气象学与气候学.docx

1、气象学与气候学第12章1）简述气候系统。答:气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一物理系统。太阳辐射是气候系统的能源。在太阳辐射的作用下，气候系统产生了一系列复杂的过程，这些过程在不同的时间尺度上和不同的空间尺度上有着密切的相互作用，各个组成部分之间，通过物质和能量交换，紧密地结合成一个复杂的、有机联系的气候系统。2）名词解释：天气、气候 、天气系统、天气过程、天气预报、气象要素、辐射通量密度、比辐射率答：天气：某地在某一瞬间或某一短时间内大气状态和大气现象的综合。大气状态：大气的气压、气温和湿度等。大气现象：大气中的风、云、雨

2、、雪等现象。气候：在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动的长期作用下，在某一时段内大量天气的综合。不仅包括该地多年的平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。天气系统：指引起天气变化和分布的高压、低压、高压脊、低压槽等典型特征的大气运动系统。天气过程：天气系统的发生、发展、消失和演变的全过程。天气预报：人们根据对天气演变规律的认识，利用多种观测及模拟手段，对未来一定时期内天气变化作出主、客观的判断。气象要素：气象要素是指表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量和能见度等等。辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能量称辐射通量密度（E），单位

3、是W/m2。比辐射率：物体在温度T，波长处的辐射出射度M1（T，）与同温度，同波长下的黑体辐射出射度M2（T，）的比值。由斯忒藩-波尔兹曼定律可知，比辐射率与同温度、同波长时该物体对电磁波的吸收率相同。比辐射率公式：比辐射率是反映物体热辐射性质的一个重要参数，与物质的结构、成份、表面特性、温度以及电磁波发射方向、波长(频率)等因素有关。 3）哪些自然现象能证实大气圈的存在？答：a. 蓝色的天空。这是由于大气中的一些非常细小物质成分，如气体、粉尘等，它们的直径较阳光的波长小得多，因此，蓝色的散射量较之于其他任何一种颜色能更多地被选择散射。这种散射称瑞利散射。b. 白云。如果形成散射粒子的形状是球

4、形的，而且其直径并不比阳光的波长小，所有的波长都是平均地被散射的，这种散射称迈耶散射。因此，云是白色的。c. 风。有风就说明有物质的存在，因为风是由于大气不同部位的压力差别造成的。如果在真空中就不会有风了。d.流星。流星就是陨石穿过大气层时，由于其速度太快，与大气摩擦产生热使陨石燃烧起来。 否则我们的地球也与月球一样“千疮百孔”。4）大气圈各层的主要物理特性是怎样的？ 答：a. 对流层厚度：平均1113km，赤道1718km，两极89km。质量：约占大气圈质量的75。气温：从下向上是降温的，大气降温率是6.5/km，对流层顶约-83（低纬），高纬（-53）。大气运动：垂直对流运动（地表面的不均

5、匀受热）。成分：几乎全部的水汽、尘埃。大气现象：风、霜、雨、雪、雹、雾等。b.平流层高度：从对流层顶到55km左右。质量：几乎占大气圈质量的25。气温：从下向上是升温的（O3)，到平流层顶可达-3 。大气运动：水平运动。成分：几乎不含水汽、尘埃，存在臭氧层。无天气现象。c.中间层高度：从平流层顶到85km左右。气温：从下向上是降温的，到中间层的顶温度降到-113-83 。大气运动：垂直对流运动。存在一个只有白天才出现的电离层（D）。d.暖层（热层，热成层）高度：从中间层顶到800km。气温：从下向上迅速升温，到500km高空，温度可增至2000K 。存在多层的电离层（E、F、G），也称电离层，

6、可反射无线电波。在高纬度地区上空存在极光。e.散逸层（外层）高度：从暖层顶到外层空间，气温随高度的增加很少变化。物质多以原子、离子状态存在。是地球物质向宇宙空间扩散的部位，大气圈与星际空间的过渡带。5）试述湿度的定义及各种表示湿度的方法。答: a.定义：表示大气中水汽量多少的物理量。大气的湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。b.表示湿度的方法：水汽压（e）：大气中所含水汽产生的压力（mb,hPa）；绝对湿度（a）：单位体积空气中水汽的含量（g/cm3,g/m3）；水汽密度饱和水汽压（E）：在温度一定的情况下，单位体积空气中能容纳的水汽数量有一定的限度，如果水汽含量达到了这个限度，空

7、气就呈饱和状态，这时的空气称为饱和空气。饱和空气中的水汽压，称为饱和水汽压。相对湿度（f）：空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比，表示空气距离饱和的程度。f=e/E100%比湿（q）：在一团湿空气中，水汽质量与该团空气总质量的比值（g/g)。即表示每一克湿空气中含有多少克的水汽。q=mw/(md+mw)水汽混合比（）：一团湿空气中,水汽质量与干空气质量的比值。=mw/md式中，mw为该团湿空气中水汽的质量；md为该团湿空气中干空气的质量。饱和差（d）：某温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。d=E-e露点（Td）：空气中水汽含量不变，在一定的气压下，若使空气达到饱和，只有降温，降到实际水

8、汽压（e）变成饱和水汽压（E），此时的温度称为露点温度，简称为露点。6）试推导虚温的公式，并说明虚温的意义。答：公式推导;教材p20.虚温的意义是：在同一压强下，干空气密度等于湿空气密度时，干空气应有的温度。7）何为辐射？辐射遵循哪些基本定律？答：辐射：自然界中的一切物体，只要其温度在-273以上，都在以电磁波的方式向外放射能量，这种传播能量的方式称为辐射。遵循哪些基本定律：A. 基尔霍夫（Kirchhoff）定律。B. 斯蒂芬（Stefan）玻耳兹曼（Boltzman）定律。C. 维恩（Wein）位移定律。8）试述瑞利散射和米散射的特点和区别。答：瑞利散射与米散射散射粒子的横向几何线度与入射

9、光波长之比很小时（a/l10），散射光强基本上与波长无关，此时的散射称为大粒子散射，可看作是米散射的极限状态。9）到达地面的太阳总辐射由哪两部分组成？试比较二者的不同？答：直接辐射：太阳以平行光线的形式直接投射到地面上。散射辐射：经过散射后自天空投射到地面的。直接辐射：两个主要因子：太阳高度角（太阳高度角越小，等量的太阳辐射散步的面积就越大，地表单位面积上所获得的太阳辐射能就越小。太阳高度角越小，太阳光透过的大气层就越厚，削弱就越强，到达地面的太阳辐射就越小。）和大气透明度（大气对太阳辐射的透射程度，主要影响因素有:水汽、水汽凝结物、尘埃杂质的多少。）散射辐射：影响因素有：太阳高度角、大气透明

10、度、云量。太阳高度角增大时，到达近地面层的直接辐射增强，散射辐射也就相应地增强；大气透明度不好时，参与散射作用的质点增多，散射辐射增强；10）写出地面有效辐射、地面辐射差额、地气系统辐射差额的表达式。答：地面放射的辐射（Eg）与地面吸收的大气逆辐射（Ea）之差，称为地面有效辐射。以F0表示，则F0=Eg-Ea。地面辐射差额：某段时间内单位面积地表面所吸收的总辐射和其有效辐射之差值，称为地面的辐射差额Rg（表示单位水平面积、单位时间的辐射差额）Rg=（Q+q）（1-a）-F0。地气系统辐射差额Rs=（Q+q）（1-a）+qa-F。11）试述绝热变化与非绝热变化的区别与联系。答：空气与外界有热量交

11、换，称为非绝热变化；非绝热变化（六种方式）1、传导。2、辐射。3、对流。4、湍流。5、蒸发凝结（包括升华、凝华）。6、平流空气与外界没有热量交换，称为绝热变化。绝热变化有两个过程：（1）绝热增温过程：气块下降、吸热，温度升高的过程。（2）绝热冷却过程：块上升、放热，气温下降的过程。12）试推导干绝热和湿绝热直减率。答：教材p40.13）什么是位温和假相当位温？答：位温：把各层中的气块循着干绝热的程序订正到一个标准高度：1000hPa处，这时所具有的温度称为位温。假相当位温：当气块中含有的水汽全部凝结降落时，所释放的潜热，就使原气块的位温提高到了极值，这个数值称为假相当位温。14）试述空气温度个

12、别变化、平流变化和局地变化的概念和相互关系。答：（1）个别变化：单位时间内个别空气质点温度的变化dT/dt称作空气温度的个别变化，即空气块在运行中温度随时间的绝热和非绝热变化。（2）局地变化：某一固定地点空气温度随时间的变化称作空气温度的局地变化。（3）平流变化：由于空气的移动所造成的某地温度的变化称为温度的平流变化。（4）空气温。度个别变化、平流变化和局地变化的相互关系：温度的局地变化是平流变化和个别变化之和15）如何通过m，d， 判断大气的层结稳定度？答：（1）d时，大气层结为绝对不稳定，且愈大，愈不稳定；（2）md时，大气层结为绝对稳定，且愈小，愈稳定；（3）me时，蒸发（未饱和），当E

13、=e时，动态平衡（饱和），当Ee时，凝结（过饱和）。（3）若Es 为某一温度下对应的冰面上的饱和水汽压，与以上类似也可得到冰和水汽两相变化和平衡的判据：Ese 升华，Es= e 动态平衡，Ese 凝华。2）饱和水汽压的大小决定于哪些因素？它们如何影响饱和水汽压？答：（1）温度：随着温度升高，饱和水汽压按指数规律迅速增大。（2）蒸发面：同温度下，过冷却水面饱和水汽压大于冰面饱和水汽压；同一温度下，溶液面的饱和水汽压比纯水面要小（E溶E平E凹。3）影响蒸发的因素有哪些？答：（一）水源：没有水源就不可能有蒸发。（二）热源：实际上常以蒸发耗热多少直接表示某地的蒸发速度。（三）饱和差（E-e）：蒸发速度

14、与饱和差成正比。饱和差愈大，蒸发速度也愈快。（四）风速与湍流扩散：无风时，蒸发缓慢；有风时，蒸发加快。4）大气中水汽凝结的条件是什么？达到凝结的途径通常有哪些？答：条件：（1）有凝结核的存在；（2）大气中水汽达到饱和或过饱和状态。途径：（1）通过蒸发，增加空气中的水汽，使水汽压大于饱和水汽压。（2）通过冷却作用，减少饱和水汽压，使其少于当时的实际水汽压。当然也可是二者的共同作用。5）霜和露是如何形成的？说明其形成的有利条件和区域。答：形成：傍晚或夜间，地面或地物由于辐射冷却，使贴近地表面的空气层也随之降温，当其温度降到露点以下，即空气中水汽含量过饱和时，在地面或地物的表面就会有水汽的凝结。当T

15、d 0时，地面或地物上就出现微小的水滴，称为露；当Td E云滴，因此云滴能够由水汽凝结（或凝华）而增长。（2）云滴相互冲并增长：云滴经常处于运动之中，这就可能使它们发生冲并。大小云滴之间发生冲并而合并增大的过程，称为冲并增长过程。大云滴下降速度比小云滴快，因而大云滴在下降过程中很快追上小云滴，大小云滴相互碰撞而粘附起来，成为较大的云滴。云滴增大以后，它的横截面积变大，在下降过程中又合并更多的小云滴。9）名词解释：潜热、辐射雾、平流雾、霜和霜冻、冰晶效应。答：潜热：在水相的转变过程中，还伴随着能量的转换。辐射雾：由地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成。平流雾：是暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却形成的

16、。霜和霜冻：霜冻是指空气温度突然下降，地表温度骤降到0以下，使农作物受到损害，甚至死亡。霜是近地面空气中的水汽达到饱和，并且地面温度低于0，在物体上直接凝华而成的白色冰晶，有霜冻时并不一定是霜。冰晶效应：水汽在冰晶和过冷却水之间的转移现象。第4章1）写出静力学方程和压高方程的表达式，并说明其物理意义。答：静力学方程表达式：-dP=gdZ；气压随高度递减的快慢取决于空气密度（）和重力加速度（g）的变化。重力加速度（g）随高度的变化量一般很小，因而气压随高度递减的快慢主要决定于空气的密度。在密度大的气层里，气压随高度递减得快，反之则递减得慢。压高方程表达式：=eP1，P2分别是高度Z1和Z2的气压

17、值。表示气压是随高度的增加而按指数递减的规律。而且在大气低层，气压递减得快，在高层递减得慢。在温度低时，气压递减得快，在温度高时，递减得慢。2）引起气压变化的原因有哪些？答：1、热力因素。2、动力因素（1）水平气流的辐合与辐散。（2）不同密度气团的移动。（3）空气的垂直运动。大气具有流动性和连续性，一地气压变化的实质就是其上空气柱中大气质量的增多或减少 上空气柱中大气质量的增多或减少。气柱中质量增多了，气压就升高；质量减少了，气压就下降。空气柱质量的变化主要是由热力和动力因子引起。热力因素：地面升温，空气受热膨胀，密度减小，气压下降；地面降温，空气冷却收缩，密度增大，气压升高；动力因素：水平气

18、流的辐合与辐散，空气运动的方向和速度常不一致，这样可能引起空气质量在某些区域堆聚，而在另一些地区流散；不同密度气团的移动：不同性质的气团，密度往往不同。如果移到某地的气团比原来气团密度大，则该地上空气柱中质量会增多，气压随之升高。反之 该地气压就要降低。3）气压场的基本型式有哪几种？并能在等高线图中识别。答：（一）低气压：简称低压，是由闭合等压线构成的低气压区。气压值由中心向外逐渐增高。空间等压面向下凹陷，形如盆地。（二）低压槽：简称槽，是低气压延伸出来的狭长区域。在低压槽中，各等压线弯曲最大处的连线称槽线。气压值沿槽线向两边递增。槽附近的空间等压面类似地形中狭长的山谷，呈下凹形。（三）高气压

19、：简称高压，由闭合等压线构成，中心气压高，向四周逐渐降低，空间等压面类似山丘，呈上凸状。（四）高压脊：简称脊，是由高压延伸出来的狭长区域，在脊中各等压线弯曲最大处的连线叫脊线，其气压值沿脊线向两边递减，脊附近空间等压面类似地形中狭长山脊。（五）鞍形气压场：简称鞍，是两个高压和两个低压交错分布的中间区域。鞍形区空间的等压面形似马鞍。4）温压场对称系统包括哪几种类型？说出各类型的特点。 答：系统中包括暖性高压、冷性低压和暖性低压、冷性高压。暖性高压：高压中心区为暖区，四周为冷区，等压线和等温线基本平行，暖中心与高压中心基本重合的气压系统。由于暖区单位气压高度差大于周围冷区，因而高压的等压面凸起程度

20、随高度增加不断增大，即高压的强度愈向高空愈增强。冷性低压：低压中心区为冷区，四周为暖区，等温线与等压线基本平行，冷中心与低压中心基本重合的气压系统。因为冷区单位气压高度差小于周围暖区，因而冷低压的等压面凹陷程度随高度增加而增大，即冷低压的强度愈向高空愈增强。暖性低压：低压中心为暖区，暖中心与低压中心基本重合的气压系统。由于暖区的单位气压高度差大于周围冷区，所以低压等压面凹陷程度随高度升高而逐渐减小，最后趋于消失。如果温压场结构不变，随高度继续增加暖低压就会变成暖高压系统。冷性高压：高压中心为冷区，冷中心与高压中心基本重合的气压系统。因为冷区单位气压高度差小于周围暖区，因而高压等压面的凸起程度随

21、高度升高而不断减小，最后趋于消失。若温压场结构不变，随高度继续增加，冷高压会变成冷低压系统5）作用于空气质点上的力有哪几种？它们对空气运动分别产生怎样的影响？ 答：作用于空气质点上的力：气压梯度力、地转偏向力（科氏力）、惯性离心力、气压梯度力、摩擦力。气压梯度力：促使空气运动的原始动力。地转偏向力和惯性离心力：假想的力，只改变运动方向，不改变速度的大小。气压梯度力和摩擦力：实力，既改变方向，又改变速度的大小。6）什么是气压梯度？气压梯度力？写出其数学表达式。答：气压梯度：一个向量，垂直于等压面，由高压指向低压，数值等于两等压面间的气压差（P）除以其间的垂直距离（N）。（等压面间的气压差除以其间

22、的垂直距离。可用下式表达：（1赤道度是赤道上经度相差一度的纬圈长度，其值约为111km）。气压梯度力：定义：在气压梯度存在时，单位质量空气所受的力称为气压梯度力。空气产生水平运动的直接原因和动力。公式：式中，是空气密度，是两等压面间的气压差，是两等压面间的垂直距离。7）名词解释：位势高度、地转风、梯度风、热成风、埃克曼螺线、大气环流、急流。答：位势高度：地转风：自由大气中，平直等压线情况下，水平气压梯度力与水平地转偏向力相平衡时，空气的等速、直线水平运动称为地转风。梯度风：在自由大气中，空气质点作曲线运动时，受到G、A、C三个力的共同作用，当三个力达到平衡时的空气运动。热成风：在自由大气中，由

23、于水平温度梯度而引起的上、下层地转风的向量差称为热成风。埃克曼螺线：大气环流：全球大气中的气流对时间或空间的平均状况及其随时间的演变急流：根据热成风原理，水平温度梯度大的区域热成风也大，因此在它的上空必然有一个强风带存在。当风速达到或超过30m/s时，即为急流。8）大气环流形成的主要因素？答：（1）太阳辐射作用（最基本的因子）。（2）地球自转的作用（地转偏向力）。（3）地表性质作用（海陆分布和地形起伏）。（4）地面摩擦作用。 9）画图并说明三圈环流，及其相对应的近地层行星风带、纬圈气压带的形成和分布。答：由于地球的自转，热力驱动的环流产生的空气运动将受到地转偏向力的作用，使运动空气偏离气压梯度

24、力方向。北半球空气向右偏，南半球空气向左偏，并且地转偏向力随着纬度的增高而增大。使极地流向赤道的气流转成东风；使赤道流向极地的气流转成西风；经圈环流变成了纬向环流。第58章1）名词解释：气团、气团变性、锋、冷锋、暖锋、准静止锋、锢囚锋、锋生、锋消、海陆风、季风、冬季风、夏季风、山谷风、峡谷风、雪线。答：气团：指气象要素（主要指温度、湿度和大气静力稳定度）在水平分布上比较均匀的大范围空气团。气团变性：气团的原有物理属性的改变过程。锋：锋是两个性质不同的气团之间的狭窄而又向冷气团倾斜的过渡带。冷锋：冷气团前缘的锋。锋在移动过程中，锋后冷气团占主导地位，推动着锋面向暖气团一侧移动的锋。暖锋：暖气团前沿的锋，锋在移动过程中，锋后暖气团起主导作用，推动着锋面向冷气团一侧移动的锋。准静止锋：冷、暖气团势力相当或有时冷气团占主导地位，有时暖气团又占主导地位，锋面很少移动或处于来回摆动状态的锋。锢囚锋：当冷锋赶上暖锋，或者两条冷锋迎面相遇，两锋间暖空气被抬离地面锢囚到高空，近地面层