(完整版)大气科学概论-习题

第一章
1.地球大气是如何演变的？
原始大气：氢气、甲烷、氨气、水汽
次生大气：二氧化碳、一氧化碳、水汽、甲烷
现代大气：氮气、氧气
2.何为地球系统？
岩石圈、水圈、生物圈、大气圈
3.何为干洁大气？它由哪些主要成分组成？
干洁大气指不含水汽和悬浮颗粒物的大气，其平均分子量为28.966。

（1）按浓度分类：
主要成分：浓度为百分之几，如N2，O2，Ar。

微量成分：浓度在1ppm到0.1%，如CO2， CH4， He ，Ne，Kr，H2O 。

痕量成分：浓度在1ppm以下，如H2，O3，Xe，N2O，NO，NO2，NH3，SO2，CO，人为污染气体等。

（2）按生命时间分类：
定常成分：寿命在100年以上，如N2，O2，和惰性气体。

可变成分：寿命在几年到十几年，如CO2，H2，CH4 等。

快变成分：寿命在1年以下。

如H2O，……
4.试述二氧化碳、臭氧的源及作用。

CO2来源：有机物燃烧，腐烂和生物呼吸；作用：温室气体，植物光合作用原料；
O3来源：20-30km(臭氧层) ；作用：吸收紫外辐射，影响大气温度垂直分布，保护生物；促进大气增温。

5.水汽和气溶胶的来源和作用是什么？
水汽来源：蒸发和蒸腾作用；作用：云和降水的源泉，影响地面、空气温度及大气垂直运动，水循环，联系四圈；
气溶胶来源：自然源和人为源；作用：形成云、雾，降水条件；改变辐射平衡；大气污染，能见度降低；造成光学现象。

6.说明天气和气候的定义和区别，并指出下列问题中哪些是天气性的，哪些是气候性的。

1）室外棒球赛因雨而被取消；
2）今天下午最高气温25℃；
3）我要移居昆明了，那里阳光明媚，四季如春；
4）本站历史最高气温为43 ℃；
5）南京明日天气部分有云。

天气与气候的关系
1. 概念不同:a、天气：某地在某一瞬间或某一段时间内大气状态和大气现象的综合；b、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过程的综合。

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。

2.变化周期不同:a、天气：变化快，周期短；b、气候：变化慢，周期长。

7.试列出与大气相关的四个环境问题，并说明哪些是全球尺度的，哪些是区域尺度的？
8.由理想气体状态方程推导湿空气状态方程。

9.说明虚温的目的和意义。

引入虚温的目的是将大气中所含水汽对比气体常数的影响包含到温度中去，其意义在于同一压强下干空气密度等于湿空气密度时干空气所应具有的温度。

10.在同样的温压条件下，湿空气密度与干空气密度哪个最大？
同温通压下，T )T P e 0.378(1T v >+=，则有d d
d T R P P
e 0.378T(1R P ρρ=<+=） 所以，湿空气密度小于干空气密度。

11. 试列出表示空气湿度的七种参量，并简述其含义。

水汽压e 与饱和水汽压E （水汽压e ：空气中所含水汽的分压力；饱和水汽压E ：某一温度下，空气中的水汽达到饱和时所具有的水汽压。

单位为hPa 。

）
绝对湿度a ：单位体积空气中所含的水汽的质量，即水汽的密度ρw ，单位为g ·m -3 。

相对湿度f ：空气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压之比，常用百分比表示。

饱和差d ：某温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。

比湿q ：湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比，单位为g/g ，g/kg 。

（饱和比湿qs ）
混合比r ：湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比，单位为g/g ，g/kg 。

露点温度Td ：在空气中水汽含量和气压不变的条件下，当气温降低到对水面而言空气达到饱和时的那个温度，简称露点。

12. 比较e 和E 、q 和qs 、T 和Td 的区别。

13. 试说明露点温度为什么可以表示空气中湿度的大小。

在气压一定时，露点高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量愈多，露点愈高，所以露点也是反映空气中水汽含量的物理量。

14. 风向、风速如何表示？
风向：16方位（地面）360º方位（高空）；风速：m ·s-1 ， km ·h-1 ， mile ·h-1
15. 云如何分类？
三族十属二十九类
云 型
低云（<2000m ） 中云(2000—6000m) 高云(>6000m) 层状云
雨层云(Ns) 高层云(As) 卷层云(Cs)卷云(Ci) 波状云
层积云(Sc)层云(St ） 高积云(Ac) 卷积云(Cc) 积状云 积云(Cu)积雨云(Cb)
16. 什么是水平能见度？
水平能见度指视力正常的人，在当时的天气条件下，能从天空背景中看到和辨认出目标物（黑色，大小适度）的最大水平距离。

单位为km ，是判断大气浑浊程度的物理量。

17. 大气按温度结构如何垂直分层，试给出每层上下限的高度。

对流层0-10km 、平流层10-50km 、中层50-90km 、热层90-800km 、外层800km 以上。

18. 对流层的主要特征？
气温随高度增加而降低；垂直对流运动；气象要素水平分布不均匀。

19. 什么是气温垂直递减率？试写出它的表达式，并分别指出当γ＞0 、 γ＜0和γ=0时、气温随高度
的分布情况（在温度—高度图上画出示意图）。

气温垂直递减率：在垂直方向上每变化100米，气温的变化值，并以温度随高度的升高而降低为正值。

γ＞0 表示气温随高度的升高而降低；γ＜0表示气温随高度的升高而升高，这种气层称为逆温层；γ=0表示气温随高度不变，这种气层称为等温层。

第二章
20. 什么是辐射？
自然界中的一切物体，只要其温度在-273℃以上，都以电磁波的方式向四周放射能量，这种传播能量的方式称为辐射。

辐射是能量的一种形式，指物质以电磁波的形式放射的能量。

21. 什么是黑体和灰体？
黑体：若物体对于投射到其上所有波长的辐射都能全部吸收的物体称为绝对黑体。

故有：a=1，r=d=0；若物体仅对某一波长辐射能全部吸收，称为相对黑体。

灰体：a 小于1且不随波长而变化的物体。

若物体不透明,则透射率d=０ ，吸收率a=1-r 。

22. 辐射通量Φ和辐射通量密度E 的概念。

Φ：单位时间内通过某一平面的辐射能，也称为辐射功率，单位为J/s 或W 。

dt
dQ =
Φ E ：单位面积的辐射通量，或是单位面积单位时间内通过的辐射能，单位为W ·m-2。

dt dA dQ dA d ⋅=Φ=E 23. 基尔霍夫定律： 在一定温度下，对某一特定波长而言，任何物体的辐出度与吸收率之比是一个普适
函数，该函数只与温度和波长有关，而与物体的其它性质无关。

即具有选择吸收性：()T E A F T
T ，，，λλλ= E(λ,T)为绝对黑体的分光辐出度，即某一波长范围内的辐出度。

24. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律：黑体的总放射能力E Tb 与它本身的绝对温度T 的四次方成正比。

4Tb T E σ=
25. 维恩定律：黑体单色辐射极大值所对应的波长(λm) 与其本身绝对温度(T)的乘积为一常数。

C T m =λ
26. 大气对太阳辐射的削弱作用有哪些？
1）对辐射的吸收；2）对辐射的反射；3）对辐射的散射。

27. 太阳辐射光谱穿过大气后的主要变化有哪些？
1）总辐射能有明显减弱；2）辐射能随波长分布极不规则；3）波长短的辐射能减弱显著。

28. 大气吸收的特点？
1) 大气吸收太阳能具有选择性，且位于太阳光谱能量较小的区域内。

2) 大气对太阳辐射吸收弱，不是直接加热低层大气的直接热源。

29. 为何晴朗的天空呈蓝色？
晴朗的天空中，云滴、尘埃、雨滴的含量微小，大气主要产生瑞利散射。

而光的波长越短，散射能力越强，故大气主要散射蓝紫光。

所以晴朗的天空呈蓝色。

30. 大气散射如何分类？
分子散射（瑞利散射）：x<<1，a<<λ(气体分子对可见光的散射)
米散射： 0.1<x<50，a ～λ(大气中云滴、尘埃对可见光的散射）
几何光散射：x>50，a>>λ（大雨滴对可见光产生折射、反射现象）
31. 直接辐射的影响因子是?它们是怎样影响直接辐射的？
直接辐射的影响因子：太阳高度角、大气透明度；太阳高度角越大，等量的太阳辐射散布的面积就越小，地表单位面积上所获得的太阳辐射能就越大。

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。

大气透明度用P 表示，P 越大，对直接辐射的影响越小，直接辐射越小，反之，影响越大。

32. 影响散射辐射的因子？
太阳高度角、大气透明度、云量等。

33. 总辐射影响因子及其日变化特征？
太阳高度角、大气透明度、云量等。

总辐射日变化特点：日出以前——只有散射辐射日出以后，太阳直接辐射和散射辐射逐渐增加；中午时，总辐射达到最大值；中午以后，总辐射又按相反的次序变化。

云的影响可以使这种变化规律受到破坏。

34. 地面发射能量的大小主要决定于什么？
主要决定于：地面本身的温度，而温度的高低又决定于地面储存能量的多少。

35.什么是大气窗？大气窗存在的意义？
地面长波辐射在8-12 μm范围中放射能力较强，而水不吸收，臭氧吸收窄，因此此波段全部透过大气层，在高空看地面在此波段开了一个“天窗”，因此此波段称为“大气窗”。

大气窗存在的意义：此波段是地面辐射强区，约占20%，可利用红外辐射观测此波段的辐射强弱，推断地表温度的变化。

36.大气中长波辐射的特点？
大气辐射是漫辐射；长波辐射在大气中传播时，不仅要考虑大气对长波辐射的吸收，还要考虑大气本身的长波辐射；长波辐射可以不考虑散射作用。

37.影响有效辐射的主要因子？
地面温度，空气温度，空气湿度和云况，地表面的性质。

38.有效辐射的日变化？
有效辐射的日变化具有与温度日变化相似的特征。

在白天，由于低层大气中垂直温度梯度增大，所以有效辐射值也增大，中午12-14时达最大；而在夜间由于地面辐射冷却的缘故，有效辐射值也逐渐减小，在清晨达到最小。

当天空有云时，可以破坏有效辐射的日变化规律。

39.有效辐射的年变化？
其年变化与气温的年变化相似，夏季最大，冬季最小。

但由于水汽和云的影响是有效辐射的最大值不一定出现在盛夏。

40.影响地面辐射差额的因子有哪些？
太阳高度角，大气透明度，地面温度，空气温度，空气湿度和云况，地面反射率。

41.地面辐射差额日变化、年变化特点？
1）日变化：一般夜间为负，白天为正，有正值转到负值的时刻一般出现在日出后1h，有正值转到负值的时刻一般在日落前1-1.5h。

2）年变化：夏季为正，冬季为负，最大值出现于较暖的月份，最小值出现在较冷的月份。

42.地面辐射差额的地理分布特征？
年振幅随地理纬度增加而增大。

同一纬度，陆地的年振幅大于海洋。

全球各纬度绝大部分地区地面辐射差额为正值，只有在高纬度和某些终年积雪区才是负值。

43.气温日变化及日较差？
气温日变化最高值出现在午后2点左右，最低值出现在清晨日出左右。

日较差：一天中气温最高值与最低值之差。

与纬度、季节、下垫面、地形有关。

日较差最大的地区在副热带，向两极减小。

夏季>冬季，陆地>海洋，盆地、谷地日较差大，凸出地形日较差小，沙漠>潮湿地区，晴天>阴天。

44.气温年变化及年较差？
气温年变化：中纬大陆气温以7月最高，1月最低；海洋气温以8月最高，2月最低；
年较差：一年中月平均气温的最高值与最低值之差。

高纬大于低纬；同一纬度，陆地大于海洋。

第三章
45.简述影响地面气温的因子。

太阳辐射；水陆加热率差异；洋流影响；高度；地理位置。

46.简述气温的水平分布特点。

1）在全球平均气温分布图上，赤道地区气温高，向两极逐渐降低．这是一个基本持征。

2）7月北半球等温线比1月稀疏，则夏季的南北温差小于冬季。

3）北半球1月陆地上的等温线凸向赤道，海洋则凸向极地，7月完全相反。

4）南半球等温线较平直，遇有陆地的地方，等温线也发生与北半球相类似的弯曲情况。

5）夏季全球最高气温在20°N ，冬季则在5-10°N。

6）北半球冬季最低气温位于东西伯利亚和格陵兰地区，夏季在极地；南半球冬夏都在南极。

47. 如何根据e 判断水相变化？
当e>E 时，空气凝结（空气过饱和）
当e=E 时，空气平衡（空气饱和）
当e<E 时，空气蒸发（空气未饱和）
48. 概念：干绝热过程、湿绝热过程、假绝热过程、位温、假相当位温。

干绝热过程：气块在升降过程中无水相变化，又与外界无热量交换的过程。

湿绝热过程：饱和空气绝热上升中，因饱和而发生冷却凝结，同时释放凝结潜热，加热气块的过程。

位温θ：气块沿干绝热过程移动到一个标准高度：1000百帕时，所具有的温度称为位温。

0.286C R P 1000T P 1000P ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛T =θ
假绝热过程：水汽一经凝结，其凝结物便脱离原上升的气块而降落，而把潜热留在气块中来加热气团，这种过程称假绝热过程。

假相当位温θse ：气块假绝热上升至水汽全部凝结时得到的最大θ值。

49. 试用假绝热过程说明焚风形成原理。

气流越过山脉时，在迎风坡上升冷却，按干绝热直减率降温。

当空气湿度达到饱和状态时，水汽凝结，气温就按湿绝热直减率降低，大部分水分在山前落下，过山顶后，空气沿坡下降，并按干绝热增温，这样过山后，当气流到达地表时，温度高，湿度小，形成一股干热的焚风。

50. 大气稳定度的类型？
稳定：无论上升或下降，最终回到原位；不稳定：加速远离原位。

中性：随欲而安。

51. 大气稳定度的判别？
1）γ越大，大气层结越不稳定；
2）γ<γm<γd 时，或γ=0（<0）时， 大气层结是等温或逆温，绝对稳定；
3）γ>γd 时，无论空气是否饱和，都是不稳定的，绝对不稳定；
4）γm<γ<γd 时，属于条件性不稳定，对饱和空气大气层结是不稳定的，未饱和湿空气大气层结是稳定的。

52. 不稳定能量的类型？
1）不稳定型：在起始高度以上，各高度上的气块温度大于气层的温度，气块才能自由上升。

2）稳定型：在起始高度以上，各高度上的气块温度小于气层的温度，气块只有靠外力被迫上升。

3）潜在不稳定型
53. 影响正不稳定能量大小的因素？
1）γ越大（降温）：正不稳定能量面积增大；
2）湿度大：凝结潜热多，γm 小，正不稳定能量面积增大。

所以只有增大正不稳定能量面积，才有利于对流的快速发展。

第四章
54. 概念：位势高度
位势高度，就是把单位质量的物体从海平面抬升到Z 高度时，克服重力所作的功，其单位是位势米。

55. 天气图分类？
地面天气图（用于分析某大范围地区某时的地面天气系统和大气状况的图）、高空天气图（也称高空等压面图或高空图。

用于分析高空天气系统和大气状况的图）、辅助天气图（热力学图表、剖面图、变量图等）。

56. 等压面的空间特点？
空间等压面不是一个平面，而是一个曲面或一个倾斜的面；等压面上凸，代表是高压的空间形状；等压
面下凹，代表是低压的空间形状。

57.气压场的基本形式？
低压、低压槽、高压、高压脊、鞍形气压场。

58.气压场的空间结构？
根据气压场和温度场的配置关系，主要有以下系统。

（一）深厚的对称系统
温度场中的冷、暖中心
气压场中的低、高压中心
（二）浅薄的对称系统
温度场中的冷、暖中心
气压场中的高、低压中心
59.概念：气团、气团变性、锋、冷锋、暖锋、准静止锋、锢囚锋、寒潮、台风、雷暴、龙卷
气团：气象要素（主要指温度、湿度和大气静力稳定度）在水平分布比较均匀的大范围空气团。

气团变性：气团形成后，当它离开源地移到另一地区时，由于下垫面性质以及物理过程的改变，使气团的物理属性发生变化，这种气团物理属性改变的过程称为气团变性。

锋：冷暖两种不同性质的气团相遇时，在两气团之间存在一个过渡带，其间气象要素发生剧烈改变，称该过渡带为锋。

冷锋：锋面在移动过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动。

暖锋：锋面在移动过程中，暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动。

准静止锋：冷暖气团势力相当，锋面很少移动，有时冷气团占主导地位，有时暖气团占主导地位，使锋面处于来回摆动状态。

锢囚锋：当三种冷暖性质不同的气团（如暖气团、较冷气团、更冷气团）相遇时，可以产生两个锋面，前面是暖锋，后面是冷锋，如果冷锋移动速度快，追上前方的暖锋，或两条冷锋迎面相遇，并逐渐合并起来，使地面完全被冷气团所占据，原来的暖气团被迫抬离地面，锢囚到高空，这种由两条锋相遇合并所形成的锋称为锢囚锋。

寒潮：当盘踞在高纬度地区上空的冷空气，突然离开源地，大规模南移时，所经之地产生大风、剧烈降温、霜冻等灾害性天气，这种大范围的强烈冷空气活动，称为寒潮。

台风：发生在热带海洋上，近中心最大持续风速达12级以上，具有暖中心结构的强烈气旋性涡旋,总是伴有狂风暴雨,常给受影响的地区造成严重的灾害。

雷暴：是由旺盛积雨云所引起的伴有闪电、雷鸣和强阵雨的局地风暴。

龙卷：从雷暴云底向下伸展并且到达地面的漏斗状涡旋云柱叫做“龙卷”。

60.气团的形成条件是什么？
1）大范围性质比较均匀的下垫面；
2）适合的环流条件。

61.什么因子会使气团变性？
1）下垫面性质差异；
2）离开源地时间长短；
3）空气运动状态变化。

62.影响我国的气团是哪些气团？
影响我国的气团：变性气团
冬半年：极地大陆气团、热带海洋气团、北极气团
夏半年：西伯利亚气团与热带海洋气团交绥，热带大陆气团，赤道气团
春季：西伯利亚气团与热带海洋气团相当
秋季：变性西伯利亚气团主导
63.按锋在移动过程中冷暖气团所占的主次地位，锋可分为哪几类？
暖锋、冷锋、准静止锋、锢囚锋
64.锋面附近气象要素特征？
1）温度场：a、锋区内的水平温度梯度大b、锋区有逆温现象；
2）气压场：锋线位于低压槽中，等压线通过地面锋线时，呈气旋式（逆时针）弯折，折角指向高压；
3）风场：锋线附近的风场具有气旋性切变。

65.锋面天气的影响因素是什么？
锋面坡度大小；锋附近空气垂直运动状态；气团含水量和稳定度等因素。

66.温带气旋的天气特点是什么？
气旋前方有暖锋天气特征，有连续性降水天气。

气旋后方有冷锋后冷气团的天气特征。

有比较狭窄的冷锋云系和降水天气。

气旋中部是暖气团天气。

67.温带反气旋的天气特点是什么？
势力强大、影响范围广泛，往往给活动地区造成降温、大风和降水，甚至寒潮。

68.寒潮的天气特点是什么？
大风：最大风速在寒潮冷锋过境3小时左右。

降温：气温猛降、引起霜冻、结冰。

降水：主要产生在寒潮冷锋附近。

69.副热带高压的天气特点是什么？
中心：下沉气流强，晴朗少云，风力弱，炎热。

西北、西：气流来自低纬，潮湿、温暖，上升气流强，云雨区广，有时是雷雨天气，北侧与西风带相邻，常有气旋、锋面气旋活动。

西南：受东风气流影响，天气较好，当有热带天气系统出现时，产生成片的云雨，有时出现大风、暴雨等恶劣的天气。

东南、东：受偏北、偏东气流的影响，较冷，以下沉气流为主，多晴朗少云的天气。

70.西太平洋副高的活动规律及对我国东部地区天气影响？
冬季位置最南，夏季最北，从冬到夏向北偏西移动，强度增大；夏至冬则向南偏东移动，强度减弱。

71.热带气旋分类？
热带低压—风力6~7级；热带风暴—风力8~11级；强热带风暴—风力10~11级；台风（飓风）—风力≥12级。

72.台风生成源地？
台风大多数发生在南、北纬5-20度的海水温度较高的洋面上，主要发生在8个海区，即北半球的北太平洋西部和东部、北大西洋西部、孟加拉湾和阿拉伯海5个海区，南半球的南太平洋西部、南印度洋西部和东部3个海区。

73.台风结构？
其低层按辐合气流速度大小分为三个区域：
1）外圈，又称大风区，自台风边缘到涡旋区外缘，半径约200-300km，其主要特点是风速向中心急增，锋利可达6级以上。

2）中圈，又称涡旋区，从大风区边缘到台风眼壁，半径约100km，是台风中对流和风、雨最强烈的区域，破坏力最大。

3）内圈，又称台风眼区，半径约5-30km。

多呈圆形，风速迅速减小或静风。

74.台风形成的天气？
1）外螺旋云带，由层积云或浓积云组成，云带常常被高空风吹散成“飞云”。

2）内螺旋云带，由数条积雨云或浓积云组成，直接卷入台风内部，并有降水形成。

3）云墙，由高耸的积雨云组成的围绕台风中心的同心圆状云带，形成狂风、暴雨等恶劣天气。

4）眼区，气流下沉，晴朗无云天气。

75.西太平洋台风移动路径的分类？
其移动路径大体有三条
1）西移路径：当北太平洋高压脊呈东西走向，而且强大、稳定时，或北太平洋副高不断增强西伸时，台风从菲律宾以东洋面向西移动，经过南海在我国海南岛或越南一带登陆。

2）西北路径：当北太平洋高压脊线呈西北-东南走向时，台风从菲律宾以东洋面向西北方向移动，穿过琉球群岛，在我国江浙或横穿台湾海峡在浙、闽一带登陆。

这条路径对我国影响范围较大，尤其华东地区。

3）转向路径：北太平洋副高东退海上时，台风从菲律宾以东海区向西北方向移动，然后转向东北方向移去，路径呈抛物线型。

对我国东部沿海地区及日本影响较大。

76.天气预报按时效不同，可分为哪几类？
1）甚短期预报（1—12小时），包括0—2小时的临近预报
2）短期预报（1—2天）
3）中期预报（3—10天）
4）长期预报（11天—1年）
5）超长期预报（1年以上）
计算题
77.某湿空气的气压为1000百帕，温度为27.0℃，水汽压为20百帕，试求此气块的干空气密度和水汽
密度。

78.如果一块30 ℃的空气的比湿为19.6克/千克，求它的虚温；如果湿空气的总压强是1014百帕，求
它的密度是多少？
79.已知某气块的温度为25 ℃，气压为1080百帕，相对湿度为65%，饱和水汽压为31.77百帕，求该
气块的水汽压、绝对湿度、比湿的大小。

80.初始温度为27℃的干空气微团，从1000hPa绝热上升到500hPa时，它具有的温度是多少摄氏度？
81.近地层空气微团的气压、温度、比湿分别是1000hPa、25℃、16.3g/kg，试计算抬升凝结高度。

（lg4.29=0.63）
82.有一未饱和湿空气及一座高3000m的高山，已知初始气温为20℃，露点温度为15℃，试问：
凝结高度等于多少？
在山顶处的温度等于多少？
在背风山脚处的气温等于多少？
（假设：γm=0.5℃/100m，凝结出的水全部降掉）。

83.未饱和气块的起始气压P0=1000hPa，温度T0=280K。

该气块绝热上升了600m，比湿q=2.5g/kg，试计
算该处的水汽压。

（0.2860.98≈ 0.93）。