为了维持大气环流,能量间要相互转化,由能量平衡关系可知 高压中辐散,低压中辐合,或者暖空气上升,冷空气下降才能使全位能向动能转换。
问答题假定对流层顶高度为H,对流层中的温度随高度线性递减(T=T0-γz),对流层顶以上温度随高度不变,大气满足静力平衡条件,试求单位截面积自海平面延伸至大气上界整个气柱中的内能、位能、全位能。
问答题证明,对于多元大气(,γ为常值),以h1为底,h2为高的单位截面积的气柱中其内能I*、位能Φ*、全位能E*可表示为 式中分别表示h1、h2高度上的气温和气压。
问答题在静力平衡大气中,证明以海平面为底(气压为p0),高为h(该高度上气压为ph)的单位截面积气柱中,其位能Φ*、内能I*、全位能E*及动能K*之间满足下列关系 式中最后一个关系式仅是数量上近似关系,Ma为马赫数
问答题试阐述对流层中大气的能量循环过程。
问答题在讨论实际大气中的能量循环时,为什么通常将大气动能分解为平均运动动能(即基本气流动能,或称纬圈平均动能)和涡动(扰动)动能两部分,将有效位能分解为平均有效位能(即基本气流有效位能,或称纬圈平均有效位能)和涡动(扰动)有效位能两部分?
问答题试对以下论点给予说明: (1)等压面和等温面呈水平分布且层结为静力稳定的大气(正压大气)中,全位能可以很多,但一点也不能转换为动能; (2)大气作绝热运动时,全球大气的有效位能与动能之和不会改变; (3)有效位能完全决定于大气初始状态; (4)大气为斜压状态时,有效位能总是正值; (5)有效位能是动能的唯一的“源”,但不是唯一的“汇”; (6)有效位能仅是全位能能够转换为动能的上限值。
问答题在静力平衡条件下,“单是铅直运动并不改变动能和全位能,穿越等压线的水平运动才能把全位能转换为动能,或把动能转换为全位能”,对这一结论你是如何理解的?
问答题在静力平衡条件下,引入全位能的概念有什么好处?
问答题试讨论静力平衡对大气能量过程的影响。
问答题大气位能能直接转换成水平运动动能吗?铅直运动动能与水平运动动能是通过什么过程相互之间发生转换?
问答题试讨论地球旋转对大气能量过程可能发生的影响。
问答题试讨论大气内能转换成大气动能的物理过程。
问答题试讨论大气位能转换成大气动能的物理过程。
问答题位于45°N处有一正压气旋性涡旋,其地转涡度ζg=5×10-5s-1,湍流系数Kz=5m2˙s-1,试求埃克曼层顶处的铅直速度和涡旋旋转减弱的时间(设涡旋厚度H=104m)。
问答题经典的埃克曼螺线解中,因取z=0时,u=v=0作为下边界条件,这意味着已把解扩充到近地面层,然而在近地面层中设湍流粘性系数Kz为常数是不合适的。为了使理论中不包含近地面层解,可将下边界取到近地面层上界上。因近地面层风向随高度不变,故可取埃克曼层起始高度上方向相同,下边界条件取为 试证明此种情形埃克曼螺线解为