气象学复习资料

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气象学复习资料
一.名词解释
干洁大气:除去了水汽和各种悬浮的固体与液体微粒的纯净大气，称为干洁大气。

下垫面：指与大气底部相接触的地球表面,或垫在空气层之下的界面。

如地表面、海面及其它各种水面、植被表面等。

气象要素:构成和反映大气状态的物理量和物理现象,称气象要素。

主要包括气压、气温、湿度、风、云、能见度、降水、辐射、日照和各种天气现象等。

辐射：物体以发射电磁波或粒子的形成向外放射能量的方式。

由辐射所传输的能量称为辐射能,有时把辐射能也简称为辐射。

太阳高度角：太阳光线与地平面的交角。

是决定地面太阳辐射通量密度的重要因素。

在一天中，太阳高度角在日出日落时为０，正午时达最大值。

太阳方位角：太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的交角。

以正南为0,从正南顺时钟向变化为正,逆时针向变化为负，如正东方为-９0°，正西方为9０°。

可照时间:从日出到日落之间的时间。

光照时间:可照时间与因大气散射作用而产生的曙暮光照射的时间之和。

太阳常数：当地球距太阳为日地平均距离时，大气上界垂直于太阳光线平面上的太阳辐射能通量密度。

其值为1３67瓦•米-2。

大气质量数:太阳辐射在大气中通过的路径长度与大气铅直厚度的比值。

直接辐射:以平行光线的形式直接投射到地面上的太阳辐射。

总辐射：太阳直接辐射和散射辐射之和。

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。

大气逆辐射:大气每时每刻都在向各个方向放射长波辐射，投向地面的大气辐射，称为大气逆辐射。

. 地面有效辐射:地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差，即地面净损失的长波辐射。

地面辐射差额:某时段内,地面吸收的总辐射与放出的有效辐射之差。

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。

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。

日平均温度:为一日中四次观测温度值之平均。

即
Ｔ
平均= (Ｔ
０2
+T
0８
+T
14
+T
20
）÷4。

候平均温度：为五日平均温度的平均值。

活动温度：高于生物学下限温度的温度。

活动积温:生物在某一生育期（或全生育期)中,高于生物学下限温度的日平均气温的总和。

有效温度:活动温度与生物学下限温度之差。

有效积温：生物在某一生育期(或全生育期)中，有效温度的总和。

逆温:气温随高度升高而升高的现象。

辐射逆温:晴朗小风的夜间，地面因强烈有效辐射而很快冷却，从而形成气温随高度升高而升高的逆温。

活动面(作用面）:凡是辐射能、热能和水分交换最活跃,从而能调节邻近气层和土层温度或湿度状况的物质面。

容积热容量：单位容积的物质，升温１℃，所需要的热量。

农耕期:通常把日平均温度稳定在0℃以上所持续的时期，称为农耕期。

逆温层：气温随高度升高而升高的现象,称为逆温现象。

发生逆温现象的气层，称为逆温层。

三基点温度：是指生物维持生长发育的生物学下限温度、上限温度和最适温度。

饱和水汽压(E）:空气中水汽达到饱和时的水汽压。

相对湿度（Ｕ):空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比。

饱和差（ｄ)：同温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。

):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。

露点温度(ｔ
ｄ
降水量:从大气中降落到地面,未经蒸发、渗透和流失而在水平面上积累的水层厚度。

干燥度:为水面可能蒸发量与同期内降水量之比。

农田蒸散:为植物蒸腾与株间土壤蒸发的综合过程。

降水距平：是指某地实际降水量与多年同期平均降水量之差。

降水变率=降水距平/多年平均降水量×１0０%
辐射雾：夜间由于地面和近地气层辐射冷却,致使空气温度降低至露点以下所形成的雾。

低气压：又称气旋，是中心气压低，四周气压高的闭合气压系统。

ﻫ高气压:又称反气旋,是中心气压高，四周气压低的闭合气压系统。

地转风:当地转偏向力与气压梯度力大小相等，方向相反达到平衡时,空气沿等压线作直线运动所形成的风。

ﻫ季风:大范围地区的盛行风向随季节而改变的风,其中1月和7月风向变换需在12０°以上。

海陆风:在沿海地区，由于海陆热力差异，形成白天由海洋吹向陆地,夜间风由陆地吹向海洋，这样一种昼夜风向转变的现象。

山谷风:在山区,白天风从谷地吹向山坡,夜间由山坡吹向山谷这样一种以日为周期的地方性风。

ﻫ焚风:气流越山后在山的背风坡绝热下沉而形成的干而热的风。

标准大气压:温度为0℃，在纬度４5°的海平面上的大气压力，其值为101３.２hPa。

ﻫ气：一定地区短时间内各种气象要素的综合所决定的大气状态。

天气过程：各种天气系统随时间和空间的变化过程。

气团：大范围内水平方向上各种物理属性比较均匀,铅直方向上变化比较一致的大块空气。

暖锋:由暖气团推动冷气团并向冷气团一方移动的锋。

冷锋：由冷气团推动暖气团并向暖气团一方移动的锋。

静止锋：当冷暖气团相遇时,势均力敌，或由于地形的阻滞作用，移动缓慢或在原地来回摆动的锋。

气旋:又称低压,是一个中心气压低，四周气压高的空气涡旋。

在北半球,气旋内气流反时针自外向内辐合。

反气旋:又称高压，是一个中心气压高,四周气压低的空气涡旋。

在北半球，反气旋内气流顺时针自内向外辐散。

霜冻：在作物生长季节里，由于土壤表面、植物表面以及近地表气层的温度降低到0℃以下,引起作物遭受的冻害。

平流霜冻:由于寒潮或较强冷空气入侵而出现的霜冻。

.寒露风:我国南方双季晚稻抽穗开花时所遇到的低温冷害天气。

寒潮：是指势力强大的冷高压南下,使所到之处产生剧烈降温、冻害和偏北大风的天气过程。

国家气象局对寒潮的一般定量标准:一次冷空气入侵,使该地气温在24小时内下降10℃以上，同时最低温度在５℃以下。

干旱:是指在农业技术水平不高的条件下,作物需水量与土壤供水量在相当长时间内失去平衡，使作物生长发育受到危害，造成产量下降的灾害性天气。

干热风:是指高温、低湿，并伴有一定风力的大气干旱。

梅雨：平均每年6月上旬至7月中旬，我国宜昌以东的江淮地区，出现的阴雨连绵天气,此时正值江淮梅子成熟，故称这时期的降水为梅雨。

气候:是指一地多年时期内的大气统计状况。

大气统计状况是用气候要素（温度、降水、风等)的平均值或统计量来表示。

气候相似：是德国学者马依尔为了充分利用气候资源提出的学说，即将植物从一地区移植到另一地区，需要严格遵守地区之间的气候相似。

天文四季：是根据地球环绕太阳公转的位置而划分的四季。

如农历以“四立”为四季之始,“两分两至”为四季之中。

阳历以“两分两至”为四季之始，春分~夏至为春季，夏至~秋分为夏季，秋分~冬至为秋季,冬至～春分为冬季。

气候四季：又称温度四季。

是以候平均温度为划分指标,候均温低于１０℃为冬季,高于22℃为夏季,介于10～2２℃之间为春季或秋季。

气候异常：是指某些气候要素偏离气候常年平均而出现的极端值。

如某年的某时段内降水量超出多年同期内平均降水量，出现降水量异常，而发生水涝灾害。

"农业气候相似”原则:是指将作物(或牲畜)从一地区引进到另一地区,必须考虑满足其生长发育和产量形成的气候条件相似。

小气候：在局部地区内，由于下垫面性质和状况的不同而引起近地气层与土壤上层小范围的特殊气候。

农田小气候：是以农作物为下垫面的小气候。

它是农田贴地气层、土壤耕作层同作物群体之间物理与生物过程相互作用的结果。

坡地小气候:由于坡向坡度的不同,坡地上的可照时间和太阳辐射强度差别很大,因而获得太阳辐射总量也不同所形成的小气候。

非独立小气候：既受到本身下垫面影响又受到周围下垫面条件影响的小气候
二．计算题
任意时刻太阳高度角的计算
根据公式Siｎｈ＝sｉnφsiｎδ＋ｃosφcoｓδcoｓω
大致分三步进行:
(1）计算时角ω,以正午时为0°，上午为负，下午为正,每小时1５°；如以“度”为单位,其计算式是ω＝（t－12）×１5°其中t为以小时为单位的时间；如以“弧度”为单位，则ω＝(ｔ－1２)×２π/2４建议计算时以角度为单位。

(2) 计算ｓinh值(所需的δ值可从教材附表3中查到,考试时一般作为已知条件给出)。

(3) 求反正弦函数值h,即为所求太阳高度角。

正午太阳高度角的计算ﻫ根据公式：
ｈ=９0°-φ+δ
进行计算；特别应注意当计算结果h>９０°时,应取补角(即用１80°-h作为太阳高度角）。

也可根据
h=90°－|φ-δ｜
进行计算，就不需考虑取补角的问题(建议用后一公式计算)。

还应注意对南半球任何地区，φ应取负值;在北半球为冬半年(秋分至春分）时，δ也取负值。

ﻫ例计算当太阳直射20°S时(约11月
2５日)在40°S 的正午太阳高度角。

ﻫ解：已知φ= -4０°(在南半球) δ=-２0°ﻫ∴h=９０°－(-4０°)＋（-２0°)＝110°ﻫ计算结果大于９0°,故取补角， 太阳高度角为：ｈ=18０°-110°=70°ﻫ也可用上述后一公式直接得ﻫ
计算水平面上的太阳直接辐射通量密度
根据公式： Ｒｓｂ=R sc •a m ｓi ｎh 大致分三步进行计算:ﻫ（1) 计算太阳高度角的正弦si ｎｈ （参看第1,2两部分)。

（２) 计算大气质量数,一般用公式 m ＝1/sinh ﻫ(３） 计算R ｓb 例１ 计算北京(取φ=４0°N)冬至日上午1０时水平面上的太阳直接辐射通量密度(设Rsc=1367瓦•米-2 ，a ＝０.８）。

解:已知φ=４０°，δ=－２3°27'(冬至日)，ω=－３0°ﻫsinh=sin4０°ｓin （－23°27') + ｃo ｓ40°ｃo ｓ（-23°27') cos(－30°)=0.３52825 m=1/s ｉnh ＝1/0．35２8２5=2.83４3ﻫ∴Ｒsb =R ｓc •ａｍ ｓi ｎh ＝1367×0．82．8343×0.3５28２5=２56.25 （瓦•米－2 )
例2 计算武汉(φ为30°Ｎ)在夏至日正午时的太阳直接辐射通量密度(已知ａ=0．８)。

ﻫ解:已知φ＝30°,δ＝2３°2７＇，
正午太阳高度角为h=9０°－φ－δ＝90°－3０°-23°２7'=83°２７'
m=１/ｓin ｈ=1.006５7
R ｓb =Ｒsc •a m si ｎh=１367×0．81.00６57 ×sin83°２7＇=1084.87 (瓦•米-2) 例3 当太阳直射南半球纬度18°时，试求我国纬度４2°处地面上正午时的直接辐射通量密度（已知大气透明系数为0.７，太阳常数为136７瓦•米-2)。

ﻫ解：已知φ=４2° δ＝－18° a=０.7 正午时：h=９０°－φ＋δ=90°－４2°－１8°=3０° m=1/ｓinh=1/sin30°=2ﻫＲsb ＝Ｒｓc •a ｍ sinh=1367×(0．７)2 s ｉn30°＝334．9 (瓦•米-2 ) ５. 某地夏季(6－8月)各月降水量及平均温度资料如下表：
月 份 6 ７ 8
降水量(毫米） 209．5 15６．2 1１
9．4
平均温度（℃) 2５.7 28．8 28.3
试求夏季干燥度，并说明其干湿状况。

解： K=0.16∑T ≥10 / R
＝0．16(30×2５.7+31×28．8+31×28．3)÷(209.5＋156.2+１
19.４)
=0.１6×(77１+８92．8+8７7.3)/(2０9.5+15６.2+119.4）
=(0.16×2５41.1) / ４85.1=０．84
K<0．９９ 故为湿润状态。

1. 一登山运动员，从海拔500m ，气温为25℃处开始登山。

当他到达高度Z １ 处时,气压比出发时减少了1/5,气温为１3℃。

他继续往上走，到Z ２ 处时,气压比Z 1 处又减少了1／5,气温为-１℃。

试问Z 1 、Z ２ 处的海拔高度各为多少？ 解：已知开始登山时Z 0 =500m , ｔ０ =25℃， 到Z 1 高度t1 ＝13℃，Ｚ２ 处t 2 ＝-1℃ 设开始登山时的气压为P 0， 则Z 1 处气压P 1 =(1-１/５)P 0=４/５P ｏ, Z 2 处气压为P ２ =４/5Ｐ1 由拉普拉斯压高公式得: Z １ -Z o =18４00(1＋αt m ）1gP 0 /P 1 Ｚ1 ＝500＋184００［1+1/273×(2５+３)/2］1g ［P 0 /(4/5P 0 )] =2407ｍ Z 2 =240７+１8400[１+1/273×(13－1)/2]1g[P 1 /(4/5P 1 ）］ ＝4229m 答：Z １ 、Z 2 处的海拔高度分别为24０7m 和４229ｍ。

2. 一块温度为20℃、露点温度为１5℃的空气从海平面开始翻越一座2５00m 的高山， 忽略空气作绝热变化时露点温度的变化,试计算该空气块翻山后到达背风坡海平面时的温度、露点温度和相对湿度(取湿绝热直减率r m =0.5℃/100ｍ)。

解：已知山脚时t=20℃， t d =15℃, 山高2500ｍ 当空气块刚开始越山时,按ｒd 上升, 到50０ｍ高度处下降了5℃,气温为1５℃。

此时空气达到饱和,即凝结高度为500m 。

由5０0m 向上，按r m 上升,
到山顶时的气温为t=１5-（2500－5０0)×0．５/100=5℃,
此时空气仍为饱和状态,水汽压等于５℃下的饱和水汽压，查表得：e =Ｅt＝5 =8．7hＰａ
空气块下降时,气温按ｒd增加,到山脚时的气温为
t＝５+25０0×１/100＝３0℃
若设下降过程中没有水汽的损失,到山脚时的水汽压仍为山顶时的水汽压。

ｅ＝8.7hPａ，t d＝5℃
Ｕ=ｅ／E×１00%=8.7/42.5×100％=20．5%
答:到山脚时的温度、露点温度、相对湿度分别为30℃，5℃和20.5％。

3.某时刻在武汉（30°N)高空５０0ｈPａ的高度上气温为－3.０℃,气压从南向北每1km降低０.0１hPa，若不考虑摩擦力的影响，试求风向风速(已知干空气的比气体常数为2８7J·K-1·ｋg-1,地球自转角速度为7.2９２1×1０-5 s-１ )。

解:已知φ=３0°,P＝5０0hPa, T=-3.０℃=(27３-3)K=270K,
ｄp/dn＝0．01ｈPa／km=０.001Ｐａ/m,
R＝28７J·Ｋ-1·kg-1，ω=7．2９２1×10－5 s-1
空气密度ρ=P/（RＴ）=5０0×1００/（287×270)=0.６4524kg/m3
气压梯度力的大小为 |G|=ｄｐ/dn/ρ=0．0０15498N／kg
高空风为气压梯度力与地转偏向力达平衡时的地转风,即
｜Ｇ|=2ωVsinφ
所以风速为 V=｜G|/（2ωsｉｎφ）=0．００154９8/(2×7.2921×10-5×siｎ3０°)＝2１．3m/s 根据风压定律,风速为西风(即自西吹向东)。