、盛行东风带　　　D、盛行西风带

　E、极地东风带　F、极地西风带

6.地转风是空气所受（CD）相平衡时的运动。

A、重力B、浮力C、水平气压梯度力

D、水平地转偏向力E、惯性离心力F、摩擦力

7.下面属于自由大气中的风的是（BE）。

A、季风B、梯度风C、海陆风

D、焚风　E、地转风

8.梯度风是自由大气中空气所受（ABC）相平衡时的运动。

A、水平气压梯度力B、水平地转偏向力

C、惯性离心力D、重力E、浮力

9.我国是著名的季风区，夏季盛行（AC）。

A、东南风B、东北风C、西南风

D、西北风　E、东风

10.（C）是地方性风。

A、地转风　　B、梯度风　　　C、山谷风　　D、干热风

11.由于季风影响，在（Ｄ）季，我国东南沿海地区风从大陆吹向海洋。

A、春B、夏C、秋D、冬

12.在三圈环流中，南、北半球各形成（C）个气压带。

A、2B、3C、4D、5

13.在北半球，吹地转风时,背风而立，低压在（C）。

A右边B、右前方C、左边D、左前方

14.形成风的直接原因是（B）的作用。

A、水平地转偏向力B、水平气压梯度力

C、摩擦力D、惯性离心力

15.风由东吹向西，则称为（A）风。

A、东　B、东南　　C、西D、西北

16.梯度风未考虑（D）的作用。

A、水平气压梯度力B、水平地转偏向力

C、惯性离心力D、摩擦力

17.地转风的风速增大，可能是（C）增大引起的。

A、纬度B、大气密度

C、气压梯度D、地球自转角速度

18.水平气压梯度力的方向是由（A）。

A、高压指向低压B、低压指向高压

C、中间指向四周D、四周指向中间

19.随着海拔高度的增高，（C）增大。

A、大气质量　　　　B、大气压力

　C、单位气压高度差　D、大气柱

20.随着海拔高度增高，气压会（B）。

A、增大B、降低

　C、先增后降D、先降后增

21.在南半球，水平地转偏向力指向物体运动方向的（C）。

A、左前方B、右后方C、左方D、右方

22.等压面图中海拔高度高的地区，等压面是（C）。

A、水平面　　B、曲面　　　C、上凸面D、下凹面

23.饱和水汽压（E）与蒸发面性质和形状的关系是（C）。

A、纯水面的E比冰面小B、溶液面的E比纯水面大

C、小水滴的E比大水滴大D、平面的E比凹面小

24.一团未饱和的湿空气作升降运动时，大气处于不稳定状态的条件是（C）。

A、γ<γdB、γ=γdC、γ>γdD、γ≤γd

25.地面天气图属于（A）。

A、等高面图B、等压面图C、0hpa图D、0mmHg图

26.在北半球，水平地转偏向力指向物体运动方向的（Ｄ）。

A、左前方B、右后方C、左方D、右方

27.读下图，下列各点气压关系正确的是（D）。

A、A点比B点气压低B、B点比D点气压高

C、A点和C点气压相等D、C点比D点气压高

28.海陆风形成的主要因子是（A）。

   A、热力因素   B、动力因素

   C、动力和热力因素   D、大气环流因

29.当亚欧大陆为高压控制，北太平洋为低压控制时，我国大部分地区多吹（B）。

   A、东南风　　 B、偏北风　C、东北风　　  D、西南风

30.我国季风气候显著，其形成的主要原因是（C）。

　　A、　地形复杂多样　　 B、面积大，所跨的纬度广　　

C、海陆热力性质的差异　 D、气压带和风带的南北移动

五、简答题：

1.海平面气压场有哪几种基本类型？

各自所对应的天气如何？

答：

按照气压的分布，海平面气压场有五种基本类型：

①低气压，即等压线封闭的中心气压低四周气压高的区域，常常带来阴雨天气。

②高气压，即等压线封闭的中心气压高，四周气压低的区域，常常对应晴好天气。

③低压槽，即由低气压向高气压延伸的狭长区域，它的天气与低压天气类似。

④高压脊，即由高气压向低气压延伸的狭长区域，天气与高气压天气类似。

⑤鞍形气压区，即两个高压和两个低压交错相对的中间区域，这个区域的天气一般无明显规律，常常取决于是偏于高压还是低压，从而具有相应的天气。

2.海陆风的成因。

答：

由于海陆热力差异，白天陆地增温比海洋快，使陆地上空气温度高，密度小，气流上升，近地形成低压区；海洋上空气温度低，密度大而下沉，形成高压区。

气压梯度由海洋指向陆地，使空气自海洋流向陆地，即海风。

夜间陆地降温比海洋快。

于是情况与白天相反，空气自陆地流向海洋，即陆风。

3.为什么高大山体的迎风坡多云雨？

答：

由于空气受高大山体阻碍，沿着迎风坡绝热上升，按干绝热规律降温；到一定高度（凝结高度）时，空气达到饱和状态，然后按湿绝热规律上升降温，空气中水汽凝结，成云致雨。

故迎风坡多云雨。

4.比较季风与海陆风的异同。

答：

季风与海陆风的比较可从下表中得到明显反映。

成因

范围

周期

强度

关系

季风

①冬夏海陆热特性的差异

②行星风带的季节性位移

距沿海几百至上千公里

年

东亚季风是冬季风强于夏季风

夏季风类似于海风

冬季风类似于陆风

海陆风

日夜海陆热特性的差异

仅距沿海几十公里

日

海风强于陆风

5.分析焚风成因及其对农业生产有何影响？

答：

焚风是由于气流遇到高大山脉阻挡被迫爬坡时，在山的迎风坡水汽凝结成云和雨，而在背风坡绝热下沉，温度升高，湿度下降而形成的一种干热风。

初春的焚风可使积雪融化，利于灌溉，也可提早春耕，有利作物生长。

夏末秋季的焚风可使谷物和水果早熟，提早收获。

另一方面，焚风出现时，由于短时间内气温急剧升高，相对湿度迅速下降，使作物蒸腾加快，引起作物脱水枯萎，甚至死亡，造成作物减产或无收。

强大的焚风还能引起森林火灾、旱灾、高山雪崩等。

6.何谓大气活动中心？

影响我国的有哪些？

答：

由三圈环流模式所导出的地球表面的气压带和行星风带的分布均未考虑地表物理状况的影响。

由于地球表面海陆性质的差异，气压带和风带发生断裂，形成性质各异的一个个气压中心，这些中心统称为大气活动中心。

影响我国的大气活动中心夏半年有北太平洋高压和印度低压，冬半年有蒙古高压和阿留申低压。

7.写出三圈环流中北纬30°近地面的气压带，以及0°～30°间的环流圈、30°～60°间的风带？

8.谷风是如何形成的？

9.简述焚风的成因与特点。

10.作用于运动空气的力有哪几种?

答：

作用于运动空气的力有水平气压梯度力、水平地转偏向力、惯性离心力、摩擦力。

11.根据白贝罗风压定律，说明风向与气压分布的关系。

答：

自由大气受气压梯度力、地转偏向力和惯性离心力三个力作用。

空气运动遵循白贝罗风压定律：

风速与水平气压梯度成正比，风向与等压线平行，在北半球，背风而立，高压在右，低压在左。

南半球则相反。

12.在三圈环流中，气压带和行星风带有哪些?

答：

在三圈环流中，气压带有：

赤道低气压带、副热带高气压带、副极地低气压带、极地高气压带；行星风带有：

信风带、西风带和极地东风带（以北半球为例）。

难易程度：

中

13焚风是怎样形成的?

答：

迎风坡山气流上升到凝结高度处开始凝结，空气上升时不断有水气凝结成云致雨,导致空气湿度降低，气流越过山顶后，做绝热下沉运动，形成温度升高，湿度降低的一种干而热的风，即焚风。

14.地面大气活动中心的含义是什么，与一般气压中心有什么不同，北半球主要有哪些大气活动中心？

答：

大气活动中心：

月平均气压图上表现出来的高压和低压。

出现位置比较稳定。

包括永久性的和季节性的活动中心。

北半球夏季重要的活动中心：

印度低压，西太平洋副热带高压，北大西洋副热带高压；冬季中心有：

西伯利亚高压，阿留申低压，冰岛东亚，西太平洋副热带高压，北大西洋副热带高压。

六、综合论述题：

1.试述东亚季风和南亚季风的形成过程和成因。

答：

东亚季风和南亚季风虽然都出现在欧亚大陆上，但其形成原因和过程是不同的。

东亚季风是由海陆间热力差异形成的。

东亚位于世界上最大的大陆欧亚大陆的东部，东邻世界上最大的海洋太平洋。

夏季大陆增暖快于海洋，陆地上气温比海洋上高，气压较海洋上低，陆地上为印度低压，海洋上为北太平洋高压，气压梯度由海洋指向陆地，形成了由海洋吹向陆地的夏季风，带来高温、多雨天气。

冬季陆地上降温快于海洋，陆地上温度低，气压高，为蒙古高压，海洋上为阿留申低压，气流由陆地吹向海洋，形成了寒冷干燥的冬季风。

东亚的特殊海陆分布使它成为世界上季风最发达、最明显的地区之一。

南亚季风是由行星风带的季节性位移造成的。

冬季南亚为东北信风区，夏季，赤道低压带北移，南半球的东南信风越过赤道后变成西南风，影响南亚地区。

由于东北信风来自干燥的高纬内陆，吹冬季风期间就成为南亚的旱季，而西南风（即夏季风）来自低纬广大的海洋上，高温高湿，它的到来即标志着南亚雨季的开始。

2.实际大气中的风是在哪几种力作用下产生的？

各自所起的作用如何？

答：

实际大气中的风是在水平气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力和摩擦力四个力的作用下产生的。

水平气压梯度力是使空气开始运动的原始动力，只要有温度差就会有气压差、气压梯度，由此产生气压梯度力，空气就可以开始运动，而且气压梯度的方向就是空气开始运动的方向。

地转偏向力是由于地球自转而产生的，是一种假想的力。

在北半球，它永远偏于运动方向的右面，只能改变运动的方向，不能改变运动的速度，且随纬度的增高而增大，赤道上为零，极地最大，因此，在低纬度地区，地转偏向力常可忽略不计。

当空气运动的轨迹是曲线时，要受到惯性离心力的作用，这个力由曲率中心指向外围，大小与风速成正比，与曲率半径成反比。

在多数情况下，这个力数值很小，仅在龙卷风、台风中比较明显。

摩擦力总是阻碍空气的运动，既存在于空气与下垫面之间（外摩擦），也存在于不同运动速度的空气层之间（内摩擦）。

摩擦力一般在摩擦层（2km以下的大气层）比较重要，且越近地面摩擦力越大，在2km以上的自由大气中可忽略不计。

4.以北半球为例分析三圈环流的形成过程。

答：

假设地表面是均匀的（不考虑海陆分布及地形起伏的影响），但考虑了水平地转偏向力，和水平气压梯度力。

（2分）

赤道上，受热上升的空气，在北半球，从高空流向高纬，当流到纬度10°以后，由于地转偏向力的作用，逐渐偏离原来的经线方向而转为自西向东的方向，到纬度30°处，气流变成沿纬圈方向了。

由南方来的空气在纬度30°附近堆积起来，形成一个高压带，称为副热带高气压带。

赤道处，则因空气流出形成了一个低气压带。

在下层，空气自副热带高压分别流向赤道和高纬处，流向赤道的气流形成了热带的环流圈。

（5分）

极地寒冷，空气密度大，地面气压高，形成极地高气压，在下层，空气从极地高压区流出．当空气流到纬度60°附近时，遇到从副热带高压带流来的暖空气。

暖空气被冷空气抬升，从高空分别向极地和副热带流去。

流向极地的气流与下层自极地流向纬度60°的气流构成了极地环流圈。

而自高空流向副热带处的气流与地面由纬度3O°的副热带高压向高纬流出的气流，构成了中纬度环流圈。

这三个环流圈，称之为三圈环流（如图）。

（5分）

七、计算题：

1.一登山运动员，从海拔500m，气温为25℃处开始登山。

当他到达高度Z1处时，气压比出发时减少了1/5，气温为13℃。

他继续往上走，到Z2处时，气压比Z1处又减少了1/5，气温为-1℃。

试问Z1、Z2处的海拔高度各为多少？

解：

已知开始登山时Z0=500m，t0=25℃，

到Z1高度t1=13℃，Z2处t2=-1℃

设开始登山时的气压为P0，

则Z1处气压P1=（1-1/5）P0=4/5Po，

Z2处气压为P2=4/5P1

由拉普拉斯压高公式得：

Z1-Zo=18400（1+αtm）1gP0/P1

Z1=500+18400[1+1/273×（25+3）/2]1g[P0/（4/5P0）]

=2407m

Z2=2407+18400[1+1/273×（13-1）/2]1g[P1/（4/5P1）]

=4229m

答：

Z1、Z2处的海拔高度分别为2407m和4229m。

2.一块温度为20℃、露点温度为15℃的空气从海平面开始翻越一座2500m的高山，忽略空气作绝热变化时露点温度的变化，试计算该空气块翻山后到达背风坡海平面时的温度、露点温度和相对湿度（取湿绝热直减率rm=0.5℃/100m）。

解：

已知山脚时t=20℃，td=15℃，山高2500m

当空气块刚开始越山时，按rd上升，

到500m高度处下降了5℃，气温为15℃。

此时空气达到饱和，即凝结高度为500m。

由500m向上，按rm上升，

到山顶时的气温为t=15-（2500-500）×0.5/100=5℃，

此时空气仍为饱和状态，水汽压等于5℃下的饱和水汽压，查表得：

e=Et=5=8.7hPa

空气块下降时，气温按rd增加，到山脚时的气温为

t=5+2500×1/100=30℃

若设下降过程中没有水汽的损失，到山脚时的水汽压仍为山顶时的水汽压。

e=8.7hPa，td=5℃

U=e/E×100%=8.7/42.5×100%=20.5%

答：

到山脚时的温度、露点温度、相对湿度分别为30℃，5℃和20.5%。

3.某时刻在武汉（30°N）高空500hPa的高度上气温为-3.0℃，气压从南向北每1km降低0.01hPa，若不考虑摩擦力的影响，试求风向风速（已知干空气的比气体常数为287J·K-1·kg-1，地球自转角速度为7.2921×10-5s-1）。

解：

已知φ=30°,P=500hPa,T=-3.0℃=（273-3）K=270K,

  dp/dn=0.01hPa/km=0.001Pa/m,

  R=287J·K-1·kg-1，ω=7.2921×10-5s-1

空气密度ρ=P/（RT）=500×100/（287×270）=0.64524kg/m3

气压梯度力的大小为|G|=dp/dn/ρ=0.0015498N/kg

高空风为气压梯度力与地转偏向力达平衡时的地转风，即

|G|=2ωVsinφ

所以风速为V=|G|/（2ωsinφ）=0.0015498/（2×7.2921×10-5×sin30°）=21.3m/s

根据风压定律，风速为西风（即自西吹向东）。

4.某时刻在武汉（30°N）海平面高度上气压为1000hPa，气温为7.0℃，气压从南向北每1km降低0.01hPa，空气与地面之间外摩擦力的摩擦系数k=5×10-5N/（m·s-1），试求风向风速（已知干空气的比气体常数为287J·K-1·kg-1，地球自转角速度为7.2921×10-5s-1）。

解：

请参照教材P130的图5.15理解此题的求解过程。

  已知φ=30°,P=1000hPa,T=7.0℃=（273+7）K=280K,

  dp/dn=0.01hPa/km=0.001Pa/m,

  R=287J·K-1·kg-1，ω=7.2921×10-5s-1,

  k=5×10-5N/（m·s-1）

空气密度ρ=P/（RT）=1000×100/（287×280）=1.2444kg/m3

水平气压梯度力的大小为|G|=dp/dn/ρ=0.0008036N/kg

因为在摩擦层，地转偏向力与外摩擦力的合力与水平气压梯度力达平衡。

由题意，外摩擦力为R=-kV

因为地转偏向力与风速方向垂直，而外摩擦力与风速的方向相反，因此地转偏向力与外摩擦力的方向垂直。

设地转偏向力与外摩擦力的合力为F，根据力的合成的平行四边形法则，应有

F2=R2+A2=（-kV）2+（2ωVsinφ）2

因地转偏向力与外摩擦力的合力与水平气压梯度力达平衡，即

|G|=|F|

也即

因此可解得风速为

求风向：

设风与等压线之间的交角为α，由前述分析可知，

sinα=|R|/|F|=kV/|F|

所以α=arcsin0.565505=34.4°

即风向为西偏南34.4°，也就是风向着东偏北34.4°的方向吹。

对照3、4两题可知，与高空自由大气相比较，摩擦层中风向与等压线之间有一交角，向着低压的方向偏转，且在相同的气压梯度的条件下，风速也比自由大气中要小。

5.在山顶和山脚同时观测得知山顶气压为850hPa，气温为8.0℃，山脚气压为1000hPa，气温为20.0℃，问山顶与山脚两地高度差为多少?

（已知lg8.5=0.9294）

参考答案及评分标准：

解：

已知P1＝1000mb，t1＝20℃;P2＝850毫巴，t2＝8.0℃，求Z2-Z1＝?

先求得两点的平均温度t＝14℃，（1分）代人公式

Z2-Z1＝l8400（1十14/273）lg（1000/850）（3.