1、第 1 章 结论和大气 一、名词解释： 1.大气 ： 由于 地球引力 的作用聚集在地球周围的一层深厚的空气层。 2.气象学 ： 应用物理学原理 、 数学物理方法研究大气中发生的各种 物理现象 和 物理过程 的科学。 3.气象要素 ： 定性或定量描述大气物理现象和大气状态特征的物理量。 4.天气 ： 一个地方 某一瞬间 大气状态和大气现象的综合。 5.气候 ： 一个地方 多年间 发生的大气状态，既包括极端状态，也包括平均状态。 6.干洁大气 ：大气中除水汽和杂质外的整个 混合气体 。 7.气压 ：单位水平面积上所受的大气静压力，其大小等于单位水平面积上大气柱的重 量。 8.温度 ：表示物体冷热程
2、度的物理量。 9.水汽压 ：大气中所含水汽所产生的分压强。 10.饱和水汽压 ：在某一温度下，空气中水汽含量达到最大时所产生的分压强。 11.绝对湿度 ：单位体积湿空气中所含水汽的质量，即 水汽密度 。 12.比湿 ：单位质量湿空气中所含的水汽质量。 13.相对湿度 ：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比。 14.饱和差 ：同温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。 15.露点温度 ：在气压和水汽含量不变时，降低温度使空气达到饱和时的温度。 二、填空 1干洁大气中，按容积计算含量最多的四 种气体是 Ar、 O2、 N2 和、 CO2。 2大气中 O3主要吸收太阳辐射中的短波 紫外线 ；
3、CO2主要吸收和放出 长波辐射 。 3大气中唯一能在自然条件下发生 三相变化 的成分是 水 。 4根据大气在垂直方向的 温度分布、扰动状况和电离状态 ， WMO 世界气象组织统一将大气在铅直方向上分为 对流层、平流层、中间层、热成层 和 散逸层 5个层次。 5相对湿度为 80，当时空气中的水汽压为 20 hPa，则同温度下的饱和水汽压是 25hPa。 6写出下列气象要素的常用单位： 辐射通量密度 （ w/m2） 、 气压 （ hPa） 、 绝对湿度 （ kg/m3） 、 相 对湿度 （ %） 、 降水量 （ mm） 、 热容量 （ J/(m3s)）。 7一团气压为 1000hPa，温度为 20
4、，体积为 1m3的干空气，如果使其等压降温至 10，则其体积为 0.9659m3；如果使其等温变化至体积为 0.8m3，则其气压为 1250hPa。 8一团比湿为 10g.kg-1，气压为 1000hPa 的湿空气，其水汽压为 16.1hPa；如果该湿空气的气压变为 990hPa 而没有产生水相变化，则其比湿为 10g.kg-1。 三、选择题 1某空气块其 饱和水汽压 为 40百帕 ,实际水汽压 为 10百帕 ,则其 饱和差 为 30百帕。 2 当 干球温度 与 湿球温度 之差越 大 ，空气中的 饱和差 就越 大 ，空气 湿度 就越 小 。 3东北偏北风的字母表示为 NNE。 4已知某气层实际
5、水汽压为 40 百帕 ,则该气层的绝对湿度约为（ B） g.m-3。 A、 40g.m-3 B、 30g.m-3 C、 53.3g.m-3 D、 20g.m-3 5大气中的水汽（ B） A、对地面有降温作用 B、 对大气有保暖作用 C、主要集中在 10km 以上气层中 D、随海拔高度没有变化 6 CO2和水汽能吸收太阳辐射中 红外线 部分。 7.当饱和水汽压为 8hPa，相对湿度为 80，则水汽压 为 6.4hPa。 8当相对湿度为 100时，则 (C) A、 气温高于露点，饱和差 =0 B、气温 =露点，饱和差大于零 C、 气温 =露点，饱和差 =0 D、 气温低于露点，饱和差小于零 四、问
6、答题 1对流层的主要特点是什么？ 答：对流层是大气中最低的一层，是对生物和人类活动影响最大的气层。对流层的主要特点有：在对流层中， 气温一般随高度增高而下降 ，平均 气温直减率为0.65 /100m；具有强烈的 对流运动 和 乱流运动 ，促进了气 层内的能量和物质的交换；温度、湿度等气象要素在 水平方向的分布很不均匀 ，这主要是由于太阳辐射随纬度变化和地表性质分布的不均匀性而产生的。 2大气中的 CO2具有哪些作用？ 答： （ 1） 是植物进行 光合作用 的主要原料， CO2浓度增加，植物净 光合能力增强； （ 2） 能强烈地 吸收和放出长波辐射 ，降低地面的有效辐射，对 地面起保暖 作用。
7、3大气中的水汽具有哪些作用？ 答： （ 1） 是 天气变化 的主要角色，大气中诸如云、雾、雨、雪等的形成，是水 汽直接参与下形成的； （ 2） 能强烈地 吸收和放出长波辐射 ，降低地面有效辐射，对地面起 保暖 作 用 ； （ 3） 水相变化伴随着巨大的热量转化，在 热量由地面向上层大气传输 中起 重要作用。 4大气中的杂质具有哪些作用？ 答： （ 1） 影响大气的 水平能见度 ； （ 2） 能吸收太阳辐射和地面 长波辐射 ，对 气温和地温 有一定的影响； （ 3） 是大气中水汽凝结的核心，对 水汽凝结 起重要作用。 4.为什么对流层中的温度随高度增加而降低 ? 答： （ 1） 由于对流层中的热
8、量主要来源于 地面长波辐射 ，离地面越近，地面长 波辐射强度越大； （ 2） 大气中 吸收长波辐射的物质主要是 CO2 和水汽 ，此二者的浓度随高度 增加而降低，故他们吸收的热量随高度增加而降低 。 5为什么大气中的 臭氧含量在 20 25km 处最 高 ？ 答：由于大气中的臭氧主要来源于：氧气在太阳紫外线作用 下 变成氧原子，氧原子与氧分子在紫外线作用下变成狊氧；在 55km 以上的高空，氧分子大部分变成了氧原子， 氧分子浓度低 ，形成臭氧的机会少；在 10km 以下的低空， 氧原子浓度小 ，形成臭氧的机会少；在 30-35km 高处，氧分子和氧原子浓度适当，最有利于 臭氧的形成，然后通过
9、向下垂直输送 ，使 20-25km 高处的臭氧浓度最大。 五、计算题 1.当气温为 15.0时，饱和水汽压为 17.1hPa，在气温为 26.3时，饱和水汽压为 34.2hPa，现测得气温为 26.3，水汽压为 17.1hPa，试求相对湿度和露点是多少？ 解：因为 U = e / E 100，据题意当 t =26.3，则： E=34.2hPa， e =17.1hPa； 因为 U =17.1 / 34.2 100 =50； 又当 t=15.0，则 E=17.1hPa，此时 t=td (露点温度 )； 答 ：相对湿度为 50，露点温度为 15。 2.已知空气温度为 21.2，相对湿度为 79%，气
10、压为 1005.3hPa，求空气的水汽压、绝对湿度、比湿和露点温度。 解 : 已知 t=21.2， rh=79%， P=1005.3hPa； 水汽压 :e=ew*rh，绝对湿度 a=0.217*e/T，比湿 q=0.622*e/P， 露点温度 td 由式 e=6.11*10(7.45td/(235+td)； 计算饱和水汽压 ew=6.11*10(7.45t/(235+t)=25.3 hPa； 水汽压 e=ew*rh=25.3*0.79=20.0 hPa； 绝对湿度 a=0.217*e/T=0.217*20.0/(21.2+273)=0.0148 kg/m3=14.8g/m3； 比湿 q=0.6
11、22*e/P=0.622*20.0/1005.3=0.0124g/g=12.4g/kg； 露点温度 td=235*lg(e/6.11)/(7.45-lg(e/6.11)=17.5； 答：空气的水汽压、绝对湿度、比湿和露点温度分别为 20.0hPa、 14.8g/m3、12.4g/kg、 17.5。 第 2 章 辐射 一、名词解释： 1.辐射 ：物体以 电磁波或粒子 的形式向外 放射能量 的方式。 2.辐射通量密度 ：单位时间内通过单位辐射体表面的辐射能。 3.太阳高度角 ：太阳光线与观测点地平面的交角。 4.昼长 或可照时间：太阳视圆面中心从出地平线到入地平线之间的时间间隔。 5.太阳常数 ：
12、在日地平均距离条件下，地球大气上界垂直于太阳光线面上的太阳辐射通量密度。 6.一个大气质量 ：当太阳位于天顶时，单位面积的太阳光束穿过的大气柱的质量。 7.大气透明系数 ：穿过一个大气质量后的太阳辐射通量密度与穿过前的太阳辐射通量密度的比值。 8.直接辐射 ：以 平行光 的形式直接 投射到地面上的太阳辐射。 9.总辐射 ：太阳 直接辐射 和 散射辐射 之和。 10.光合有效辐射 ：绿色植物进行光合作用时，能被叶绿素吸收并参与光化学反应的 太阳辐射光谱成分 。 11.大气逆辐射 ：大气辐射投向地面的部分。 12.地面有效辐射 ：地面辐射与地面吸收的大气逆辐射 之差 。 13.净辐射 ：某一作用面
13、或作用层辐射能 收入与支出之差 。 二、填空 1.辐射具有 波粒二象性 ,即既表现为波动性 ,又表现为粒子性。 2.不透明物体的吸收率与反射率之和为 1；对任何波长的辐射，吸收率都是 1的物体称为 黑体 。 3.大气对太阳辐射的减弱作用方式 有 吸收 、 散射 和 反射 。 4.当 绝对温度 升高 1倍 时， 绝对黑体的总辐射能力 将增大 16 倍，其放射能力最强所对应的波长就变为原来的 0.5 倍。 5.如果把太阳和地面都视为黑体，太阳表面绝对温度为 6000K，地面温度为 300K，则太阳表面的放射能力是地表面的 160000 倍。 （ 四次方 ） 6.根据 莱蕾分子散射定律 ,散射强度与
14、投射在散射质点上的辐射波长的 四 次方成反比 ；物体表面的温度越高 , 其表面放射能力越强。 7.太阳常数 的数值约为 1367W m-2，当日出时角为 -60时 ,昼长为 8小时。 8.太阳赤纬 在春秋分时为 0，冬至时 为 -23 27。 9.上午 8时的 时角 为 -60，下午 15时的时角为 45。 10.地球公转过程中 ,太阳直射点在地球 南北纬回归 线 之间来回移动。 11.在 地面净辐射方程 B=(Sb+Sd)(1-r)-Ln 中， r 为 地表对太阳辐射的反射率 ,Ln为 地面有效辐射 ， Sb 为 直接辐射 ， Sd为 漫射辐 射 。 12.塑料薄膜覆盖，白天可 透入太阳辐射
15、 ，夜间可以有效的 阻截地面辐射 ，可提高土壤温度。 三、选择题 1.气象学中通常把 大气辐射称为长波辐 射 。 2.在北半球 23.5-66.5 N 纬度间 ,一年中白天最长的一天是 夏至 日。 3.地球公转 时 ,地轴与黄道面 始终保持 66.5 的夹角。 4.随着海拨高度的增加 ,太阳直接辐射增强 ,其光谱中 紫外线 和 蓝紫光 成分增多； 5.可见光谱区主要是指波长（ C）微米的波谱部分。 A、小于 0.38 B、 3-5 C、 0.39-0.76 D、大于 760 6.玻璃温室对太阳 短波 辐射透射率 高 ,对地面 长波 辐射透射率 低 。 7.太阳辐射光谱中具有 最大能量 的波长是
16、 475nm。 8.在中纬地区，只要 坡度 小于中午太阳高度角 ,冬季北坡坡度增加一度 ,所得太阳辐射总量等于水平面（ B）一度处的太阳辐射总量。 A、纬度南移 B、 纬度北移 C、径度东移 D、径度西移 9.辐射的粒子学说认为 ,电磁辐射由许多具有一定 质量 、 能量 和 动量 的微粒组成，这些微粒称为 量子 。 10.夏至日太阳赤纬 为 23 27 。 11.东 坡向上太阳辐射强度最大值出现时间 最早 。 12.根据 维恩定律 ,地球表面辐射具有最大能量的波长约为 10000nm。 13.夏季 ,北京的黑夜比长沙短 ； 冬季 ,南宁的白天比武汉长 。 14.晴朗的天空呈蓝色，是由于大气对太
17、阳辐射中 蓝紫色 光 散射 较多的结果。 15.对光合作用有效的辐射包含在 可见光 中。 16.在大气中放射 、 辐射能力最强的物质是 水汽、水滴和二氧化碳。 17当 地面有效辐射增大 时，夜间地面降温速度将 加快 四、问答题 1.写出 地面净辐射方程式 ,并分析地面辐射平衡的日变化规律及原因。 答：地面净辐射公式为： B=(Sb+Sd)(1-r) Ln。一天中，白天 (Sb+Sd)(1-r) Ln，B0， B为正值；夜间 Sb+Sd =0， B=-Ln， B )，随着纬度的增大，正午 h逐渐减小；在直射点以南的地区，随的增大，正午 h逐渐增大 ； （ 3） 对任何纬度，随太阳直射点的接近，正
18、午 h逐渐增大；随直射点的远离，正午 h逐渐减小。 6.为什么大气中部分气体成分对地面具有“ 温室 效应 ”？ 答：大气对太阳短波辐射吸收很少，绝大部分太阳辐射能透过大气而到达地面，使地面在白天能吸收大量的太阳辐射能而升温。但大气中的部分气体成分，如水汽、二氧化碳等，都能强烈地吸收地面放射的长波辐射，并向地面发射大气逆辐射，使地面的辐射能不致于大量逸出太空而散热过多，同时使地面接收的辐射能增大 (大气逆辐射 )。因而对地面有增温或保暖效应，与玻璃温室能让太阳辐射透过而又阻止散热的保温效应相似，所以这种保暖效应被称为大气的“温室效应”。 五、论述题 1.试论述森林对林地净辐射的影响？ 答：从 林
19、地净辐射方程 入手，阐 述森林对林地净辐射方程中各分量的影响。 2.论述水平地面上 太阳直接辐射的变化 规律。 答：（ 1） 水平地面上太阳直接辐射通量密度日变化规律 ：在晚上水平地面上 太阳直接辐射通量密度为 0，上午随着太阳高度角的增大，水平地面 上太阳直接辐射通量密度增大；中午太阳高度角达最大，水平地面 上太阳直接辐射通量密度也达到最大值；下午随着太阳高度角的降 低，水平地面上太阳直接辐射通量密度也降低；日落后水平地面上 太阳直接辐射通量密度等于 0。 （ 2） 水平地面上太阳直接辐射通量密度年变化规律 ：在一年中，夏季水平 地面上太阳直接辐射通量密度大，冬季水平地面上太阳直接辐射通量
20、密度小，这与太阳高度角随季节的变化有关。 （ 3） 水平地面上太阳直接辐射通量密度随纬度的变化 ：水平地面上太阳直 接辐射通量密度在太阳直射的纬度达到最大，由此向两极递减。这与 太阳高度角随纬度的变化有关。 （ 4） 水平地面上太阳直接辐射通量密度随海拔高度的变化 ：随着海拔高度 的增加，水 平地面上太阳直接辐射通量密度增大，这是因为辐射所经 过的大气路程缩短，大气质量减少，对辐射的消弱作用降低的缘故。 （ 5） 水平地面上太阳直接辐射通量密度随云量的变化 ：随着云量的增多， 水平地面上太阳直接辐射通量密度减小。因为云量增多，对水平地面 上太阳总辐射通量密度的减弱也增强。 3.试述到 达水平地
21、面上的太阳总辐射通量密度的变化 规律？ 答：（ 1） 水平地面上太阳总辐射通量密度日变化规律： 在晚上水平地面上太 阳总辐射通量密度漫射辐射，上午随着 太阳高度角的增大，水平地 面上太阳直接辐射和漫射辐射通量密度增大，总辐射也增大；中午 太阳高度角达最大，水平地面上太阳总辐射通量密度也达到最大值； 下午随着太阳高度角的降低，水平地面上太阳总辐射通量密度也降 低；日落后水平地面上太阳总辐射通量密度等于漫射辐射。 （ 2） 水平地面上太阳总辐射通量密度年变化规律： 在一年中，夏季水平 地面上太阳总辐射通量密度大，冬季水平地面上太阳总辐射通量密 度小，这 与太阳高度角随季节的变化有关。 （ 3） 水
22、平地面上太阳总辐射通量密度随纬度的变化： 水平地面上太阳总 辐射通量密度在太阳直射的纬度达到最大，由此向两极递减。这与 太阳高度角随纬度的变化有关。 （ 4） 水平地面上太阳总辐射通量密度随海拔高度的变化： 随着海拔高度 的增加，水平地面上太阳总辐射通量密度增大，这是因为辐射所经 过的大气路程缩短，大气质量减少，对辐射的消弱作用降低的缘故。 （ 5） 水平地面上太阳总辐射通量密度随云量 的变化： 随着云量的增多， 水平地面上太阳总辐射通量密度减小。因为云量增多，对水平地面 上太阳总辐射通量密度的减弱也增强。 六、计算题 求北纬 28.5 度处夏至日的昼长及上午 9时的太阳高度角。 解：夏至日，纬度 =28.5，太阳赤纬 =23.5，上午 9时时角 =-45 日出时角 cos 0=-tg tg =-tg(28.5)*tg(23.5)=-0.2361， 0=103.7 昼长 =2* 0/15=13.8(小时 ) sinh=sin *sin +cos *cos *cos =sin(28.5)*sin(23.5)+cos(28.5)*cos(23.5)*cos(-45)=0.7601 h=49.5 答：夏至日的昼长和上午 9时的太阳高度角分别为 13.8 小时和 49.5
