大气的热能和温
气象学与气候学思考题
气象学与气候学思考题第一章引论1．气候系统气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈、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的物理体系。
2．大气圈可分为哪些层？对流层有何重要特征？大气圈可分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
对流层的特征：①气温随高度的增加而降低。
②垂直对流运动显著。
③气象要素水平分布不均。
3．什么叫露点、降水、降水量？①在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却到饱和时的温度，称为露点温度，简称露点（T d）。
其单位与气温相同。
②降水是指从天空降到地面的液态或固态水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等（但露不属于降水）。
③降雨量是指降水落到地面后（固态降水则经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水边面上积聚的深度，降水量以毫米为单位。
4．写出干空气状态方程并阐明其意义。
①干空气状态方程为P=pR d T,其中第二章大气的热能与温度1．什么叫太阳常数？就日地平均距离来说，在大气上界，垂直于太阳光线的1cm2面积内，1分钟内获得的太阳辐射能量，称太阳常数，用I0表示，多取I0=1370W/m2.2．什么叫太阳辐射光谱？其能量是如何分布的？①太阳辐射中辐射能按波长分布，称为太阳辐射光谱。
②太阳辐射能量主要分布在在可见光区，占太阳辐射总量的50%，其次是红外区，占总能量的43%，而紫外区的太阳辐射能很少，只占总能量的7%。
3．大气对太阳辐射的削弱方式有哪几种？为何雨后天晴时的天空特别蓝？①大气对太阳辐射的削弱方式有吸收、散射、反射三种。
②雨后天晴时的天空特别蓝是因为空气中杂质、水汽等凝结物少，基本上是属于分子反射，而太阳辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射。
4．为何有云的夜晚气温比较高？有云的夜晚气温比较高是因为云能强烈吸收地面辐射并且能反射回地面，也就是大气的逆辐射，因此，当天空有云，特别是浓密的低云时，逆辐射就更强了。
5．写出泊淞方程，并说明其物理意义。
大气的受热过程和气温课件
目录
• 大气的受热过程 • 大气的气温变化 • 大气中的热量传输 • 大气中的能量平衡 • 大气中的温室效应
01
大气的受热过程
太阳辐射的传
太阳辐射是太阳以电磁波的情势向外发送的能量，它是地球大气的主要能量来源。
太阳辐射在传输过程中，会受到大气中气体分子和蔼溶胶粒子的吸取和散射作用， 导致太阳辐射强度随高度增加而减小。
太阳辐射的传输方式主要包括直接辐射、漫射辐射和反射辐射。
大气对太阳辐射的吸取
大气中的气体分子和蔼溶胶粒子 能够吸取太阳辐射能量，其中水 汽、二氧化碳和臭氧是主要的吸
取气体。
吸取作用会导致太阳辐射能量减 少，从而影响大气的温度和化学
组成。
吸取作用对不同波长的太阳辐射 有不同的影响，导致大气温度和 化学组成在垂直方向上出现差异
温室效应增强
大气中温室气体浓度增加导致温室效应增强，进而影响全球气候 。
极端气候事件增多
能量平衡的破坏可能导致极端气候事件如暴雨、干旱、台风等增多 。
冰川融化与海平面上升
能量平衡的破坏可能导致冰川融化，进而导致海平面上升。
05
大气中的温室效应
温室效应的定义和原理
温室效应定义
大气层能够让阳光透进来照射地面， 禁止地面热量散发出去的自然现象。
甲烷
对红外辐射有强吸取力，但含量相 对较少。
温室效应的影响和应对措施
影响
全球气候变暖、海平面上升、极端气候事件增多等。
应对措施
减少温室气体排放、提高能源效率、发展可再生能源、植树造林等。
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热辐射的传输不受物质的阻挡，可以穿越空间和透明介质。在大气中，太阳辐射 通过短波辐射的情势被大气吸取、反射和散射，进而量平衡的原理
气候气象学
K λT = I λT / IλTb
精品资料
设内壁放出(fànɡ chū)的黑体辐射为 IλTb 非黑体的辐射强度为 IλT，吸收率为 K λT (<1)
内壁与非黑体之间将达到(dádào)辐射平衡，或：内壁支出与收入相 等
IλTb = IλT + (1- K λT ) IλTb
K λT = I λT / IλTb
精品资料
臭氧(chòuyǎng)：量少，但吸收强；平流层； 曲线2 0.2~0.3μm，强；0.6 μm，
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• 氧：＜0.2μm，0.69 μm、0.76 μm • 二氧化碳(èr yǎng huà tàn)：弱， 4.3μm， • 杂质：量甚微
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• 大气对太阳辐射吸收的特点（？） • （1）选择性，穿过大气的太阳辐射光
且有不同的频率，因而发出各种不同波长 的电磁波。
精品资料
• 自然界中的一切物体都以电磁波的方 式向四周放射能量。
• 辐射就是以各种各样(ɡè zhǒnɡ ɡè yànɡ)电磁波的形式放射或输送能量。
• 由辐射传播的能量称为辐射能，也简 称辐射。
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电磁波的波长(bōcháng)范围很广：10-10μm ~ km
由黑体的辐射强度求得其表面温度。
精品资料
3.维恩位移(wèiyí)定律
• 黑体最大放射能力所对应的波长与其(yǔqí) 绝对温度成反比
• λmT=C ， C—常数
精品资料
• λmT=C ， C—常数 • 表明：物体(wùtǐ)的温度愈高，其辐射能
力极大值所对应的波长愈短；物体(wùtǐ) 的温度愈低，其辐射能力极大值所对应的 波长愈长。 • 当T=6000K时， λm=0.475微米，相当于青 光部分。
气象学名词解释
第一章1.气象学：研究大气圈中大气现象和过程，探讨其演变规律，并直接或间接用之于指导生产实践为人类服务的科学。
2.大气圈：在地球引力作用下聚集在地球周围的气体圈层。
3.气候学：研究气候形成、分布和变化的科学。
4.天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（如气温、湿度、压强等）和大气现象（如风、云、雾、降水等）的综合。
天气过程是大气中的短期过程。
5.气候：在是太阳辐射、大气环流、下垫面和人类活动在长时间相互作用下，某一时段内大量天气过程的综合。
6.气候系统：一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰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的物理系统。
7.温室效应：一些温室气体对太阳辐射吸收甚少，强烈吸收地面辐射，同时又向周围空气和地面放射长波辐射而使空气和地面增温的效应。
8.气溶胶粒子：悬浮着的多种固体微粒和液体微粒的统称。
9.液体微粒：指悬浮于大气中的水滴和冰晶等水汽凝结物。
10.气压：大气的压强。
静止大气中任意高度上的气压值等于其单位面积上所承受的大气柱的重量。
11.标准大气压：温度为0℃、纬度为45°的海平面气压值。
12.大气湿度：表示大气中水汽量多少的物理量。
13.大气压力：大气中各种气体压力的总和。
14.水汽压：大气中的水汽所产生的那部分压力。
15.饱和空气：在温度一定情况下，单位体积空气中的水汽含量有一定限度，如果水汽含量达到此限度，空气就呈饱和状态，这时的空气，称饱和空气。
16.饱和水汽压：饱和空气的水汽压。
超过这个限度，水汽就要开始凝结。
17.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比值。
18.饱和差：在一定温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差。
19.比湿：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量）的比值。
20.水汽混合比：一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值。
21.露点：在空气中水汽含量不变，气压一定，使空气冷却达到饱和时的温度。
大气热能和温度
二、辐射光谱(radiation spectrum)
辐射能量按波长的分布就是辐射光谱
气象学着重研究的是太阳、地球和大气的热辐 射，它们的波长范围大约在0.15～120 μm
三.物体对辐射的吸收、反射和透射
设投射到某一物体上的辐射能为Ｑ，被 该物 体吸收(absorption)Qa，反射(reflection)Qr，透射 (transmission) Qt，根据能量守恒定律 ，应有: Qa＋Qr＋Qt＝Q
2.大气对太阳辐射的散射
散射(Scattering)是质点受到投射来的电磁波 冲击时，引起质点中的电子振动，而向四面 八方放射电磁波。
（1）分子散射----雷利(Rayleign)散射
当散射质点很小，其半径a远小于波长， 即 a<< 时，散射强度与波长的4次方成反比
～雷利散射定律
即：
el =
3. 地面有效辐射
(1) 地面有效辐射(Re)定义
地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差， 叫做地面有效辐射(terrestrial effective radiation) 。即地面净损失的长 波辐射。
Re=R0-δRA
δ为地面的相对吸收率。
在没有太阳辐射的情况下，地面的温度状况 主要由地面有效辐射决定。地面有效辐射越 大，地面的降温速度也就越快。
绝对黑体的总放射能力与其表面温度的四 次方成正比。即： ETB=σT4 σ为斯蒂芬－波尔兹曼常数，其值为 5.67×10-8 W/m2· 4。 K
如太阳表面温度为6000°K，而地球表面的平均温 度为288°K，因而，太阳表面单位面积上放射的能 量要比地球表面放射的能量大几百万倍。
3.维恩（Wein）定律
绝对黑体辐射能力最大值所对应的波 长λmax与绝对黑体的绝对温度T成反比， 即： λmax＝C/ T
大气的受热过程与气温
大气的受热过程与气温
大气受热的程度与气温之间有密切的关系。
气温是用来描述大气中分
子热运动程度的物理量。
当太阳辐射到达地球时，大气层吸收部分辐射并
转化为热能，使大气层中的气体分子热运动剧烈增加，从而提高了气温。
大气受热过程主要包括辐射、传导和对流三种方式。
辐射是指太阳辐射直接照射到大气层中的气体分子上，使其分子内的
能量增加。
辐射的能量传递主要通过光子的传播完成。
不同波长的光子能
量不同，紫外线具有较高的能量，而红外线则具有较低的能量。
当太阳辐
射到达大气层时，紫外线的一部分被臭氧层吸收，其余部分则可以穿透大
气层，照射到地球表面。
太阳光照射到大气层中的气体分子上时，能量被
吸收并转化为热能，使大气层温度升高。
传导是指能量通过分子之间的直接碰撞传递。
大气中的气体分子之间
存在着碰撞和相互作用，热能可以通过分子之间的碰撞传递，使得温度在
不同地区之间均衡分布。
传导是大气中温度分布的一个重要因素，通过传
导作用，热能可从地表传递到大气层，使得大气层中的气温升高。
对流是指由于热的差异导致气体的运动而产生的传热现象。
当大气中
的一部分受热后，分子的热运动变得剧烈，密度降低，从而产生上升运动。
与之相对应的是，被冷却的气体密度增加，从而产生下降运动。
这种上升
和下降运动形成了大气中的对流循环。
对流运动通过空气的运动将热能从
一个区域传递到另一个区域，从而使得大气层中的气温分布趋于均衡。
《气象学与气候学》第三讲
经推导，得式（2.41）
m (
dTi L dqs )m d dZ CP dZ
水文与水资源工程专业 朱君君
第二章 大气的热能和温度
第三节 大气的增温和冷却——空气的增温和冷却
气温的绝热变化 ——干绝热递减率和湿绝热递减率
湿绝热递减率的推导与数值
问题1：rm为什么总小于rd？rd和rm什么时候相差最大？为什么愈到高空rm愈接近rd？
平流变化：由于空气的移动所造成的某地温度的变化。
个别变化和局地变化联系的定性说明
水文与水资源工程专业 朱君君
第二章 大气的热能和温度
气象气候学-大气的热能和温度
1.海洋与陆地的热力性质有什么不同？吸收太阳辐射的能力不同透射太阳辐射的能力不同传递能量的方式不同比热不同水分蒸发耗热状况不同2.什么是气温的非绝热变化过程？有哪些具体形式？含义：气块与外界有热量交换的气温升降过程形式：辐射：大气与地面之间、空气团之间最重要的热交换方式平流：空气水平方向上传递热量的重要方式对流：对流层上下层空气热量交换的重要方式湍流：摩擦层热量交换的重要方式潜热交换：主要发生在对流层中下层传导：传热很少，仅在贴地层表现较为明显3.什么是气温的绝热变化过程？干绝热变化与湿绝热变化有什么不同？含义：气块与外界无热量交换的气温升降过程干绝热变化没有发生水相变化的过程，湿绝热变化有。
4.什么是干绝热直减率和湿绝热直减率？二者有什么不同？为什么？5.为什么湿绝热直减率随温度的升高和气压的减小而减小？6.为什么湿绝热线位于干绝热线的右边？（P41，图2.20）湿绝热直减率恒小于干绝热直率；初始温度相同的干湿气块上升到相同高度，湿空气块的温度就会高于干空气。
7.为什么干绝热线是直线，而湿绝热线为曲线？（P41，图2.20）干绝热直减率近于常数，而湿绝热直减率随水汽的增多而减小，越近地面空气中水汽含量越多，湿绝热线就越弯曲。
8.干（湿）绝热直减率在图中如何体现？（P41，图2.20）干（湿）绝热线上任一点处的绝热直减率等于该点切线与横轴交角的余切。
9.什么是大气层结和大气静力稳定度？大气稳定度有哪几种状态？大气层结：大气中温度、湿度随高度的分布状况。
大气静力稳定度：是指处于静力平衡状态的气块受任意方向扰动后，大气层结使其返回或远离原平衡位置的趋势和程度，主要用于判别大气层温度、湿度的垂直分布状况是否易于发生对流运动。
大气稳定度存在稳定、中性和不稳定三种状态。
大气稳定度是气块所在空气层的一种性质，由大气层结决定，而与气块是否存在无关，气块仅是用来判定层结是否稳定的一种测试方法。
10.如何判别大气层结的稳定度？某一气层是否稳定，取决于在其中运动的气块温度与周围空气的温度的对比：如运动气块温度比周围空气温度高，则气层不稳定；比周围空气温度低，则气层稳定；与周围空气温度相等，则气层处于中性平衡状态。
[理学]气象与气候学复习资料
![[理学]气象与气候学复习资料](https://img.taocdn.com/s3/m/b8ad5c50326c1eb91a37f111f18583d049640fa0.png)
[理学]⽓象与⽓候学复习资料第⼀章：引论1.⽓象：⼤⽓中的物理现象2.⽓候：多年天⽓综合的表现，包括某地地区多年的⼤⽓平均状况和极端状况3.天⽓：⼀定区域短期天⽓状况及其变化的总称4.⽓温垂直递减率：⼜叫绝热率，是表征⽓体随着⾼度的增加⽽其⽓温的变化程度的物理量。
⼜指在对流层主要从地⾯的到热量，因此⽓温随着⾼度的增加⽽降低。
⼀般⽽⾔，⾼度每增加100⽶，⽓温就下降约0.65,通常⽤r表⽰。
5.⼤⽓污染：是指由于⼈类活动或者⾃然过程引起某些物质进⼊⼤⽓中，呈现出⾜够的浓度，达到⾜够长的时间，并因此危害了⼈体的舒适，健康，福利和环境污染的现象（⼤⽓中某些⽓体和尘埃的增多导致⽓体⽓候发上改变）6.标准⼤⽓压：在摄⽒温度0℃，纬度45°，晴天时海平⾯上的⼤⽓压强为标准⼤⽓压，其值⼤约相当于760mm汞柱⾼7.饱和⽔汽压：在温度⼀定情况下，单位体积空⽓中⽔汽量有⼀定限度，⽔汽含量达到限度时饱和空⽓的⽔汽压。
（温度：指数曲线；形状：凸凹⽔平；性质：溶液⾯）8.饱和差：在⼀定温度下，饱和⽔汽压与实际空⽓中的⽔汽压之差9.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⽐值10.当⽔汽压不变时，⽓温升⾼，饱和⽔汽压增⼤，相对湿度会减⼩11.⽓象学：是把⼤⽓当作研究的客体，从定性和定量两⽅⾯来说明⼤⽓特征的学科，集中研究⼤⽓的天⽓情况和演变规律和对天⽓的预报12.⽓候学：是研究⽓候特征，形成，形成，分布和演变规律，以及⽓候与其他⾃然因⼦和⼈类活动关系的学科13.天⽓学：是研究天⽓现象和天⽓过程的物理本质以及规律，并⽤以制作天⽓预报的学科1.⽓候和天⽓的区别：⼀，从定义上，天⽓是指某⼀地区在某⼀瞬间或某⼀短时间内⼤⽓状态（温度，湿度，压强）和⼤⽓现象（风⾬雷电）的综合。
⽓候是指在太阳辐射，⼤⽓环流，下垫⾯性质和⼈类活动在长时间相互作⽤下，在某⼀时段内⼤量天⽓过程的综合。
⼆，从形成机制上：天⽓是指⼀般在单⼀天⽓系统的控制和影响下形成的，⽓候则复杂得多，⾄少是天⽓系统共同作⽤所致。
气象学复习资料
第一章引论第二节气候系统概述气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰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的物理系统。
一、大气圈概述大气圈是气候系统中最活跃、变化最大的组成部分。
1）大气圈的组成：大气是由多种气体混合组成的，此外，还悬浮由一些固体杂质和液体微粒；大气的气体组成成分：主要成分——氮、氧、氩，99.96％；微量气体成分——二氧化碳、臭氧、甲烷等；干洁空气：90km以下可以看成是分子量为28.97的“单一成分”的气体；大气中的氧气：大气中的氧是一切生命所必须的，这是因为动物和植物都要进行呼吸，都要在氧化作用中得到热能以维持生命大气中臭氧的形成、分布与作用: 大气中的臭氧主要是由于在太阳的短波辐射下，通过光化学作用，氧分子分解成氧原子后再和另外的氧分子结合而成的，另外有机物的氧化和雷电的作用也能形成臭氧，臭氧可以大量吸收太阳紫外线使臭氧层增暖，影响大气温度的垂直分布，从而对地球大气环流和气候的形成起着重要的作用。
大气中的氮气：大气中的氮气能够冲淡氧气，使氧气不至太浓，氧化作用不过于激烈，大量的氮气可以通过豆科植物的根瘤菌固定到土壤中，成为植物体内不可缺少的养料大气中的二氧化碳、甲烷、一氧化碳等都是温室气体，它们对太阳辐射吸收甚少，但却能强烈地吸收地面辐射，同时又向周围空气和地面放射长波辐射。
因此它们都有使空气和地面增温的效应。
大气中的水汽：大气中的水汽来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发和植物蒸腾，并借助空气的垂直交换向上传输。
空气中的水汽含量夏季多于冬季，随高度的增加而减少。
水汽可以凝结或凝华为水滴或冰晶，成为淡水的主要来源。
大气气溶胶粒子：大气中悬浮的多种固体微粒和液体微粒，统称大气气溶胶粒子。
固体微粒有的来源于自然界，如火山喷发的烟尘，被风吹起的土壤颗粒，海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒，细菌、微生物、孢子花粉，流星燃烧所产生的细小微粒和宇宙尘埃等；有的是由于人类活动，如燃烧物质排放至空气中的大量烟粒等。
第二章 大气的热能和温度
辐射通量密度：单位：瓦/米2
单位面积上的辐射通量
辐射通量密度
因其没有限定方向，所以根据辐射方向的不同，将辐射通量密度分 为
辐出度：放射体表面所放出去的辐射通量密度 辐照度：到达接受面的辐射通量密度
可见光的度量不用能量单位而用光能单位
光照度（照度):单位面积上接受的光通量 单位：勒克斯（LUX)
太阳常数：在大气上界，当日地之间处于平均距离 （1.5×108km)时，垂直入射光表面的太阳辐射的辐照度。 单位：W•m-2 数值：1367+7 W•m-2
（二）、太阳辐射在大气中的减 弱
大气对太阳辐射 的削弱作用
吸收作用
散射作用
反射作用
1、大气对太阳辐射的吸收作用
大气中吸收太阳辐射的主要成分：
第一节 太阳辐射
一、辐射的基本知识
1.辐射的概念
2.辐射的波粒二象性 3.有关辐射的基本物理量 4.物体对辐射的吸收、反射和透射 5.辐射的基本定律
1.辐射的概念
定义：自然界中的一切物体，只要其温 度高于绝对零度，就会不停的以电磁波或 粒子的形式向外传递能量，这种传递能量 的方式叫辐射，通过辐射的方式传递的能 量称为辐射能。
辐射是能量传播的方式之一，并 且是太阳能传输到地球的唯一方式。
K=273+℃
2.辐射的波粒二项性：
辐射的波动性 辐射的粒子性
辐射的波动性
电磁波的性质是用波长（ λ）和频率（ν）表示 波长的单位μm(微米）或nm(纳米） 频率的单位是：赫兹 1 μm=10-6m 1nm= 10-9m
散射作用：
太阳辐射通过大气，遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时， 都要发生散射。 但散射并不像吸收那样把辐射转变为热能，而只是改变辐射 的方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播
气象学与气候学复习题第二章
第二章大气的热能和温度一、填空题：1.太阳表面的温度为，地球每年从太阳上获得的热量，仅为太阳热量的。
2.在自然界中的一切物体，只要温度在以上，都在不停地以的形式向外放射能量，这种传递能量的方式称为。
3.电磁波的范围是，可见光的波长范围是。
4.地面和大气辐射的波长为，属于长波辐射。
最大放射能力对应的波长是 um。
5.物体的r、 、d之间关系是，分别代表物体的能力。
6.太阳辐射最大放射能力所对应的波长是，属于光，太阳辐射能量最多的是。
7.大气上界的太阳常数是。
8.进入大气的太阳辐射有三种被削弱的方式9.大气层中主要的吸收物质是，且具有吸收特性，仅占太阳辐射的 %。
10.氧气最强的吸收带属于部分。
11.臭氧最强的吸收带属于部分，而且还吸收属于部分。
12.天空出现白色是因为多。
13.地表面辐射能量的大小主要决定于。
14.地面有效辐射的公式是，影响因素有。
15.地面辐射差额的公式是，白天为值，气温，夜晚为值，气温。
纬度愈低，Ｒg >0的时间愈。
16.地气系统的辐射差额随纬度而逐渐减小，在辐射差额为０，在辐射差额小于零。
17.“大气窗”对地表起到作用。
18.烟幕预防霜冻的原理是。
19.大气辐射差额是值，说明大气的热能是亏损。
20.高低纬间有水平气流的运动，是由于引起的。
21.传导是依靠分子的热运动将从一个分子传给另一个分子。
22.辐射发生于间、间，是最重要的热量交换方式。
23.对流是重要途径。
24.乱流是热量交换的重要方式。
25.潜热交换主要是在中起作用。
26.泊松方程是，此公式表明，干绝热变化中气压降低温度呈。
27.干空气任一高度处的温度表达式是，其中温度递减率是。
28.大气稳定度是指使具有或返回原来位置的或。
29..当γ<0时称，γ＝０称，这样的大气层结是。
30.条件性不稳定的大气层结条件是，对于干空气和未饱和湿空气是，对于饱和空气则是。
31..不稳定能量的类型有。
32.气温随时间的变化主要有两种方式即，其中周期性变化有。
气象学与气候学复习题第二章
第二章大气的热能和温度一、填空题：1.太阳表面的温度为，地球每年从太阳上获得的热量，仅为太阳热量的。
2.在自然界中的一切物体，只要温度在以上，都在不停地以的形式向外放射能量，这种传递能量的方式称为。
3.电磁波的范围是，可见光的波长范围是。
4.地面和大气辐射的波长为，属于长波辐射。
最大放射能力对应的波长是 um。
5.物体的r、 、d之间关系是，分别代表物体的能力。
6.太阳辐射最大放射能力所对应的波长是，属于光，太阳辐射能量最多的是。
7.大气上界的太阳常数是。
8.进入大气的太阳辐射有三种被削弱的方式9.大气层中主要的吸收物质是，且具有吸收特性，仅占太阳辐射的 %。
10.氧气最强的吸收带属于部分。
11.臭氧最强的吸收带属于部分，而且还吸收属于部分。
12.天空出现白色是因为多。
13.地表面辐射能量的大小主要决定于。
14.地面有效辐射的公式是，影响因素有。
15.地面辐射差额的公式是，白天为值，气温，夜晚为值，气温。
纬度愈低，Ｒg >0的时间愈。
16.地气系统的辐射差额随纬度而逐渐减小，在辐射差额为０，在辐射差额小于零。
17.“大气窗”对地表起到作用。
18.烟幕预防霜冻的原理是。
19.大气辐射差额是值，说明大气的热能是亏损。
20.高低纬间有水平气流的运动，是由于引起的。
21.传导是依靠分子的热运动将从一个分子传给另一个分子。
22.辐射发生于间、间，是最重要的热量交换方式。
23.对流是重要途径。
24.乱流是热量交换的重要方式。
25.潜热交换主要是在中起作用。
26.泊松方程是，此公式表明，干绝热变化中气压降低温度呈。
27.干空气任一高度处的温度表达式是，其中温度递减率是。
28.大气稳定度是指使具有或返回原来位置的或。
29..当γ<0时称，γ＝０称，这样的大气层结是。
30.条件性不稳定的大气层结条件是，对于干空气和未饱和湿空气是，对于饱和空气则是。
31..不稳定能量的类型有。
32.气温随时间的变化主要有两种方式即，其中周期性变化有。
大气热能和温度
第二章大气的热能与温度●教材分析：本章分为五小节。
内容涵盖太阳辐射；地面、大气之间的热传导、热平衡；以及大气增温、冷却的各种方式和大气温度的时间、空间分布格局。
围绕气温这个最为重要的气象要素进行全方位的剖析，使学生不仅知道太阳本身的一些基本知识，而且知道太阳辐射的能量如何转化为大气热量，热量的传递有那些过程，大气热量在不同的时间、空间里有那些特点及变化。
其中，第一节太阳辐射介绍了太阳辐射的基本知识，黑体辐射定律可以作为一般得了解。
太阳辐射光谱、太阳辐射在大气中的减弱、到达地面的太阳辐射的内容既是基础，也是重点，也是本章乃至本书的关键。
第二节地面和大气辐射重点有：地面和大气辐射都是长波辐射；大气对长波辐射的吸收；大气逆辐射；地——气系统热量平衡的思想。
难点：大气窗口、地面有效辐射、地面的辐射差额、大气辐射差额、地——气系统的辐射差额第三节大气的增温重点有：海陆的增温和冷却的差异；气温的非绝热变化；干绝热过程和湿绝热过程；大气的稳定度及判别方法。
第四节大气温度随时间的变化重点有：气温的日变化和年变化第五节大气温度的空间分布重点有：世界1月和7月海平面气温分布图；逆温及其在气象上的意义。
●教学设想✧课时安排：本章可用10个教学课时，1个实验课时✧教学目标：1、掌握教材分析中的所有基础及重点内容（黑体字）2、课程讲完之后，可以配合实验课对气温中的最高最低温度、气温、地温、日照的观测进行实习，同时学会仪器的安装。
✧授课类型：讲授、实验✧教学媒体：幻灯片●教学过程：见幻灯片●参考资料：1、《气象学与气候学实习》周淑贞高等教育出版社2、《风云变幻的大气》杨遵仪江苏科学技术出版社3、《细说八方晴雨》林之光科学普及出版社4、《气象与生活》林之光江苏教育出版社5、《气象学与气候学》张菀莹北京师范大学出版社●本章小结大气中各种物理过程是在太阳辐射、地面辐射与大气辐射的相互作用下产生和发展的。
太阳辐射是地球的主要能量来源，而地面辐射是对流层大气的主要热源。
08第二章大气的热能和温度5
第三节 大气的增温和冷却（续） 第四节 大气温度的时间变化和空间 分布
yqun
大气稳定度(atmospheric stability)
• 空气在上升过程中的绝热变化是大气中降温最快 的过程； • 上升过程中的绝热变化会导致水汽的凝结，这是 大气中云、雾、雨、雪形成的最重要的原因； • 因此，判断大气中是否会产生云雾，主要就是看 大气中是否会产生上升运动； • 判断空气是否会产生上升运动，就要看空气在铅 直方向上位置稳定的程度，即大气稳定度。
2012-10-09 2
yqun
大气稳定度
• 气块受任意方向扰动后，返回或远离原平 衡位置的趋势和程度。
• 它表示在大气层中的个别空气块是否安于原在的 层次，是否易于发生垂直运动，即是否易于发生 对流。假如有一团空气受到对流冲击力的作用， 产生了向上或向下的运动，那末就可能出现三种 情况： 稳定、不稳定、中性
' '
m'
设气块在起始位置高度的温度和环境温度相同，均等于T0，于是：
T ' T0 dT '
dT ' dT 将 d 与 代入上式有： dZ dZ
T T0 dT (对于未饱和空气干空气 按 d 变化)
T ' T0 d dZ , T T0 dZ
8
无海陆差异的等温线图 A B C
0 2 4 6
8
只突出的反映了太 阳辐射随纬度在地 球表面分布的差异
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A< B < C
1月份大陆是冷源，海洋是热源
29
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陆
海
2
4 A B A B
《气象学与气候学》要点及试题
《气象学与气候学》要点及试题黄秀英佳木斯大学理学院《气象学与气候学》要点及试题佳大理学院资源与环境科学系黄秀英教学目的:本课程是自然地理的一个重要组成部分,通过系统的学习,应使学生系统地掌握大气中的物理现象、物理过程和大气运动的基本原理；天气演变和气候的形成、分布、变化的基本规律；了解人类对天气的影响和改造的基本原理;使学生能胜任中学的教学任务,带领中学生开展课外气象活动.教学任务:第1-4章:气象学基础理论 (讲授54学时,实习20学时)第 5 章:天气学基础理论 (讲授18学时,实习4学时)第6-8章:气候的形成,分布,变化及人类活动对气候的影响.(讲授38学时,实习12学时)*课程安排如下：*试题类型1.选择题（含多项选择和单项选择） 15 - 20分2.填空题 20 - 25分3.判断并改错（找出唯一的一处错词或字并改成正确的） 15 - 20分4.根据要求作图 10 - 20分5.连线题 5 - 10分6.根据要求填图 10 - 20分7.根据温度、降水柱状图判断气候类型 5 - 10分8.根据所给温度、降水资料回答问题 10 - 15分9.简答题 10 - 20分10.读图并回答问题 10 - 15分*教学参考书：*教学要点及试题：绪论重点： 1.气象学、气候学、天气学的概念及所研究对象2.本学科与其他部门地理、区域地理学的关系一.选择题：1.（）是气象学的研究范围a.风b.雨c.冷却d.台风e.雪f.龙卷g.蒸发2.（）是天气学的研究范围a.霜b.台风c.凝结d.龙卷e.温度3.气象学与气候学的关系是（）a.气候学包含气象学b.气象学是气候学的基础c.气象学和气候学是独立的二、填空题：１.气象学是研究发生于（）中的一切（）和（）的科学，以（）为研究对象。
用（）表示。
2.天气学是研究（）不同的区域内所发生的（）的（）及（）规律，并应用这些规律（）的科学，以（）为研究对象。
3.天气是指在某一地区，（）或（）内大气中的（）和天气现象的综合。
气象学与气候学 第二章 大气的热能和温度
黑体的温度与其辐射光谱联系起来了。即使对非黑体，只要知道它们
的温度和吸收率，利用基尔荷夫定律，它们的辐射能力也可以确定。
2006-09-13
6
太阳辐射光谱和太阳常数
• 图2.5太阳辐射光谱是如何绘出的？ • 所以：
太阳表面温度6000K，太阳辐射最强的波长为0.457微米，称短波辐 射，太阳中心为2万多度。 大气约250K，大气辐射称长波辐射 地面约300K，地面辐射称长波辐射
• 这种辐射能量的现象又叫热辐射。热辐射 是传递热量的一种方式，以光速传播，既 不靠介质，也不靠对流。
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• 单位时间内通过单位面积的辐射能量称辐 射通量密度（E），单位是W/m2。
• 单位时间内，通过垂直于选定方向上的单 位面积（对球面坐标系，即单位立体角） 的辐射能，称为辐射强度（I）。其单位是 W/m2 或W/sr。
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地面对太阳辐射的反射
• 地表对太阳辐射的反射率，决定于地表面的性质和状态。 • 陆地表面对太阳辐射的反射率约为10％—30％。其中深色土
比浅色土反射能力小，粗糙土比平滑土反射能力小，潮湿土 比干燥土反射能力小。 • 雪面的反射率很大，约为60％，洁白的雪面甚至可达90％。 • 水面的反射率随水的平静程度和太阳高度角的大小而变。当 太阳高度角超过60°时，平静水面的反射率为2％，高度角 30°时为6％，10°时为35％，5°时为58％，2°时为79.8 ％，1°时为89.2％。对于波浪起伏的水面来说，其平均反射 率为10％。因此，总的说来水面比陆面反射率稍小一些。
太阳辐射在大气中的减弱
它是波长与温度的函数。
太阳表面温度6000K，太阳辐射最强的波长为0. 太阳辐射光谱和太阳常数
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电磁波谱
不同电磁波的具体波长范围
名称
紫外线
可见光
近红外
红
中红外
外
线
远红外
超远红外
毫米波
微
波
厘米波
分米波
波长范围 100埃～0.4微米 0.4微米～0.76微米 0.76微米～3.0微米 3.0微米～6.0微米 6.0微米～15微米 15微米～1000微米
1～10毫米 1～10厘米 10厘米～1米
（三）辐射差额
定义：自然界中的一切物体，不仅不停地向外放出辐射能， 而且还不停地吸收别的物体放出的辐射能，在某一时段内， 收支差额即为辐射差额额。
若：
收入>支出
差额为正
温度升高
收入=支出
差额为零
温度不变
收入<支出
差额为负
温度降基尔霍夫定律 2、斯蒂芬—波尔兹曼定律 3、维恩定律
反射 Qr
Qa 吸收 能量守恒：Qa+Qr+Qd=Qo
透射 Qd
Qa / Qo +Qr / Qo +Qd / Qo =1 a + r + d =1
吸收率 反射率 透射率 分别表示物体对辐射吸收、反射和透射的能力
（二）物体对辐射的吸收、反射和透射
Qa Qr Qd 1 QO Qo Qo
a + r + d =1 吸收 反射 透射
一、辐射的基本知识
• （一）辐射与辐射能
• 在物体中，带电粒子在原子或分子内部的振动可以 产生电磁波。由于带电粒子作热运动时具有加速度， 而且有不同的频率，因而发出各种不同波长的电磁 波。
• 自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射 能量。
• 辐射就是以各种各样电磁波的形式放射或输送能量。 • 由辐射传播的能量称为辐射能，也简称辐射。
• E：辐射通量密度: 单位时间内通过单位面积的辐射 能量
• I：辐射强度: 单位时间内，通过垂直于选定方 向上的单位面积的辐射能量。
• 即E没有方向性，可以是垂直的，也可以是有一个 倾角的能量，强度必须是光线无论从哪个方向射来垂 直于平面的那个分量（E)。
（二）物体对辐射的吸收、反射和透射
入射辐射 Qo
入射辐射 Qo
Qa 吸收
反射 Qr 透射 Qd
对于一般物体来讲是不透明的，则用于透射的能量为零，d=0,则公式变为
a+r=1
对于同一物体，吸收率大则反射率小，反之，吸收率小则反射率大。
• 物体的a、r、d具有随辐射波长和物体性质而 改变的特性，这种特性称为物体对辐射吸收、 反射和透射的选择性。
• 如：干洁空气，对红外线近似透明，d≈1
E=dF/(ds.dt 入射辐射通) 量密度
放射辐射通量密度
dF
dF
ds
ds
辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力或放射能力。 （没有限定方向，可以是入射、可以是放射。表示能力大小）
I：辐射强度:单位时间内，通过垂直于选定方向上 的单位面积的辐射能量。
I
E
I=E/COSθ
• 4、单位：一个物体的辐射能力可以用辐射通量密度E 来表示，
其速度为V=C; 太阳辐射就是以光速从太阳向四周发射的。
一、辐射的基本知识 （一）辐射与辐射能
3、波长：电磁波长范围有很大的差异，如宇宙射线的 波长为10-10 微米，而无线电波长可达几公里根据波长可 将电磁波分为γ射线、χ射线、紫外线、可见光、红外线、 无线电波。
气象学研究的是太阳、地球、大气的热辐射，他们的 波长范围大约在0.15~120微米。
水汽，对红外线强烈吸收， a大 雪面，对太阳辐射反射率大， r大
对地面、大气辐射全部吸收， a=1
• 某种物体，如能把投射来的所有波长的辐射 全部吸收， a =1， r =0， d =0，这种物体称 为黑体。该物体被任何波长的光照射时均呈 黑色。
• 黑体是理想的辐射体，实际上自然界并不存在真正 的黑体，但是为了研究方便，在一定条件下（例如 在一定的波长范围内），可以把某些物体近似地看 成黑体。
可见光波长范围
色彩名称 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红
波长范围 0.40～0.43微米 0.43～0.47微米 0.47～0.50微米 0.50～0.56微米 0.56～0.59微米 0.59～0.62微米 0.62～0.76微米
两个概念（一般性了解）：
• 辐射通量密度（E ）
• 单位时间内通过单 位面积的辐射能量
• 辐射强度（I）
• 点辐射源在单位立 体角内所放射的辐 射通量
• 通过垂直于选定方
• 入射辐射通量密度
向上的单位面积的
• 放射辐射通量密度： 辐射能
辐射能力/放射能
力
• E 与 I 关系密切
辐射通量密度（E）及单位 定义：单位时间通过 单位面积上的辐射通量。
单位： J·s-1·m-2或W·m-2
一、辐射的基本知识
（一）辐射与 辐射能
1、定义：自然界中的一切物体，只要温度高于-273℃ （0k） 都可以以电磁波的形势时可不停的向外传送能量，这种传送
能量的方式及其所传送的能量都叫辐射。
2、特点：辐射透过空间并不需要媒介物质，真空中也可以进行 能量的传输（不像声音在120公里的稀薄大气中就不能传播了） 有许多辐射使我们感觉不到的，我们四周的物体都向外辐射能 量，火炉向四周传送的热量就是辐射的形式。
任何物体（气、液、固）在任何温度下，都会有热辐射。
热辐射波谱是连续谱，各种波长(频率)都有，但是强度不同。
热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关，
温度 短波长的电磁波的比例 。
低温物体发出的是红外光， 炽热物体发出的是可见光， 高温物体发出的是紫外光。
红外照相机拍摄的人的头部的热图
热的地方显白色，冷的地方显黑色
热辐射现象
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长 的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发 而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的 特征仅与温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化
800K
1000K
1200K
1400K
炼钢的热辐射
例如加热铁块，随着温度的升高: 热辐射
开始不发光→ 暗红 → 橙色 → 黄白色
• 大气的热能和温度是天气变化的一个基本因 素，也是气候系统状态及演变的主要控制因 子。
• 观测表明，大气的冷暖变化，在空间上分布 很不均衡，在时间上有周期性和非周期性变 化。这些变化是如何发生的？能量来自哪里？
• 地球上能量的基本来源是太阳辐射。
第一节 太阳辐射
• 一年中整个地球可由太阳获得 5.44×1024J的辐射能量