南京信息工程大学成教”动力气象学“ 学位考试大纲.doc

”动力气象学“ 学位考试大纲
考试科目代号：
考试科目名称：动力气象学
第一部分：课程目标与基本要求
一．课程目标
通过本课程的教学，使学生理解大气动力学的基本规律；掌握大气动力学的基本理论；并学会运用动力学方法去分析和解决大气科学方面的一些问题。
二．基本要求
要求学生掌握有关动力气象学的基本概念、基本理论；并具有应用动力气象学的基本理论，去分析研究大气动力学和热力学相关实际问题的基本能力。为今后从事与气象业务有关的工作打下良好的基础。
第二部分：各章节的要求与考试内容
第一章 描写大气运动的方程组
一、要求
1、 掌握根据物理学中的基本定律导出各基本方程
2、 了解球坐标系中的基本方程组及薄层近似
3、 掌握局地直角坐标系中的基本方程组并会应用
4、 了解所需的初始条件及边条件
二、考试内容
1、 个别变化与局地变化
2、 绝对坐标系与相对坐标系
3、 作用于大气上的各种作用力及其特性
4、 运动方程、连续方程、状态方程、热力学方程、水汽方程
5、 球坐标系的取法及其特点、速度及加速度的表示；曲率加速度；球面性引起的散度
6、 球坐标系的薄层近似中要遵循的角动量守恒定律及机械能守恒定律
7、 局地直角坐标系取法及其特点
8、 上述两坐标系的闭合方程组
9、 初始条件及边界条件
第二章 尺度分析与基本方程组的简化
一、要求
1、了解尺度概念及大气运动的尺度分类
2、掌握基本方程组的尺度分析方法
3、了解中高纬度中尺度及大尺度大气运动的性质
4、掌握重要的特征参数
二、考试内容
1、 尺度的概念
2、 大气运动的尺度分类
3、 尺度分析方法
4、 基本方程组的尺度分析与简化
5、 中高纬度中尺度及大尺度大气运动各自的特性
6、 重要的特征参数Ro数、Ri数等
7、 平面近似
第三章 涡度方程和散度方程
一、要求
1、 了解流函数、速度势、环流及涡度的物理意义
2、 掌握涡度方程的推导、各项的物理意义及应用
3、掌握散度方程的推导及意义
4、了解位势涡度方程的意义及应用
二、考试内容
1、 涡度的定义及其物理意义
2、 流函数及速度势定义及其物理意义
3、 涡度方程的推导及各项的物理意义
4、 p 坐标系中的涡度方程和散度方程
5、 位势涡度方程
6、 上述方程的应用
第四章 大气能量学
一、要求
1、了解大气能量的主要形式
2、掌握大气能量平衡方程的推导及意义
3、掌握静力平衡大气中的能量转换
4、掌握有效位能的概念、定义
5、 了解实际大气中的能量循环
二、考试内容
1、 单位质量及单位截面积大气基本能量的表达式
2、 单位质量及单位截面积大气组合能量的表达式
3、 压力位能的物理意义
4、 静力平衡下，无限高气柱中位能与内能的关系
5、 大气的动能平衡方程、位能平衡方程及内能平衡方程
6、 闭合系统中，上述能量方程各项的物理意义、能量间转换的条件与机制
7、 单位质量大气的伯努力能量方程
8、 有效位能的概念、定义、分析表达式及近似表达式
9、 有效位能的平衡方程及局地效率因子
10、 实际大气中能量的主要转换过程及物理机制
第五章 大气行星边界层
一、要求
1、 了解大气行星边界层及其特征
2、 了解边界层内的分层及其特点
3、 掌握平均运动方程的推导与湍流粘性力的概念
4、 掌握属性的湍流输送通量密度及其参数化的混合长理论
5、 掌握近地面层中性及非中性层结下风随高度分布的特征
6、掌握埃克曼层风随高度分布的特征
7、了解埃克曼抽吸与旋转减弱
8、了解湍流运动发展的判据
二、考试内容
1、 大气边界层的特征
2、 贴地层、近地面层、埃克曼层，它们各自的特点
3、 粗糙高度
4、 推导平均运动方程的原因及方法
5、 混合长理论
6、 属性的湍流输送通量密度
7、 湍流粘性应力与湍流粘性力
8、 近地面层中性层结下风随高度分布的特征
9、 近地面层非中性层结下风随高度分布的特征
10、 埃克曼层中风随高度分布的特点及原因
11、 二级环流的概念
12、 埃克曼抽吸
13、 大气旋转减弱的物理机制
14、 湍流运动发展的判据
第六章 大气中的基本波动
一、要求
1、 了解大气波动的基本概念
2、 掌握单波与群波的概念和波速的求法
3、 掌握微扰动方法并会用微扰动方法对基本方程组进行线性化
4、 掌握声波产生的物理机制及求解过程
5、 掌握重力惯性外波产生和传播的物理机制与求解
6、 掌握重力惯性内波传播的物理机制与求解过程
7、 掌握罗斯贝波产生的机制、性质及求解过程
8、 了解滤波的概念及滤波条件
9、 了解波动稳定性的概念及数学表述
二、考试内容
1、 有关波动的基本物理量
2、 求相速和群速的公式及物理意义
3、 微扰动方法及其基本假定
4、 波动问题中求频率方程的基本方法
5、 算子行列式方法
6、 声波产生的物理机制及其求解、相速和群速
7、 兰姆波
8、 重力惯性外波产生和传播的物理机制与求解、相速和群速
9、 浮力振荡以及重力内波形成的机制
10、 布西内斯克近似
11、 重力惯性内波传播的物理机制与求解、相速和群速
12、 罗斯贝波产生的机制、性质及求解、相速和群速
13、 “噪音”与滤波
14、 波动稳定性的概念及数学表述

第三部分: 有关说明与实施要求
1．考试目标的能力层次的表述
考核要求按照理解、掌握、应用三个层次规定其应达到的能力层次要求。三个能力层次是递进等级关系，各能力层次的含义是：
    理解：知道有关名词、概念的意义。
    掌握：在理解的基础上，能全面地把握基本概念、基本性质、基本方法，能掌握有关概念、性质、方法的联系和区别，并内化为自己实际分析问题、解决问题的应用能力。
    应用：在掌握的基础上，能够熟练应用所学知识，解决学习中、工作中碰到的问题。
2、参考书目：
动力气象学教程，吕美仲、候志明、周毅 编著 ，气象出版社，2004年
3．命题考试的若干规定
（1）本课程的命题考试是根据教学大纲规定的考试内容来确定的。试卷兼顾覆盖面、能力层次、内容难易程度；
（2）试卷难易程度分为：较容易、中等难度、较难三级。每份试卷中三种难度试题分数比例为：较容易题30％，中等难度题 60％、较难题10％。
（3）试卷中对不同能力层次要求的试题所占的比例大致是：“理解、领会”20％；“掌握”40％：“熟练掌握及应用”为40％
（4）试题主要题型有：是非题、填空题、选择题、名词解释题、推导题、问答题等。
（5）考试方式为闭卷笔试，考试时间为120分钟。
（6）试卷主要测验考生对动力气象学的基本理论、基本知识的熟悉、理解和掌握程度。
4. 附考试卷一份

成人学士学位专业课程考试
动力气象学 试卷( 样卷)
（答案必须写在答题纸上，写在试卷上无效）
一、 是非题（共10分，每小题2分， 对√，错X ）
1、 有限高气柱中内能与位能是成比例的，它们是具有相同趋势变化的。
2、 实际大气中边界层的厚度是与湍流强度及地理纬度成正比的。
3、 由于二级环流引起的旋转衰减作用比湍流扩散作用更为显著，因此二级环流引起的
垂直速度比大尺度系统垂直速度要强。
4、 波动的群速度是指群波（合成波）的移动速度。
5、 在实际大气中，重力内波的产生与传播是在强烈不稳定的大气中。

二、 解释及说明（共20分，每小题4分）
1、 β平面近似的物理本质； 2、重力惯性外波； 3、埃克曼螺线；
4、； 5、

三、 回答问题（共20分）
右图给出了某测站观测到的三个高度上的地转风 。
1、 请画出层的热成风及层的热成风；（6分）
2、 请分别说明层及层的冷暖平流情况；（6分）
3、 未来该测站的天气趋势如何。（4分）

四、回答问题（共20分）
有下列方程组：

o

1、请说明上述两个方程各代表什么？（6分）
2、解释K*与P*互相转换的机制是什么？（5分）
3、什么情况下，其中的内能与位能一致的变化？（5分）
4、 什么条件下K*与P*两者之和是守恒的？（4分）
五、推导题（共30分）
有下列方程组：

假设大气基本状态是静止的，即，试求：
1、将上述方程组线性化（5分）
2、求出该方程组所含波动的频率方程（10分）
3、分别求出该波动的相速与群速（10分）
4、分析该波动的性质（5分）