气象学复习题.docx

1、气象学复习题第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

2、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；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

3、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，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16.1hP

4、a；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-35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6CO2和水汽能吸收太阳辐射中红外线部分。7.当饱

5、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

6、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。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

7、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2025km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

8、形成，然后通过向下垂直输送，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 / E100，据题意当t =26.3，则：E=34.2hPa， e =17.1hPa；因为U =17.1 / 34.2100=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%，气压为1005.3hPa，求空气的水汽压、绝对湿度

9、、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)=0.0148kg/m3=14.8g/m3；比湿q=0.622*e/P=0.622*20.0/1005.3=0.0124g/g=12.4g/kg；露

10、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：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

11、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

12、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1367Wm-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-2327。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

13、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，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23.5-66.5N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、

14、0.39-0.76 D、大于7606.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2327。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

15、的白天比武汉长。14.晴朗的天空呈蓝色，是由于大气对太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，正午h逐渐增大

16、；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：从林地净辐射方程入手，阐述森林对林地净辐射

17、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 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

18、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

19、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

20、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cos0=-tgtg=-tg(28.5)*tg(23.5)=-0.2361，

21、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第3章 温度一、名词解释：1.热容量：单位体积的物体温度变化1度所需吸收或放出的热量。2.导热率：表示物体传导热量快慢的能力，即1m深度内温差为1度，1秒钟通过1平方米横截面的热量。3.感热通量：地面与大气之间，在单位时间沿铅直方向通过单位面积的热量。4.土壤热通量：单位时间通过单位水平地表面的热量。5.干

22、绝热过程：一团干空气或未饱和的湿空气在作绝热升降运动的过程中，与外界没有热量交换，也没有水相变化的过程。6.湿绝热过程：一团始终保持饱和的湿空气在作绝热升降运动的过程中，与外界没有热量交换，但有水相变化的过程。7.干绝热直减率：在干绝热过程中，气块升降100米温度的改变值。8.湿绝热直减率：在湿绝热过程中，气块升降100米温度的改变值。9.温度(气温)日较差：一日中最高温度(气温)与最低温度(气温)之差。10.温度(气温)年较差：一年中最热月平均温度(气温)与最冷月平均温度(气温)之差。11.日平均温度：为一日中四次观测温度值之平均。12.候平均温度：为五日平均温度的平均值。13.生物学温度：

23、所有对生物生命活动起作用的温度。14.界限(指标)温度:对植物的生长发育有指示和临界意义的温度14.活动温度：高于或等于生物学下限温度的日平均温度。16.活动积温：生物在某一生育期(或全生育期)中，所有活动温度的总和。17.有效温度：活动温度与生物学下限温度之差。18.有效积温：生物在某一生育期(或全生育期)中，所有有效温度的总和。二、填空1.翻犁中耕后,土壤孔隙度增大，热容量减少,导热率减少。2.在地面热量平衡方程B=P+Qs+LE中，P是感热通量,Qs是土壤热通量。LE是潜热通量。3.一般来说，气温日较差随纬度增高而减小，气温年较差随纬度增高而增大。4.一天中，气温最高值出现在14-15时

24、，最低值出现在日出前后。5.一年中最热月在7月，最冷月在1月。6.土温日较差随深度增加而减小，极值(即最高，最低值)出现的时间，随着深度的增加而推迟。7.土壤和大气中热量交换方式主要有分子热传导、辐射、平流、对流、乱流和潜热转移。8.导温率与物质的导热率成正比,与物质的热容量成反比。9.设气温直减率为r,干绝热直减率为rd,对未饱和空气来说,当rrd时,大气层结是不稳定的,当rrd时, 大气层结是稳定的,当r=rd时,大气层结属中性。10.水的热容量比空气的热容量大。水的导热率比空气大。11.粘土的热容量比沙土的要大，粘土的导热率比沙土大。12.土壤的春季增温和秋季的降温比较，沙土春季升温比粘

25、土快，秋季降温沙土比粘土快，沙土温度日较差比粘土要大。13.土壤温度的铅直分布型式有：白天为日射型；夜间为辐射型；上午为早上过渡型；傍晚为傍晚过渡型。14.在对流层中，若1000米的温度为16.5，气温铅直梯度是0.65/百米，到2000米处，温度应是10。15.当rd =1/100m，rm=0.5/100m，r =0.9/100m，则此时的大气层结对干空气是稳定的，对于饱和湿空气是不稳定的。16.我国气温日较差，高纬度地区大，低纬度地区小， 年较差随纬度的升高而增大，且比世界同纬度地区要大。17.土、气、水温日较差，以土表最大，空气次之，水面最小。18.某地某月16日的日均温分别是10.2、

26、10.1、9.9、10.5、10.0、10.2，若某一生物的生物学下限温度为10，则其活动积温为51，有效积温为1。三、选择题1.夜间地面温度低于空气温度时,感热通量方向为（B）A、地面流向空气 B、空气流向地面C、一侧空气流向另一侧空气 D、地面一侧流向地面另一侧2.地面覆盖后,除阴雨天外,各深度的（A）A、日平均土温比未覆盖的高,增降温效应表层比下层小B、日平均土温比未覆盖的低,增降温效应表层比下层小C、日平均土温比未覆盖的高,增降温效应表层比下层大D、日平均土温比未覆盖的低,增降温效应表层比下层大3.凹陷地形气温日较差比凸地为大,干燥土壤气温日较差比湿土为大。4.向上、向下运动的气块,具

27、有返回原高度的趋势,称这时的大气是稳定的大气。5.日平均气温稳定通过15以上的持续时期,称为喜温作物积极生长期。6.晴天，随深度增加，土温日较差减小,位相落后；7.容积热容量的单位是Jm-3-1。8.土温年较差随深度的增加而减小，直到一定的深度,年较差为零；9.我国月平均最高气温大致出现在7-8月。10.日平均气温在0以上的持续时期称为生产期。11.土壤含水量越多,其导热率和热容量越大。12.某作物生物学下限温度10,日平均气温为20，则其有效温度为10。13.当空气层处于逆温状态时,温度直减率r014.大气温度直减率为r,当rrd时,对于未饱和空气来说，大气层结是不稳定的。15.当温度直减率

28、r0时,所表示的大气层结为稳定。16.植物发育对温度最为敏感的时期,往往是植物的温度临界期。17.以0度为起点温度,则0度以上温度的总和称为正积温。18.某时刻土壤温度的铅直分布是随着深度的增加而升高，它属于辐射型。19.地面温度最高时，则是地面热量收支差额等于零时。20.由于水的热容量、导热率均大，所以灌溉后的潮湿土壤，白天和夜间的温度变化是白天升温慢，夜间降温慢。四、问答题1.简述裸地土壤温度垂直变化的四种类型及其特点并绘图.答：日射型：地表温高，向上向下均下降，一般出现在白天； 辐射型：地表温低，向上向下均上升，一般出现在夜间； 上午转变型：土壤上部日射型，下部为辐射型； 傍晚转变型：上部为辐射型，下部为日射型.2.为什么干燥疏松的土壤温度变化剧烈？答：疏松干燥的土壤空气含量多而水分少，土壤热容量小，导热率也小，当土壤得到热量或失去热量时，上层土壤和下层土壤间的热量交换少而慢，白天用于水分蒸发消耗的热量少，夜间水分凝结释放的潜热也小，所以温度变化剧烈。3.地面最高温度为什么出现在午后(13时左右)？答：正午时虽然太阳辐射强度最强，但地面得热仍多于失热，地面热量贮存量继续增加，因此，温度仍不断升高，直到午后13时左右，地面热收入量与支出量相等，热贮存量不再增加，此时地面热贮存量才达到最大值，相应地温度才出现最高值。4.试述