」動力氣象學「 學位考試大綱
考試科目代號：
考試科目名稱：動力氣象學
第一部分：課程目標與基本要求
一．課程目標
通過本課程的教學，使學生理解大氣動力學的基本規律；掌握大氣動力學的基本理論；並學會運用動力學方法去分析和解決大氣科學方面的一些問題。
二．基本要求
要求學生掌握有關動力氣象學的基本概念、基本理論；並具有應用動力氣象學的基本理論，去分析研究大氣動力學和熱力學相關實際問題的基本能力。為今後從事與氣象業務有關的工作打下良好的基礎。
第二部分：各章節的要求與考試內容
第一章描寫大氣運動的方程組
一、要求
1、 掌握根據物理學中的基本定律匯出各基本方程
2、 了解球座標系中的基本方程組及薄層近似
3、 掌握局地直角座標系中的基本方程組並會應用
4、 了解所需的初始條件及邊條件
二、考試內容
1、 個別變化與局地變化
2、 絕對座標系與相對座標系
3、 作用於大氣上的各種作用力及其特性
4、 運動方程、連續方程、狀態方程、熱力學方程、水汽方程
5、 球座標系的取法及其特點、速度及加速度的表示；曲率加速度；球面性引起的散度
6、 球座標系的薄層近似中要遵循的角動量守恆定律及機械能守恆定律
7、 局地直角座標系取法及其特點
8、 上述兩座標係的閉合方程組
9、 初始條件及邊界條件
第二章尺度分析與基本方程組的簡化
一、要求
1、了解尺度概念及大氣運動的尺度分類
2、掌握基本方程組的尺度分析方法
3、了解中高緯度中尺度及大尺度大氣運動的性質
4、掌握重要的特徵引數
二、考試內容
1、 尺度的概念
2、 大氣運動的尺度分類
3、 尺度分析方法
4、 基本方程組的尺度分析與簡化
5、 中高緯度中尺度及大尺度大氣運動各自的特性
6、 重要的特徵引數ro數、ri數等
7、 平面近似
第三章渦度方程和散度方程
一、要求
1、 了解流函式、速度勢、環流及渦度的物理意義
2、 掌握渦度方程的推導、各項的物理意義及應用
3、掌握散度方程的推導及意義
4、了解位勢渦度方程的意義及應用
二、考試內容
1、 渦度的定義及其物理意義
2、 流函式及速度勢定義及其物理意義
3、 渦度方程的推導及各項的物理意義
4、 p 座標系中的渦度方程和散度方程
5、 位勢渦度方程
6、 上述方程的應用
第四章大氣能量學
一、要求
1、了解大氣能量的主要形式
2、掌握大氣能量平衡方程的推導及意義
3、掌握靜力平衡大氣中的能量轉換
4、掌握有效位能的概念、定義
5、 了解實際大氣中的能量迴圈
二、考試內容
1、 單位質量及單位截面積大氣基本能量的表示式
2、 單位質量及單位截面積大氣組合能量的表示式
3、 壓力位能的物理意義
4、 靜力平衡下，無限高氣柱中位能與內能的關係
5、 大氣的動能平衡方程、位能平衡方程及內能平衡方程
6、 閉合系統中，上述能量方程各項的物理意義、能量間轉換的條件與機制
7、 單位質量大氣的伯努力能量方程
8、 有效位能的概念、定義、分析表示式及近似表示式
9、 有效位能的平衡方程及局地效率因子
10、 實際大氣中能量的主要轉換過程及物理機制
第五章大氣行星邊界層
一、要求
1、 了解大氣行星邊界層及其特徵
2、 了解邊界層內的分層及其特點
3、 掌握平均運動方程的推導與湍流粘性力的概念
4、 掌握屬性的湍流輸送通量密度及其引數化的混合長理論
5、 掌握近地面層中性及非中性層結下風隨高度分布的特徵
6、掌握埃克曼層風隨高度分布的特徵
7、了解埃克曼抽吸與旋轉減弱
8、了解湍流運動發展的判據
二、考試內容
1、 大氣邊界層的特徵
2、 貼地層、近地面層、埃克曼層，它們各自的特點
3、 粗糙高度
4、 推導平均運動方程的原因及方法
5、 混合長理論
6、 屬性的湍流輸送通量密度
7、 湍流粘性應力與湍流粘性力
8、 近地面層中性層結下風隨高度分布的特徵
9、 近地面層非中性層結下風隨高度分布的特徵
10、 埃克曼層中風隨高度分布的特點及原因
11、 二級環流的概念
12、 埃克曼抽吸
13、 大氣旋轉減弱的物理機制
14、 湍流運動發展的判據
第六章大氣中的基本波動
一、要求
1、 了解大氣波動的基本概念
2、 掌握單波與群波的概念和波速的求法
3、 掌握微擾動方法並會用微擾動方法對基本方程組進行線性化
4、 掌握聲波產生的物理機制及求解過程
5、 掌握重力慣性外波產生和傳播的物理機制與求解
6、 掌握重力慣性內波傳播的物理機制與求解過程
7、 掌握羅斯貝波產生的機制、性質及求解過程
8、 了解濾波的概念及濾波條件
9、 了解波動穩定性的概念及數學表述
二、考試內容
1、 有關波動的基本物理量
2、 求相速和群速的公式及物理意義
3、 微擾動方法及其基本假定
4、 波動問題中求頻率方程的基本方法
5、 運算元行列式方法
6、 聲波產生的物理機制及其求解、相速和群速
7、 蘭姆波
8、 重力慣性外波產生和傳播的物理機制與求解、相速和群速
9、 浮力振盪以及重力內波形成的機制
10、 布西內斯克近似
11、 重力慣性內波傳播的物理機制與求解、相速和群速
12、 羅斯貝波產生的機制、性質及求解、相速和群速
13、 「噪音」與濾波
14、 波動穩定性的概念及數學表述
第三部分: 有關說明與實施要求
1．考試目標的能力層次的表述
考核要求按照理解、掌握、應用三個層次規定其應達到的能力層次要求。三個能力層次是遞進等級關係，各能力層次的含義是：
理解：知道有關名詞、概念的意義。
掌握：在理解的基礎上，能全面地把握基本概念、基本性質、基本方法，能掌握有關概念、性質、方法的聯絡和區別，並內化為自己實際分析問題、解決問題的應用能力。
應用：在掌握的基礎上，能夠熟練應用所學知識，解決學習中、工作中碰到的問題。
2、參考書目：
動力氣象學教程，呂美仲、候志明、周毅編著 ，氣象出版社，2023年
3．命題考試的若干規定
（1）本課程的命題考試是根據教學大綱規定的考試內容來確定的。試卷兼顧覆蓋面、能力層次、內容難易程度；
（2）試卷難易程度分為：較容易、中等難度、較難**。每份試卷中三種難度試題分數比例為：較容易題30％，中等難度題 60％、較難題10％。
（3）試卷中對不同能力層次要求的試題所佔的比例大致是：「理解、領會」20％；「掌握」40％：「熟練掌握及應用」為40％
（4）試題主要題型有：是非題、填空題、選擇題、名詞解釋題、推導題、問答題等。
（5）考試方式為閉卷筆試，考試時間為120分鐘。
（6）試卷主要測驗考生對動力氣象學的基本理論、基本知識的熟悉、理解和掌握程度。
4. 附考試卷乙份
**學士學位專業課程考試
動力氣象學試卷( 樣卷)
（答案必須寫在答題紙上，寫在試卷上無效）
一、 是非題（共10分，每小題2分， 對√，錯x ）
1、 有限高氣柱中內能與位能是成比例的，它們是具有相同趨勢變化的。
2、 實際大氣中邊界層的厚度是與湍流強度及地理緯度成正比的。
3、 由於二級環流引起的旋轉衰減作用比湍流擴散作用更為顯著，因此二級環流引起的
垂直速度比大尺度系統垂直速度要強。
4、 波動的群速度是指群波（合成波）的移動速度。
5、 在實際大氣中，重力內波的產生與傳播是在強烈不穩定的大氣中。
二、 解釋及說明（共20分，每小題4分）
1、 β平面近似的物理本質； 2、重力慣性外波； 3、埃克曼螺線；
45、三、 回答問題（共20分）
右圖給出了某測站觀測到的三個高度上的地轉風。
1、 請畫出層的熱成風及層的熱成風；（6分）
2、 請分別說明層及層的冷暖平流情況；（6分）
3、 未來該測站的天氣趨勢如何。（4分）
四、回答問題（共20分
有下列方程組：
o1、請說明上述兩個方程各代表什麼？（6分）
2、解釋k*與p*互相轉換的機制是什麼？（5分）
3、什麼情況下，其中的內能與位能一致的變化？（5分）
4、 什麼條件下k*與p*兩者之和是守恆的？（4分）
、推導題（共30分）
有下列方程組：
假設大氣基本狀態是靜止的，即，試求：
1、將上述方程組線性化（5分）
2、求出該方程組所含波動的頻率方程（10分）
3、分別求出該波動的相速與群速（10分）
4、分析該波動的性質（5分）
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