大气物理学学位考试大纲

大气物理学

大气物理学是一门气象专业基础课。学习该课程是为了使学生了解和掌握大气物理学各个方面的基础知识和基础理论，为学习专业课打下坚实基础。本门课主要包括大气的组成和结构、大气静力学、大气辐射、大气热力学等知识。

第一章 行星大气和地球大气的演化

一、要求：了解地球的演化和地球生命的起因，掌握地球大气演化的三个阶段。

二、考试内容

（1） 行星大气

（2） 地球大气的演化

三、例题：

（1）地球大气的演化大体可分为 、 和 三个阶段。

四、作业：

（1）行星大气的演化主要决定于该行星距太阳的距离及重力场的强度，对吗？为什么？

（2）地球具有哪些独特的条件，使它成为太阳系中唯一存在生命的星球？

第二章 地球大气的成分及其分布

一、要求：了解空气的主要成分、主要的气象要素；掌握湿度的表示法、状态方程、虚温、

水汽和大气气溶胶的作用等概念。

二、考试内容

（1）干洁大气

（2）大气中的水汽

（3）大气气溶胶

三、例题：

（1）气温15.0℃，大气压力1015.0百帕，混合比0.01 ，求（a ）饱和水汽压，（b ）水

汽压，（c ）饱和差。（d ）相对湿度，（e ）绝对湿度，（f ）比湿。

（2）什么是大气气溶胶粒子？它在哪些大气过程中有重要作用？如果假想大气中完全

不存在大气气溶胶，地球大气环境会有什么变化？

（3）计算气压为1000hPa ，气温为27℃时的干空气密度和在相同温压条件下，水汽压

为20 hPa 时的湿空气密度。

（4）计算垂直密度梯度，在该高度上密度为1.0千克/米3，温度为23.1℃，气温直减

率为0.65℃/100米。如果空气密度不随高度变化，那么

?T z ∂=∂

四、作业：

（1）气温为3℃,相对湿度为30％，求露点\霜点及水汽密度。若大气压强为1005 hPa ，

求比湿。

（2）计算垂直密度梯度，在该高度上密度为1.0千克/米3，温度为23.1℃，气温直减

率为0.65℃/100米。如果空气密度不随高度变化，那么

?T z ∂=∂ （3）简述南极臭氧洞产生的原因。

（4）计算气压为1000百帕，温度为7.0℃的饱和湿空气的虚温和虚温差。

第三章 大气的分层和结构

一、要求：了解大气的垂直分层结构，掌握分层的方法、各层名称和特点及大气质量计算

方法。

二、考试内容

（1）大气分层

（2）大气质量及其垂直分布

三、例题：

（1）设空气密度随高度变化为80000z z e ρρ-= ，试估计地球大气的总质量。其中z 的单位

为米，0 1.27ρ=（千克/米3）

（2）已知地面气压p ＝1000hPa ，温度 t =10℃，露点t d = 5℃,

① 请求出其比湿q , 虚温t v , 空气密度ρ.

② 若温度和比湿不随高度改变，求850hPa 等压面离地面的高度z (gpm) =? ③ 若在1000-850hPa 的气层中，比湿不随高度变化，求出底面积为 1m 2 气柱中水汽

总质量m v (kg m 2

)（提示：先求空气总质量）。如果其全部凝结为液体水落至地面，则水层有多厚()cm .

（3）若高空某一层的气压是地面气压的一半，假设：①地面到该层为等温层，平均温度

为290k ；②地面气温是288k ，而减温率为6.5k/gpkm.请分别计算在以上两种情况下该等压面的高度。

四、作业：

（1）支配地球大气中气体成分随高度分布的因素有哪些？地面上大气与500km 以上大气

有何不同？

（2）已知大气中氖的平均浓度是18ppmv ，计算大气中氖的总质量。

（3）计算“标准大气”中海平面处的压强标高和密度标高。

（4）计算气压为1000hPa ，气温为10 C 时干空气的密度。在上述相同的气压和气温条

件下，若空气中的水汽压为20hPa ，计算此时湿空气的密度和水汽密度，并作比较.

第四章大气静力学

一、要求：了解标准大气定义及其应用；掌握静力学基本方程及物理意义、各种压高公式

及气压场的基本型式。

二、考试内容

（1）大气静力学方程

（2）大气模式

（3）气压—位势高度公式

（4）标准大气

（5）气压的时空分布

三、例题：

（1）设地面气压为1013百帕，温度为0.0℃，试求在均质大气中3997米和7995米高度上的气压。

（2）已知0.65

γ=℃/100米，地面气温0.0℃，气压1000.0百帕，求多元大气在3997米和7995米高度上的气压（百帕）。

（3）试比较具有相同气压和温度（978.0百帕和32.5℃）的饱和湿空气和干空气的气压阶。（4）设等温大气温度随时间变化，但地面气压维持不变，试证明在等于均质大气高度，空气密度也维持不变。

四、作业：

（1）画出均质大气、等温大气和多元大气的温度、压强、密度的垂直变化曲线示意图，并分析比较。

（2）根据标准大气的规定，求气压分别为1000hPa、500hPa和100hPa处单位气压高度差。（3）计算当气压为1000.0百帕，温度为40.0℃和-40.0℃时的地表附近的气压阶。

（4）计算均质大气的气温直减率。

第五章地面和大气中的辐射过程

一、要求：掌握辐射的基本知识、热辐射的基本定律、太阳辐射在大气中的衰减方式及规

律、太阳常数、大气保温效应；了解大气逆辐射、地面有效辐射和能量平衡等概念。

二、考试内容

（1）辐射的基本概念

（2）辐射的物理规律

（3）地球大气与辐射的相互作用

（4）太阳辐射在地球大气中的传输

（5）地球—大气系统的长波辐射

（6）地球、大气及地气系统的辐射平衡